EPC介紹

EPC關鍵技術介紹EPC業務流程介紹EPC的標準化進展31可行性研究階段2004年12月正式立項至2006年6月完成。主要是網絡結構優化的可行性研究，輸出的基準協議是3GPPTR23.882:"3GPPsystemarchitectureevolution(SAE):Reportontechnicaloptionsandconclusions"2Stage1（需求階段）定義SAE的需求，2006年12月完成輸出的基準協議是3GPPTS22.278:"Servicerequirementsforevolutionofthesystemarchitecture:"3Stage2（技術實現階段）定義SAE的網絡結構、功能實體及其相互接口。2008年6月完成輸出的基準協議包括：3GPPTS23.401:"GeneralPacketRadioService(GPRS)enhancementsforLongTermEvolution(LTE)access“3GPPTS23.402:"3GPPSystemArchitectureEvolution(SAE):Architectureenhancementsfornon-3GPPaccesses"4Stage3（協議實現階段）定義各接口上的具體協議。2009年3月完成當前定義的協議有：3GPPTR24.801:"3GPPSystemArchitectureEvolution(SAE);CTWG1aspects"3GPPTR29.803:"3GPPSystemArchitectureEvolution(SAE):CTWG4aspects"3GPPTR29.804:"3GPPSystemArchitectureEvolution(SAE):CTWG3aspects"

3GPP標準組織與制定階段階段1：需求SA1/NGMN階段2：結構EPSbySA2LTEbyRAN3階段3：詳細實現EPCCT1/3/4SA3/5/5LTERAN1/2/3/4/5SA3/5RAN1-物理層RAN2-L2與L3無線協議RAN3-結構與S1/X2接口RAN4-RF與RRM性能要求RAN5-終端測試EPC主要協議介紹TS23.401GPRSenhancementsforE-UTRANaccessTS23.402Architectureenhancementsfornon-3GPPaccessesTS23.203PolicyandchargingcontrolarchitectureTS23.216SingleRadioVoiceCallContinuity(SRVCC)TS23.272CSfallbackinEvolvedPacketSystem(EPS)Stage2TS33.4013GPPSAESecurityarchitectureTS33.4023GPPSAESecurityaspectsofnon-3GPPaccessesEPCArchitecture(3GPPStandard)SGSNHSSMMESGWPGWBSCRNCBTSNodeBeNodeBOperator'sServicesPCRFControlplanetrafficUserplanetrafficEPCS6dS6aS3S4S10S11S1-MMES1-US5(GTP)RxGxSGiSAE-GW:SGW+PGWHSS,MME,SAE-GWrealizeLTEaccessandinterworkingwithNon3GPPnetwork.BasedonGTPmobility,S4SGSNsupportlegacyUTRAN&GERANaccess.BasedonMIPmobility,ePDG/AAA/PCRFincreasenetworkQoSandsecurity.Flat

Architecture,AccessAgnostic,Separationofcontrolplanefromuserplane,andallIPePDGS2bS2a/cNon3GPPAccessNetworkS10xS10x3GPPCSCoreMobilitybasedon

MIPHandoverOptimization6EPC主要接口介紹接口協議協議號相關實體接口功能S1-MMES1AP36.413eNodeB-MME用于傳送會話管理(SM)和移動性管理(MM)信息S1-UGTPv129.060eNodeB–S-GW在GW與eNodeB設備間建立隧道，傳送數據包S11GTPv229.274MME–S-GW采用GTP協議，在MME和GW設備間建立隧道，傳送信令S3GTPv229.274MME–SGSN采用GTP協議，在MME和SGSN設備間建立隧道，傳送信令S4GTPv229.274S-GW–SGSN采用GTP協議，在S-GW和SGSN設備間建立隧道，傳送數據和信令S6aDiameter29.272MME-HSS完成用戶位置信息的交換和用戶簽約信息的管理S10GTPv229.274MME-MME采用GTP協議，在MME設備間建立隧道，傳送信令S12GTPv129.060S-GW–UTRAN在UTRAN與GW之間建立隧道，傳送數據S2aPMIPv6/MIPv4RFC5213P-GW–TrustedNon-3GPPIPAccesse用于傳送非3GPP接入的業務接入信息S5/S8GTPv229.274S-GW–P-GW采用GTP協議，在GW設備間建立隧道，傳送數據包支持3GPP接入，EPC新增網元的主要功能點MMEServingGWPDNGWNAS信令處理NAS信令的安全保護3GPP內不同節點之間的移動性管理空閑移動終端的跟蹤和可達TAList管理PDNGW和ServingGW選擇MME和SGSN的選擇合法監聽漫游控制安全認證承載管理eNodeB之間的切換的本地錨點E-UTRAN空閑模式下數據緩存以及觸發網絡側ServiceRequest流程合法監聽數據包路由和轉發上下行傳輸層數據包標記基于用戶和QCI力度的統計（用于運營商間計費）基于用戶、PDN和QCI力度的上行和下行的計費基于用戶的包過濾合法監聽IP地址分配上下行傳輸層數據包標記PCCnon-GBR的基于AMBR的下行速率控制GBR的基于MBR的下行速率控制DHCPv4和DHCPv6（client、server）上行和下行的承載綁定上行承載綁定校驗類似SGSN的控制面功能類似SGSN的用戶面功能類似GGSN的功能TA(TrackingArea)List——移動管理優化

