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EPC核心网培训


培训目标
了解LTE核心网EPC 课题涉及内容讨论-华为设备

目录
1. 2. 3.
技术背景 EPC基本原理 互通应用场景

无线接入技术逐步宽带化
WCDMA Evolution
GSM/GPRS EDGE 171/384kbps WCDMA R99/R4 384kbps HSDP

A Phase I 1.8M/3.6Mbps HSDPA Phase II
7.2/14.4Mbps

HSPA+
DL >40Mbps UL >10Mbps

LTE
DL:100Mbps UL:50Mbps

HSUPA
2M/5.76Mbps

CDMA2000 Evolution CDMA 1X 153kbps WiMAX Evolution
IEEE802.16d 20Mbps IEEE802.16e 70Mbps IEEE802.16m DL:100Mbps UL: 50Mbps 1xEV-DO Rev. 0 DL: 2.4Mbps UL:153.6kbps

1xEV-D0 Rev. A
DL: 3.1Mbps UL: 1.8Mbps

DO Rev. B
(MC DO) DL:46.5Mbps UL: 27Mbps

IMT -Advance

4G

2001-2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

无线接入技术的带宽的量级从10k→100k→1M→10M→100M不断提升 ? 系统容量和分组业务频谱利用率的不断提升使得每bit分组业务承载成本逐步降低 ? 多种无线接入技术长期共存
?

统一分组核心网的网络结构
普通2/3G核心网
1 用户面两级结构 2 控制面和用户面合一 3 通常采用TDM /ATM链路承载

3G DTS模式核心网
1 扁平化的核心网 2 部分控制承载分离

EPC架构
1 扁平化网络 2 控制承载分离 3 ALL IP承载

3 ALL IP承载

ATM /TDM

SGSN GGSN

GGSN

SAE-GW MME
eUTRAN

GERAN /UTRAN

I P
ATM/ TDM

UTRAN

I P

SGSN

I P
SAE-GW

SGSN 2/3G GGSN 3G-DTS

LTE/EPC

统一IP承载方式 统一扁平化的网络 统一控制承载分离

GSM

Non-3GPP TDSCDMA LTE

统一核心网

EPC的标准化进展

1
?可行性研究阶段 ?2004年12月正式立项至 2006年6月完成。主要是网 络结构优化的可行性研究, ?输出的基准协议是3GPP
TR 23.882: "3GPP system architecture evolution (SAE): Report on technical options and conclusions"

2
?Stage1(需求阶段) ?定义SAE的需求,2006年 12月完成 ?输出的基准协议是3GPP TS 22.278: "Service requirements for evolution of the system architecture:"

3
?Stage2(技术实现阶段) ?定义SAE的网络结构、功 能实体及其相互接口。2008 年6月完成 ?输出的基准协议包括:
3GPP TS 23.401: "General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Long Term Evolution (LTE) access“ 3GPP TS 23.402: "3GPP System Architecture Evolution (SAE): Architecture enhancements for non-3GPP accesses"

4
?Stage3(协议实现阶段) ?定义各接口上的具体协议 。2009年3月完成 ?当前定义的协议有: 3GPP
TR 24.801: "3GPP System Architecture Evolution (SAE); CT WG1 aspects" 3GPP TR 29.803: "3GPP System Architecture Evolution (SAE): CT WG4 aspects" 3GPP TR 29.804: "3GPP System Architecture Evolution (SAE): CT WG3 aspects"

3GPP EPS的关键特征
● ● ● ● ● ● EPS能够接入不同的接入系统,为用户提供多接入的环境 EPS能够支持同一接入系统内、不同接入系统之间的移动性 EPS能够支持3GPP以外基于IP的宽带接入网络 EPS提供更强的性能,包括低延时、低建链时间、高通信质量等 EPS能够支持用户在EPS之间以及EPS与现有网络之间的双向漫游 EPS能够支持3GPP R7及更早PS网络的业务,并支持和3GPP R7及 更早PS网络的互通;EPC需要能够和3GPP R7及更早CS网络业务的 互通 EPS支持3GPP接入之间的业务连续,以及3GPP与non-3GPP接入系 统之间的业务连续 EPS能够支持固定接入系统互通,提供固定接入系统的业务连续性 EPS支持运营商提供的各种业务,包括语音、视频、消息、文件交换 等 EPS能够充分利用系统资源,包括频谱资源、终端电源等

● ● ● ●

概念简介
EPS

EPC EUTRAN SAE LTE

? ?