TAList1TAList2IdeaofTAListAllthetrackingareasinaTrackingAreaListtowhichaUEisregisteredareservedbythesameservingMME.TheMMEmayinitiatetheGUTIReallocationproceduretoreallocateTAIlistatanytimewhenasignalingassociationisestablishedbetweenUEandMME.TheTAIlistmayalsobereallocatedbytheAttachortheTrackingAreaUpdateproceduresTheUEdoesn’tneedtriggerTAupdateprocedurewhentheUEmovesinthesameTAList.TheTrackingAreaIdentityisconstructedfromtheMCC(MobileCountryCode),MNC(MobileNetworkCode)andTAC(TrackingAreaCode).TA1TA2TA5TA4TA3MMEISR(IdleSignalingReduction)——移動管理優化TA1TA3RA3TA2TA4TA5RA1RA2TAList1TAList2ISRCombinedArea=TAList+RATheUEdoesn’tneedtriggerTAupdateprocedurewhenitmovesinthecombinedarea.ISRisnotrecommendedtodeployincommercialphasebecauseofitscomplexityandlessbenefits.CombinedareaRA4IPv4v6雙棧（DualStack）EPS承載處理IPv4v6承載的優勢承載類型LTE2/3G備注IPv4YYUE獲取IPv4地址轉發IPv4報文Ipv6YYUE獲取IPv6地址轉發IPv6報文IPv4v6YY/NUE獲取IPv4和v6地址和轉發IPv4和v6報文解決在1個PDP上下文中傳送IPv4和IPv6地址的用戶數據，減少了需要的承載上下文數量終端SGSN/MMEPDN-GW根據終端的能力在請求建立的承載類型具備IPv6和IPv4能力請求IPv4v6IPv4終端請求IPv4IPv6終端請求IPv6終端能力不明，請求IPv4v6

MME/SGSN根據如下條件，向PGW請求標示DualStackFlagUE是否簽約DualStack，否則拒絕，否則返回給UE“subscriptionlimitation”UE是否可能切換到不支持IPv4v6網絡，是則返回給UE“singleaddressbearersonly”PGW檢查如下條件，判斷是否接受DualStack請求若不允許該APN使用兩個IP地址，則只分配一個IP地址，并返回給UE“networkpreference”如果允許該APN使用兩個IP地址，則分配IPv4地址和IPv6地址，接受請求R8網絡IPv4v6雙棧承載的處理方式LTE與2/3G承載之間要求一對一映射EPC網絡的安全優化UEeNBeNBXuXuMMES1-CS1-CX2EvolvedPacketCore(EPC)E-UTRANSAEGWS1-US1-USecuritylayer1Securitylayer2Securitylayer1EPSSecurityandUMTSSecurityinCommonEPSaccessauthentication:AKAEPSSecurityandUMTSSecurityinDifferenceEPSsecuritylayersAS（AccessStratum）securitySecuritybetweenUEandeNB（E-UTRAN）,includingRRCsignalingconfidentiality,RRCsignalingintegrityandUP(UserPlane)confidentialityNAS（NonAccessStratum）securitySecuritybetweenUEandMME,includingNASsignalingconfidentialityandNASsignalingintegrityNetworkDomainSecuritySecuritybetweenlayer1andlayer2,adoptingNDS/IPsecSNOW3GAESZTEsupporttheabovealgorithmsaccordingto3GPP33series.ASandNASalgorithmsEPC網絡中SGSN網元類型分析SGSN為GnGpSGSNSGSN為S4SGSN優點對原有GPRS網絡改動少原2/3G用戶的業務流程和用戶感受度沒有太大改變網絡結構簡單在運營商網絡中只有一張網絡，即EPC網絡；運營商網絡內只需要一套簽約數據管理：HSS；運營商網絡內只需要一套DNS：R8DNS（EPCDNS）；與非3GPP網絡的互通不存在問題；本網內只有一套計費體系：EPC計費；支持ISR利于后續新功能的擴展缺點GnGpSGSN無法獲取用戶屬性，無法選擇GGSN還是PGW兩套不同的簽約數據管理：HLR和HSS需要支持Pre-R8DNS（GPRSDNS）和R8DNS（EPCDNS）需要支持GPRS和EPC兩套計費不支持ISR功能，在S3/S4SGSN和MME間實現不利于后續新功能的擴展與非3GPP網絡的互通存在問題：與非3GPP網絡互通時一個基本的要求是非優化切換時PGW地址要錨定，而PGW地址的錨定是通過移動性管理網元將PGW通知HSS保存而達到的。但由于Gn/GpSGSN使用HLR，即無法通知也無法將PGW地址保存在HSS。對原有GPRS網絡改動大，需要將原Pre-R8SGSN升級成S3/S4SGSN。網絡復雜，S3/S4SGSN的加入，特別是還要考慮與原有GPRS網絡互通時，網絡復雜。原2/3G用戶的業務流程和用戶感受度有改變2/3G接入時的業務流程與原有流程有變動，主要體現在以下兩點：從原來的UE觸發流程為主變成了網絡側流程為主，需要手機支持網絡側流程；取消了QoS協商，在無線無法滿足下發的QoS要求時，將直接刪除承載。結論從長期發展角度看，優選采用S4SGSN。Choice1:InterworkingWith