Evolved Packet Core, 仅指核心网

Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network, 仅 指无线侧
?

System Architecture Evolution=EPC, 仅指核心网 Long Term Evolution=EUTRAN仅指无线侧

?

目录
1. 2. 3.
技术背景 EPC基本原理 互通应用场景

目 录

● EPC基本原理
● EPC系统架构和特点 ● 基本概念
● EPS系统 ● PDN连接和默认APN ● 跟踪区和跟踪区列表 ● 移动性管理和连接管理 ● 承载管理

● 业务流程举例

EPC标准架构及网元功能
SGSN
Gb

2G

BTS

BSC/PCU

Iu

S6d

TD

S3

S4

NodeB

RNC MME
S10 S1-MME S11 S6a

PCRF HSS
S9 Rx

?MME:LTE接入下的控制面网元,负 责移动性管理功能 ?S4 SGSN:2G/3G接入下的控制面网元, 相当于接入2G/3G的MME,进行移动性 管理和会话管理 ?S-GW:SAE网络用户面接入服务网关, 相当于传统Gn SGSN的用户面功能 ?P-GW:SAE网络的边界网关,提供承 载控制、计费、地址分配和非3GPP接入 等功能,相当于传统的GGSN
AF

G x

SAE GW
LTE
S1-U S5/8 SGi

eNodeB
Serving GW
CG

Internet PS Service
BOSS

PDN GW

除了2G/3G/LTE接入外, EPC同时支持 WLAN/WiMax/CDMA等 接入方式

?HSS:SAE网络用户数据管理网元,提供鉴权和签约等功能 ?PCRF:策略控制服务器,根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控 ?AF:业务策略提供点 ?eNodeB:负责无线资源管理,集成了部分类似2G/TD基站和基站控制器的功能

EPC标准架构及接口功能

用户局域网
SBC

CM-IMS
SBC

CPE
S10 S1-MME

MME
S6a

HSS

S11

SAE GW
LTE
S1-U S5/8 SGi

eNodeB
Serving GW PDN GW

Internet PS Service

集客专线

?S3:当2G/TD与LTE互操作时,S4-SGSN与MME间通信的接口,基于GTPv2 ?S4:S4 SGSN与S-GW间的接口,包括控制面(GTPv2)和用户面(GTPv1) ?Gx:PCRF与PCEF(位于P-GW)间的接口,用户业务信息上报和策略下发, 基于Diameter协议

接口协议栈-控制面(1/2)
NAS: NAS协议支持移动性管理功能和用户层承载的激活、修改和删除。 NAS也负责 NAS信令的加密和完整性保护。
NAS Relay RRC PDCP RLC MAC L1 UE LTE-Uu RRC PDCP RLC MAC L1 eNodeB S1-AP SCTP IP L2 L1 S1-MME S1-AP SCTP IP L2 L1 MME NAS



S5/S8 接口的控制面和S11接口使用GTPv2-C协议
GTP -C UDP IP L2 L1 S- GW S5 or S8 GTP -C UDP IP L2 L1 P-GW
GTP -C GTP -C

UDP
IP L2 L1 MME S11

UDP
IP L2 L1 S-GW

接口协议栈-控制面(2/2)
● S6a 接口使用Diameter 协议
Diameter SCTP/TCP IP L2 L1 MME S6a Diameter SCTP/TCP IP L2 L1 HSS

接口协议栈-用户面
● 用户面GTP-U基于GTPv1协议
Application IP PDCP Relay PDCP RLC MAC L1 LTE-Uu RLC MAC L1 GTP-U UDP/IP L2 L1 S1-U Relay GTP-U UDP/IP L2 L1 GTP-U UDP/IP L2 L1 S5/S8 a UDP/IP L2 L1 SGi IP GTP-U

UE

eNodeB

Serving GW

PDN GW

EPS系统特点
仅有分组域,无电路域 控制和承载分离,网络结 构扁平化
SGSN
MSCS GGSN

基于全IP架构

CS

eMSC MGW SGSN

BSC BTS NodeB RNC

GGSN

PS
SGSN

MGW

2G/TD网络 SAE网络 SAE无CS域
HSS MME

MME

HSS

DRA

SAE PS

SAE-PGW

SAE GW eNodeB

SGSN
S6a

MME

DRA

? 标准LTE网络架构下,所有用 户仅接入分组域 ? 未来所有业务都应通过分组域 提供

? 控制和承载分离:控制面 MME,用户面SAE GW ? 扁平化网络架构:LTE仅有 eNodeB,用户面由2G/TD三级 转发变为一级转发

?核心网控制面协议主要基于 GTPCv2和Diameter,用户面主要 基于GTPUv1 ? 传输层协议主要基于UDP和 SCTP

其它重要特点:支持多种接入方式、永远在线
SAE:System Architecture Evolution / EPS:Evolved Packet System / EPC:Evolved Packet Core

目 录

● EPC基本原理
● EPC系统架构和特点 ● 基本概念
● EPS系统 ● PDN连接和默认APN ● 跟踪区和跟踪区列表 ● 移动性管理和连接管理 ● 承载管理

● 业务流程举例

EPS系统
2G
Gb

SGSN
Iu

EPS
? EPS(Evolved Packet System,演进的分组系统) ? EPS由EPC、E-UTRAN 和UE三部分组成
PCRF HSS
S6a S9 Rx

BTS

BSC/PCU
TD

S3

S4

S6d

NodeB

RNC MME
S10

LTE
S1-MME S11 Gx

EPC
? EPC(Evolved Packet Internet Core,演进的分组核心网) PS Service ? EPC是EPS的核心网部分, 取消了CS域,仅由纯PS BOSS 域网络实体组成 ? EPC由MME、S-GW、PGW、SGSN、HSS以及 PCRF组成
AF

SAE GW
S1-U S5/8 SGi

eNodeB
Serving GW PDN GW

UE

E-UTRAN EPS

EPC

CG

目 录

● EPC基本原理
● EPC系统架构和特点 ● 基本概念
● EPS系统 ● PDN连接和默认APN ● 跟踪区和跟踪区列表 ● 移动性管理和连接管理 ● 承载管理

● 业务流程举例

PDN连接 & 默认 APN
● PDN连接
● PDN连接指在UE与一个PLMN外部分组数据网络(PDN)之间, EPS系统提供的IP连接,一个PDN连接可包含多个EPS承载 ● PDN连接必须关联UE的IP地址(一个IPv4地址和/或一个IPv6地址 前缀),PDN由APN标识 ● 根据UE的IP地址,可以将PDN连接分为以下三类:
● IPv4 ● IPv6 ● IPv4v6

● EPS系统支持一个P-GW接入多个PDN,也支持多个P-GW分别接 入多个PDN

● Default APN(默认APN)
● 签约数据中定义的默认APN ● 在附着和UE请求PDN连接,并且UE未提供APN时使用

目 录

● EPC基本原理
● EPC系统架构和特点 ● 基本概念
● EPS系统 ● PDN连接和默认APN ● 跟踪区和跟踪区列表 ● 移动性管理和连接管理 ● 承载管理

● 业务流程举例

跟踪区(Tracking Area)

RAI RAI RAI 2G/3G

SGSN

跟踪区
? 跟踪区(TA,Tracking Area) 是EPS系统引入的新概念,用 于用户的移动性管理 ? 与LA(Location Area,位置 区)和RA(Routing Area, 路由区)类似 ? eNodeB下的小区可以属于不 同跟踪区,跟踪区也可包含 多个eNodeB的小区

2G/3G网络
SAE网络 MME TAI TAI TAI TAI TAI LTE

跟踪区列表(TA List)
TA List 1
TA1 TA1 TA6 TA2 TA4 TA3 TA3 TA6 TA2

跟踪区列表
? 跟踪区列表(TA List,Tracking Area List),由几个 TA 组成,在一个TA list中UE的移动不会触发 TAU过程 ? 网络对用户的寻呼会在TA list中的所有TA进行 ? 对于UE所注册的跟踪区,若处于同一个TA List ,则由同一个MME为其提供服务,以减少位置更新 信令 ? 合理的TA List分配方式和设计方法可以有效地减少TAU的发生概率,提高资源利用率 ? TA List可以在附着、TAU或GUTI重分配过程中,由MME分配给UE

目 录

● EPC基本原理
● EPC系统架构和特点 ● 基本概念
● EPS系统 ● PDN连接和默认APN ● 跟踪区和跟踪区列表 ● 移动性管理和连接管理 ● 承载管理