S4SGSNHSSGSMUTRANServiceContinuityGbIu-PSS4SGSNS4S-GWMMEP-GWInternet&SevicenetworkLTES1-MMES1-US10SGiS5/S8S12S6dS6aEPCS3

GTPv2UDP

IP

L2

L1

GTPv2UDP

IP

L2

L1

S4SGSNMME/SGWS3/S4DiameterSCTP/TCP

IP

L2

L1

DiameterSCTP/TCP

IP

L2

L1

S4SGSNHSSS6dChoice2:InterworkingWith

Gn/GpSGSNHSSGSMUTRANServiceContinuityGbIu-PSS-GWMMEP-GWInternet&SevicenetworkLTES1-MMES1-US10SGiS5/S8Gn/GpSGSNS12Gn/GpS6aGrEPCGn/Gp

TosupportGERAN/UTRANhandoverfromGERAN/UTRANtoLTE,theSGSNmustbeupgradedtoR8LTEtoGERAN/UTRANsupportedonpreR8SGSNDoesnotsupportofR8featureISRManyprotocols:GTPv0,V1andV2,Diameter,MAPViaGn/GpSGSNViaS4SGSNNeedupgradingonSGSNSupportofR8featureasISRFewerprotocolsinthenetwork:GTPv2,DiameterR8QoS與PreR8QoS差異性GERAN/UTRANEUTRANSGSNGGSNMMESAE-GWPreR8PCNR8EPCMusicTVStockWEBPreR8MainQoSProfileTrafficClassARP、GBR、MBRTrafficHandlingPrioritySignallingIndicationSourceStatisticsDescriptorPacketDelayBudgetPacketLossRate

R8MainQoSProfileQoSClassIdentifier,QCIARP、GBR、MBRUEAMBRAPNAMBR2G/3G網絡支持網絡和UE對QoS的協商，EPS中QoS不支持協商，控制全部在網絡實現，如果部署PCC則由PCRF控制，否則在P-GW靜態配置QoS策略；EPS和2G/3G的QoSProfile中包含的參數不同。EPS的QoSProfile中的參數包括：UE的QoS參數UE-MABR和APN-AMBR，以及承載層的QoS參數QCI,ARP,GBRandMBR。2G/3G網絡的QoSProfile中的參數都是基于承載級別的，包括Trafficclass,MBR,GBR,ARP等；3GPP協議已經制定了標準的R8與PreR8QoS轉換機制。StandardizedQCICharacteristicsThisQCIistypicallyassociatedwithanoperatorcontrolledservice,i.e.,aservicewheretheSDFaggregate'suplink/downlinkpacketfiltersareknownatthepointintimewhentheSDFaggregateisauthorized.QCIResourceTypePriorityPacketDelayBudgetPacketErrorLossRateExampleServices1GBR2100

ms10-2ConversationalVoice24150

ms10-3ConversationalVideo(LiveStreaming)3350

ms10-3RealTimeGaming45300

ms10-6Non-ConversationalVideo(BufferedStreaming)5Non-GBR1100

ms10-6IMSSignalling66300

ms10-6Video(BufferedStreaming)

TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.)77100

ms10-3Voice,

Video(LiveStreaming)

InteractiveGaming88300

ms10-6Video(BufferedStreaming)

TCP-based(e.g.,www,e-mail,chat,ftp,p2pfilesharing,progressivevideo,etc.)99MGCF/MGWSCCASIMSCSCF多種LTE語音業務解決方案EPCPSTN/PLMNRAN/GERANMSCSMGWMMESAE-PGWCSINTRENETSGseNodeBEPCPSTN/PLMNRAN/GERANMSCSMGWMMESAE-PGWCSINTRENETSveNodeBEPCPSTN/PLMNRAN/GERANMSCMMESAE-PGWCSINTRENETeNodeBCSFB-UEspeechfallbackto2/3G,NoVoIPonLTEUE發起MO和接收MT呼叫時，需首先切換回CS無線網絡。

適用于2/3G電路域與LTE無線網絡重疊部署的場景。需要升級所有與LTE有重疊無線覆蓋區域的VMSC，以支持類似Gs接口的SGs接口聯合位置更新、尋呼、短消息等功能。網絡結構簡單，不需要部署IMS。SRVCC-LTEVoIPwithIMScontrol基于LTE實現語音和多媒體業務，LTE無線覆蓋可以作為2G/3G無線的補充。基于SCCAS和SRVCC增強MSC的控制，LTE語音能夠切換到CS網絡。需要部署IMS網絡作為多媒體業務統一控制平臺。可以部署獨立的SRVCC增強MSC，支持Sv接口和SIP接口，避免所有MSC的升級。GANC-LTEVoIPwithCScontrol基于LTE實現語音和多媒體業務，LTE無線覆蓋可以作為2G/3G無線的補充，支持向CS的平滑切換。部署IWF模擬BSC/RNC，向傳統CS網絡發起呼叫和切換，CS網絡不需要升級。需要UE支持基于LTE承載的CC/MM/SS協議棧能力。不需要部署IMS網絡。方案尚未標準化，3GPP正在討論。SGiA/IuhandoverhandoverMSCSMGWMGWMSCSSGsGANCEMBMS技術(Rel9Feature)TheMBMSbearerserviceofferstwomodes:- BroadcastMode;- MulticastMode.BroadcastModeissupportedforEPSandGPRS,andMulticastModeissupportedforGPRS.MBMSforEPSsupportsE-UTRANandUTRAN.MBMSforGPRSsupportsUTRANandGERAN.EMBMS與MBMS差異性：主要在于EMSMS增加了IPmulticast支持，但是只有廣播模式。EPC關鍵技術介紹EPC業務流程介紹EPS域基本信令流程介紹移動性管理附著流程TAU流程業務請求流程S1釋放流程GUTI重分配流程Detach流程會話管理專有承載激活流程帶有QoS更新的承載修改網絡側發起帶QoS更新的承載修改網絡側發起無QoS更新的承載修改承載去活UE請求的承載資源修改切換管理Intra-E-UTRAN切換X2-based切換S1-based切換InterRAThandoverE-UTRANtoUTRANIumodeInterRAT切換UTRANIumodetoE-UTRANInterRAT

切換E-UTRANtoGERANA/GbmodeInterRAT切換GERANA/GbmodetoE-UTRANInterRAT切換InterRAT切換取消移動性管理——EMM狀態介紹EMMstatemodelinUEMME中一般不保存MM上下文（除了避免每次附著時AKA流程情況下）UE不可達，MME沒有UE的任何位置或路由信息EMMDeregistered狀態EMMstatemodelinMMEUE可達，MME知道UE的位置信息（位置精度至少在TAList基本）UE至少有一個激活的PDN連接（最少一個默認承載上下文）UE有安全上下文用于保存安全信息EMMRegistered狀態移動性管理——ECM狀態介紹ECMstatemodelinUEECMstatemodelinMMEUE和MME間沒有NAS信令連接存在；MME保存UE的TAList級別位置信息；UE和MME間的上下文不同步。ECM-IDLE狀態UE與MME間存在信令連接，包括RRC連接和S1-MME連接；MME保存UE的小區ID的級別位置信息；UE和MME間的上下文信息互相同步。ECM-CONNECTED狀態移動性管理——附著流程在用戶附著（接入）的同時建立默認承載，網絡側同時給UE分配IP地址移動性管理——TAU流程移動性管理——Detach流程會話管理——承載概念介紹默認承載－－－類似一次激活一個永久有效的承載，該承載在用戶attach時建立。