● 业务流程举例

移动性管理
● EPS Mobility Management (EMM)
● EMM主要用于实现用户当前位置的跟踪,以及UE的切换、位置更新等移动性管 理,共有两个状态
EMM-Deregistered ?MME没有UE的位置和路由信息 ?对于MME,UE不可达 ?部分UE的上下文仍可存储在UE 和MME中,这样可以避免在每次 附着流程都运行AKA流程等 EMM-Registered EMM-Registered ? UE在成功注册后(Attach过程 或者跟踪区更新过程),则进入 EMM-REGISTERED状态 ?在该状态下,UE可使用需EPS注 册的业务,MME知道UE的位置信 息 ? 可执行TA更新、周期性TA更新、 寻呼、业务请求
附着接受、UE从UTRAN/GERAN 选择E-UTRAN时的TAU接受 附着

EMM-DeRegistered
去附着、附着拒绝、 TAU拒绝、所有承载去激活

EMM-Registered

EMM state model in UE

EMM-Deregistered

EMM-Registered
EMM-Registered

去附着、附着拒绝、 TAU拒绝、所有承载去激活

EMM state model in MME

连接管理
● EPS Connection Management (ECM)
● ECM主要用于UE和EPC之间的信令连接管理,共有两个状态
ECM-IDLE ECM-IDLE ? UE和EPC间没有S1-MME和S1-U 连接存在 ?E-UTRAN没有用户的上下文信息 ?UE和网络间的状态可能不同步 ECM-IDLE
RRC连接释放 RRC连接建立

ECM-CONNECTED

ECM state model in UE
ECM-CONNECTED ? UE与MME间存在信令连接,包 括RRC连接和S1-MME连接 ?MME精确知道UE所处的eNB ID 信息 ECM-IDLE
S1连接释放 S1连接建立(Attach、TAU、 Service Request)

EMM-Registered

ECM-CONNECTED

ECM state model in MME

目 录

● EPC基本原理
● EPC系统架构和特点 ● 基本概念
● EPS系统 ● PDN连接和默认APN ● 跟踪区和跟踪区列表 ● 移动性管理和连接管理 ● 承载管理

● 业务流程举例

承载管理 -基本模型
Application / Service Layer UL Traffic Flow Aggregates UL-TFT UL-TFT ? RB-ID RB-ID ?S1-TEID DL Traffic Flow Aggregates

DL-TFT DL-TFT ? S5/S8-TEID S1-TEID ?S5/S8-TEID

UE Radio Bearer

eNodeB eNB

Serving GW S1 Bearer S5/S8 Bearer

PDN GW

GTP-based EPS bearers
EPS Bearer ? ? ? ? EPS Bearer类似于2G/3G网络中的PDP上下文 可以看作是UE与P-GW之间的逻辑电路 EPS Bearer :无线承载 + S1承载+ S5/S8承载 网络中通过Bearer ID用来唯一地标识UE接入到E-UTRAN的一个EPS Bearer, Bearer ID 由MME分配

承载管理 -默认承载和专用承载
Default Bearer(默认承载) Default Bearer在用户attach时建立,保证用户在开始业务时具有更短的时延 每个PDN 连接有一个Default Bearer,提供基本的连接服务 Default Bearer 为PDN连接提供Always-on服务,存活于PDN 连接的整个生命周期 Default Bearer 是 Non-GBR(Non-Guaranteed Bit Rate) 类型的承载 Default Bearer的QoS参数由MME/SGSN根据HLR/HSS的签约参数分配,P-GW可根据 PCRF信息修改该参数 ? Default Bearer 通常情况下是一个‘Match All’的承载,即没有TFT ? ? ? ? ? Dedicated Bearer(专用承载) ? 当需要为同一用户接入相同PDN网络的不同数据流提供不同的QoS服务保证时,需要建立 Dedicated Bearer来承载不同的数据流 ? Dedicated Bearer 可以是Non-GBR 或 GBR类型的承载 ? Dedicated Bearer的创建或修改只能由网络侧发起,并且承载级QoS参数值总由分组核心 网来分配

IPv4v6双栈(Dual Stack)EPS承载处理
承载类型 IPv4 Ipv6 IPv4v6 LTE Y Y Y 2/3G Y Y Y/N 备注 UE获取IPv4地址转发IPv4报文 UE获取IPv6地址转发IPv6报文 UE获取IPv4和v6地址和转发IPv4和v6报文

IPv4v6承载的优势
? 解决在1个PDP上下文中传送IPv4和 IPv6地址的用户数据,减少了需要的 承载上下文数量

LTE与2/3G承载之间要求一对一映射

R8网络IPv4v6双栈承载的处理方式 终端
?

SGSN/MME
MME/SGSN根据如下条件,向 PGW 请求标示Dual Stack Flag
?

PDN-GW
?

根据终端的能力在请求建立的承载 类型
具备IPv6和IPv4 能力请求 IPv4v6 IPv4终端请求IPv4 IPv6终端请求IPv6

PGW 检查如下条件,判断是否 接受Dual Stack请求 若不允许该APN使用两个IP 地址,则只分配一个IP地址, 并返回给UE “network preference” 如果允许该APN使用两个IP 地址,则分配IPv4地址和 IPv6地址,接受请求

UE是否签约Dual Stack, 否则拒绝,否则返回给UE “subscription limitation” UE是否可能切换到不支持 IPv4v6网络,是则返回给 UE “single address bearers only”

?

终端能力不明,请求IPv4v6

目 录

● EPC基本原理
● EPC系统架构和特点 ● 基本概念
● EPS系统 ● PDN连接和默认APN ● 跟踪区和跟踪区列表 ● 移动性管理和连接管理 ● 承载管理

● 业务流程举例

业务流程-E-UTRAN初始化附着
UE eNodeB new MME Old MME/SGSN EIR 3. Identification Request 3. Identification Response 4. Identity Request 4. Identity Response 5a. Authentication / Security 5b. Identity Request/Response 6. Ciphered Options Request 6. Ciphered Options Response 7. Delete Sesion Request (E) 7. Delete Session Response 8. Update Location Request 9. Cancel Location 9. Cancel Location Ack 10. Delete Session Request (F) 10. Delete Session Response 11. Update Location Ack 12. Create Session Request 13. Create Session Request
14. PCEF Initiated IP-CAN Session Establishment/Modification 10. PCEF Initiated IP-CAN Session Termination 7. PCEF Initiated IP-CAN Session Termination

Serving GW

PDN GW

PCRF

HSS

● ●

基本概念:UE进行实际业务之前在 网络中的注册过程,称为网络附着 主要工作:UE附着过程中,EPS网络 完成的主要工作如下:
1、UE与MME建立MM上下文 2、UE与MME的EMM状态变为EMMREGISTERED

1. Attach Request 2. Attach Request

用户信息的认证和加密

5b. ME Identity Check

(A)



如果新MME中已 4、UE获得网络侧分配的IP地址 经有用户的承载 重要特征:EPS网络中,直接通过初 上下文,则需删 始化附着建立默认的EPS承载,为用 除

3、MME为UE建立默认承载

(B)

户分配IP地址,提供“永远在线”的 IP连接



默认承载的建立
16. Create Session Response 17. Initial Context Setup Request / Attach Accept 18. RRC Connection Reconfiguration 19. RRC Connection Reconfiguration Complete 20. Initial Context Setup Response 21. Direct Transfer 22. Attach Complete First Uplink Data 23. Modify Bearer Request

(C) 15. Create Session Response First Downlink Data (if not handover)

用户可以不携带APN,当用户不携带 时,选择HSS签约的默认APN
而在2/3G网络中,需要在附着过程 之后,通过激活PDP上下文消息,才 能为UE分配IP地址 附着过程也可以触发UE建立一个或多 个专有承载

23a. Modify Bearer Request 23b. Modify Bearer Response (D) 24. Modify Bearer Response First Downlink Data 25. Notify Request 26. Notify Response



服务请求(Service Request) —UE发起
● 主要目的:是当用户已经在核心网中注册,且处于空闲状态时,建立无线接入网各接口的 信令连接,并将UE和MME的状态从ECM-IDLE迁移到ECM-CONNECTED状态




在3G系统中,服务请求过程用于建立Iu连接,与之对应,在EPS系统中,该过程用于建立 S1连接
ECM-IDLE状态下,UE发起服务请求给MME,或作为寻呼响应,或用于UE重新获得无线 覆盖信号的场景
UE eNodeB MME Serving GW PDN GW PCRF HSS 1. NAS: Service Request 2. NAS: Service Request 3. Authentication/Security 4. S1-AP: Initial Context Setup Request 5. Radio Bearer Establishment 6. Uplink Data 7. S1-AP: Initial Context Setup Complete 8. Modify Bearer Request 9. Modify Bearer Request
10. PCEF Initiated IP-CAN Session Modification