APN使用的是HSS中簽約的默認APN，PCC規則使用PCRF下發的或P-GW上配置的默認規則，地址由P-GW分配。一定是非GBR（GuaranteedBearerRate）承載一般是低帶寬、低時延、可用于訪問DHCP服務器、IMS注冊等。專用承載－－－類似二次激活在默認承載建立后根據用戶或應用層需要而建立，可以由網絡側或MS發起。在默認承載基礎上建立的到同一PDN的不同QoS的承載。可以是GBR或非GBR承載多PDN激活－－－類似激活第二個PDP

當UE需要接入一個新PDN的時候，UE將新的APN帶給MME，MME可能重新選擇一個新的PDNGW。EPS系統支持一個PDNGW接入多個PDN，也支持多個PDNGW分別接入多個PDN。會話管理——承載QoS控制承載QoS控制

QoS控制粒度都是基于承載（Bearer）對于QoS的動態控制，使用PCC機制。將授權QoS參數分成了多個級別，用QCI（QoSclassidentifier）來標識。即一個QCI就代表一套QoS參數一個承載建立之后，QCI是不能改變的，如果QCI改變則必須重新發起新承載的建立過程。LTE中的QoS參數分為UE級，APN級和承載級。其中perUE的參數包括UE-AMBR，perAPN的參數包括APN-AMBR，perbearer的參數包括：QCI,ARP,GBRandMBR。

perbearerQoS參數QCI(QoSClassIdentifier)：各個節點已經預配置包括eNodeB。基于GTP-u時，GTPU包的包頭中帶有QCI，區分QoS類別。在無線的PDU包頭中也帶有QCI。每個QCI對應一組無線調度參數

ARP(AllocationandRetentionPriority)：建立或修改時的優先級，或出現異常時承載是否丟棄。建立后包的投遞與此無關。

GBR(GuaranteedBitRate)

MBR(MaximumBitRate)perAPN的參數

APN-AMBR一個APN所對應的所有PDNConnection的所有Non-GBRBearer的集合的最大速率，該集合中的任何一個Bearer的速率都可能達到該APN-AMBR所規定的上限APN-AMBR在HSS中簽約PDNGW控制下行的APN-AMBR;UE和PDNGW負責上行APN-AMBR的控制。perUE的參數

UE-AMBR：UE的所有Non-GBRBearer的集合對應的最大速率，簽約的UE-AMBR保存在HSS中，實際的UE-AMBR=Min(簽約UE-AMBR，∑{所有激活的APN-AMBR})，ENodeB負責上下行UE-AMBR的控制

3.IdentificationRequest

1.AttachRequest

newMME

Old

MME/SGSN

ServingGW

PCRF

HSS

3.IdentificationResponse

PDNGW

2.AttachRequest

eNodeB

UE

4.IdentityRequest

4.IdentityResponse

5a.Authentication/Security/MEIdentity

17.AttachAccept

FirstUplinkData

19.RadioBearerestablishmentresponse

18.RadioBearerestablishmentrequest

20.AttachComplete

22.UpdateBearerResponse

21.UpdateBearerRequest

FirstDownlinkData

23.UpdateLocation

Request

24.UpdateLocation

Response

(B)

(A)

16.CreateDefaultBearerResponse

12.CreateDefaultBearerRequest

7.UpdateLocation

8.CancelLocation

11.UpdateLocationAck

8.CancelLocationAck

9.DeleteBearerRequest

9.DeleteBearerResponse

13.CreateDefaultBearerRequest

15.CreateDefaultBearerResponse

6.DeleteBearerResponse

6.DeleteBearerRequest

10.InsertSubscriberData

10.InsertSubscriberDataAck.

14.PCRFInteraction

FirstDownlinkData

(C)

EIR

5b.MEIdentityCheck

6.PCRFinteraction

9.PCRFinteraction

會話管理——承載建立流程在用戶附著（接入）的同時建立默認承載，也可以同時建立默認承載和專有承載（依賴于PCC規則）

(B)

(1.PCCDecisionProvision)

3.UpdateBearerRequest

MME

Serving

GW

PDN

GW

PCRF

4.BearerModifyRequest

5.RadioBearerModifyRequest

2.Update

Bearerrequest

6.RadioBearerModifyResponse

7.BearerMo