发起服务请求 建立承载

11. Modify Bearer Response (A) Response 12. Modify Bearer

服务请求(Service Request) —网络侧发起
● 当S-GW接收到网络侧发给处于ECM-IDLE状态的UE的下行数据时,S-GW将 发送一条下行数据通知消息给MME,以触发MME寻呼UE,开始UE发起的服 务请求过程
UE eNodeB RNC/BSC MME SGSN S-GW PDN GW 1. Downlink Data

2a. Downlink Data Notification 2b. Downlink Data Notification Ack 2a. Downlink Data Notification 3a. Paging 4a. Paging 4b. Paging 5. Service Request Procedure 6a. Stop Paging 6b. Stop Paging Downlink Data E-UTRAN Downlink Data 2G or 3G non DT Downlink Data 3G DT 3b. Paging

网络侧消息通过寻呼方式 下发

2b. Downlink Data Notification Ack

用户进行服务请 求过程

TAU流程
● TAU过程用来实现网络侧对用户位置的管理,根据场景不同,包括如下类型:
● MME之间的TAU


● ● ●

同一MME内不同eNB间切换
不同MME间切换导致的TAU 周期性TAU S4 SGSN、Gn/Gp SGSN切换到MME的TAU



触发条件:在E-UTRAN附着过程中,下列情况会触发TAU
● ● ● ● ● ● ● ● UE侦测到进入了新的TA且当前TA不在TAI list中; TA周期更新计时器超时; UE由UTRAN PMM_Connected状态重选到E-UTRAN; UE由GPRS READY状态重选到E-UTRAN; 重选到E-UTRAN时TIN指示为“P-TMSI”; 由TAU负载均衡引发的RRC连接释放; UE的NAS产生了RRC连接错误; ……



TAU由处于ECM-IDLE 或ECM-CONNECTED 状态的UE发起,是否改变S-GW由MME 决定

TAU流程(Serving GW不变)
UE eNodeB RNC BSC MME Old MME / Old S4 SGSN Serving GW PDN PDN GW PCRF HSS 1. Trigger to start TAU procedure 2. Tracking Area Update Request 3. Tracking Area Update Request 4. Context Request 5. Context Response 6. Authentication / Security 7. Context Acknowledge

新MME向原MME发送上下 文请求消息以获取用户信 息

更新承载

9. Modify Bearer Request 10. Modify Bearer Request
11. PCEF Initiated IP-CAN Session Modification

12. Modify Bearer Response 13. Modify Bearer Response 14. Update Location Request 15. Cancel Location 16. Cancel Location Ack 17. Iu Release Command 18. Iu Release Complete 19. Update Location Ack

(A)

HSS向原MME发送 cancel location, 并删除原MME上建 立的承载

20. Tracking Area Update Accept 21. Tracking Area Update Complete

去附着
● 当UE不需要或者不能够继续附着在网络时,将发起去附着过程 ● 根据发起方的不同,去附着过程可分为UE侧发起和网络侧发起
● UE侧发起
● 网络侧发起 ? MME发起:UE与网络侧长时间没有交互时,MME主动发起的去附着 ? HSS发起:由于用户签约信息、计费信息等方面的原因,网络主动断开 UE连接

● 根据是否成功通知UE,去附着过程可分为显示和隐式去附着
● 显式去附着:网络或UE明确地请求去附着,并互相用信令通知对方 ● 隐式去附着:网络侧主动发起去附着,但没有或无法通知UE

? 例如,当网络由于某种无线条件限制而不能与UE通信时就需要发起隐式 去附着

去附着 —UE发起的E-UTRAN去附着
UE eNodeB MME SGSN Serving GW PDN GW PCRF HSS

1. Detach Request 2. Delete Session Request 3. Delete Session Response 4. Detach Notification 5. Delete Session Request

承载删除,当ISR激 活时,MME需同时 通知相关联的SGSN 同时删除承载

6. Delete Session Request 7. Delete Session Response 8. PCEF Initiated IP-CAN Session Termination (A) 9. Delete Session Response 10. Detach Ack 11. Detach Accept 12. Signalling Connection Release 13. Notify Request 14. Notify Response

去附着 —MME发起的E-UTRAN去附着
UE eNodeB 1. Detach Request 2. Delete Session Request 3. Delete Session Response (B) MME SGSN Serving GW PDN GW PCRF HSS

在隐式 去附着 情况下, 不会通 知UE

4. Detach Notification 5. Delete Session Request 6. Delete Session Request 7. Delete Session Response 8. PCEF Initiated IP-CAN Session Termination (A) 9. Delete Session Response 10. Detach Ack 11. Detach Accept 12. Signalling Connection Release 13. Notify Request

删除承载

14. Notify Response

去附着 —HSS发起的E-UTRAN去附着
UE eNodeB RNC/BSS MME SGSN Serving GW PDN GW PCRF HSS 2a. Detach Request 2b. Detach Request 1a. Cancel Location 1b. Cancel Location

3a. Delete Session Request

(B) 4. Delete Session Request 5. Delete Bearer Response 5. Delete Session Response 6. PCEF Initiated IP-CAN Session Termination (A)

当用户处于ECM-CONNECTED 状态时,会发起Detach Request消息给UE,如果用户 处于ECM-IDLE状态时,则通过 寻呼告知UE
8a. Detach Accept 8b. Detach Accept

3b. Delete Session Request

7a. Delete Session Response 7b. Delete Session Response

删除承载
10a. Signalling Connection Release

9a. Cancel Location ACK 9b. Cancel Location ACK

目录
1. 2. 3.
技术背景 EPC基本原理 互通应用场景

EPS与S4 SGSN网络互通架构——3GPP接入非漫 游场景

● TS 23.401 Non-roaming
UTRAN SGSN GERAN S3 S1 - MME MME PCRF S12 S11 S4 " LTE - Uu " S10 Serving UE E - UTRAN Gateway S5 PDN Gateway SGi Operator 's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) S7 S6a HSS

Rx+

S1 - U

? ? ? ?

全IP 网络结构扁平化 媒体面控制面分离 与传统网络互通

EPS与Gn/Gp GSN网络互通架构——3GPP接入非 漫游场景
GERAN UTRAN S1-MME Gn/Gp SGSN S6a Gn MME Gn S10 UE E-UTRAN S1u S11 SGW S5 Gx PGW SGi PCRF Rx Gr HSS

Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.)

?PGW提供Gn/Gp接口 ?MME提供Gn/Gp接口

EPC网络中SGSN网元类型分析
SGSN为GnGp SGSN
? ? ? ? ? ? ?

SGSN为S4 SGSN
在运营商网络中只有一张网络,即EPC网络; 运营商网络内只需要一套签约数据管理: HSS ; 运营商网络内只需要一套 DNS : R8 DNS ( EPC DNS); 与非3GPP网络的互通不存在问题; 本网内只有一套计费体系: EPC计费; 支持ISR 利于后续新功能的扩展

优点

? 对原有GPRS网络改动少 ? 原2/3G 用户的业务流程和用户感受度没有太大改 变 ? 网络结构简单

? ? ? ? ? ? ?

缺点

GnGp SGSN 无 法 获 取 用 户 属 性 , 无 法 选 择 GGSN还是PGW 两套不同的签约数据管理:HLR和HSS 需要支持Pre-R8 DNS(GPRS DNS)和R8 DNS (EPC DNS) 需要支持GPRS和EPC两套计费 不支持ISR功能,在S3/S4 SGSN和MME间实现 不利于后续新功能的扩展 与非3GPP网络的互通存在问题:与非3GPP网络 互通时一个基本的要求是非优化切换时 PGW 地址 要锚定,而PGW 地址的锚定是通过移动性管理网 元将PGW 通知HSS保存而达到的。但由于Gn/Gp SGSN 使用HLR ,即无法通知也无法将 PGW 地址 保存在HSS。 从长期发展角度看,优选采用S4 SGSN。

? ? ? ?

对原有 GPRS 网络改动大,需要将原 Pre-R8 SGSN 升级成S3/S4 SGSN。 网络复杂,S3/S4 SGSN的加入,特别是还要考虑与 原有GPRS网络互通时,网络复杂。 原2/3G用户的业务流程和用户感受度有改变 2/3G 接入时的业务流程与原有流程有变动,主要体 现在以下两点: ? 从原来的UE触发流程为主变成了网络侧流程为 主,需要手机支持网络侧流程; ? 取消了 QoS 协商,在无线无法满足下发的 QoS 要求时,将直接删除承载。

结论

?

与S4 SGSN的互通
S6d GSM
Gb S4 SGSN S6a S4 HSS

GTPv2 UDP IP L2 L1 S4 SGSN S3/S4

Service Continuity

UTRAN

Iu-PS SGi S12 S1-U S3 S-GW S10 S5/S8 P-GW Internet& Sevice network

LTE

S1-MME MME

EPC

GTPv2 UDP IP L2 L1 MME/SGW

Diameter SCTP/TCP IP L2 L1 S4 SGSN S6d

Diameter SCTP/TCP IP L2 L1 HSS

与Pre-R8 SGSN的互通
GSM Gn/Gp SGSN Gb Gr Gn/Gp Gn/Gp Iu-PS TD-SCDMA S12 S-GW S1-U LTE MME S1-MME S10 S5/S8 HSS

S6a

Via Pre-R8 SGSN
? ? ? ? 无需升级SGSN 除实现从GERAN/UTRAN 到LTE的切换功能外,无需升级GERAN/UTRAN 不支持R8 特性,如IPv4v6 dual stack, ISR 网络中需要支持太多的协议: GTPv0, GTPv1, GTPv2, Diameter, MAP

Service Continuity

S12
SGi P-GW Internet& Sevice network

EPC

LTE/2G/3G Network 互操作
MCS Server

GSM/GPRS

MGW Circuit Core Network

Service Continuity

WCDMA/CDMA

HLR/HSS /AAA

xCSCF IMS Network PCRF

VCC

Seamless Mobility

SGSN

LTE Multi-mode terminal Non-3GPP Access

GGSN Packet Core MME Network Internet& Sevice network SAE GW

AGW

SAE GW = Serving GW+PDN GW

? 核心网应该能够支持不同的接入技术。 ? 核心网应该能够支持在不同的接入技术间实现无缝切换和业务的连续性。 ? 核心网应该能够架起从当前向未来演进的桥梁。

多种LTE语音业务解决方案
PSTN/PLMN PSTN/PLMN IMS INTRENET
MGCF/ MGW SCC AS SGi MSCS MSCS MSCS

PSTN/PLMN

INTRENET
CSCF

INTRENET

SGs

MME

SAE-PGW

MSCS

CS
MGW MGW

MME

SAE-PGW MSC

A/Iu SAE-PGW GANC

CS
SGs
MGW MGW

EPC

Sv

EPC

CS

EPC
MME

RAN/GERAN

eNodeB

RAN/GERAN

eNodeB

RAN/GERAN

eNodeB

handover

handover

CSFB- UE speech fall back to 2/3G, No VoIP on LTE
UE发起MO和接收MT呼叫时,需首 先切换回CS无线网络。 ? 适用于 2/3G电路域与LTE无线网络 重叠部署的场景。 ? 需要升级所有与LTE有重叠无线覆盖 区域的VMSC,以支持类似Gs接口 的SGs接口联合位置更新、寻呼、短 消息等功能。 ? 网络结构简单,不需要部署IMS。
?

SRVCC- LTE VoIP with IMS control
?

GANC - LTE VoIP with CS control
?

? ? ?

基于LTE实现语音和多媒体业务, LTE无线覆盖可以作为2G/3G无线的 补充。 基于SCC AS和SRVCC增强MSC的控 制,LTE 语音能够切换到CS网络。 需要部署IMS网络作为多媒体业务统 一控制平台。 可以部署独立的 SRVCC 增强 MSC, 支持Sv接口和SIP接口,避免所有 MSC的升级。

?

? ? ?

基于LTE实现语音和多媒体业务, LTE无线覆盖可以作为2G/3G无线的 补充,支持向CS的平滑切换。 部署IWF模拟 BSC/RNC,向传统CS 网络发起呼叫和切换,CS网络不需 要升级。 需要UE支持基于LTE承载的 CC/MM/SS协议栈能力。 不需要部署IMS网络。 方案尚未标准化,3GPP正在讨论。

LOGO

附录:EPS架构流程及各接口3GPP参考标准
名 称
EPS架构及流程 S1-MME接口 S1-U接口 NAS接口 S6a接口 S10接口 S11接口 S5/S8接口用户面 S5/S8接口控制面 SGi接口 码号

标准协议
23.401 36.413 29.281 24.301 29.272 29.274 29.274 29.281 29.274 29.061 23.003

基线版本
V8.8.0 V8.8.0 V8.1.0 V8.4.0 V8.5.0 V8.4.0 V8.4.0 V8.1.0 v8.4.0 V8.3.0 V8.7.0

补充CR

0012, 0026 0659 0176,0186,0197,0216 0355,0402,0408,0416,0430,0485 0355,0402,0408,0416,0430,0485 0012, 0026


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