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LTE-EPC核心网组网及关键技术_图文

LTE-EPC核心网组网及关键技术 核 术

中国电信集团公司网运行维护事业部
数据网维护管理处

2013年3月

1 2

EPC简介 中国电信EPC部署关键因素分析

中国电信集团公司网络运行维护事业部

2

背景 - 3GPP系统演进

1G 模拟

2G FDMA

3G CDMA/WCDMA

4G OFDMA

3GPP

GSM/GPRS/EDGE

UMTS LTE/EPC R99/R4/R5/R6/R7 R8

LTE Ad Advance

3GPP2

IS-95

1x

CDMA2000

UMB/CAN

网络架构

互操作关 键技术

信令流程

业界动态

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3

EPC网络结构
HSS PCRF
PCC架构包含PCRF和PCEF

S6a

Gx

Rx

S11 S1-C MME S1-U E-UTRUAN S-GW PDN-GW S5 SGi

Operator s Operator’s IP Service

? MME(Mobility Management Entity)移动管理网元:只负责控制面 ? S-GW(Serving Gateway)服务网关:终结无线接入部分的接口 ? PDN PDN-GW(PDN GW(PDN Gateway)分组数据网络网关:终结面向PDN的SGi接口 ? HSS(home subscriber server )归属用户服务器:存储用户数据信息 ? PCRF (policy and charging rules function )策略和计费规则服务器:下发用户控制 和计费策略 中国电信集团公司网络运行维护事业部
4

EPC逻辑网元功能
MME eNodeB N d B S GW S-GW PDN GW PDN-GW

MME
? ? ? ? ? ? ? ? 移动性管理 会话管理 用户鉴权和密钥管理 NAS信令的加密和完整性保 护 S GW及P-GW S-GW P GW选择 切换过程中的MME/SGSN选 择 信令面合法监听 TAI List的分配和管理

S i G Serving Gateway t
? 分组路由和转发功能 ? 3GPP网络本地数据汇聚 锚点 ? IP头压缩 ? 合法监听 ? IDLE态下行数据缓存 ? eNodeB间切换的锚点 ? 基于用户和承载的计费 ? S5/S8支持PMIP接口时需 要实现BBERF功能

PDN G Gateway t
? 分组路由和转发功能 ? 3GPP和非3GPP网络间的 锚点功能 ? 终端 IP地址分配 ? 合法监听 ? 计费和QoS策略执行功能 ? 基于DPI的包过滤 ? 上下行基于APN-AMBR的 速率控制;

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5

电信分组核心网演进的目标网络
HSS
S10 S6a SWx

3GPP AAA

PCRF
S9

MME
S12 S1-MME S101 S5/S8 S11 STa Gx

CG

OCS

Billing

LTE

S1-U

eNodeB
AN-AAA A12 3GPP2 AAA Pi A10/A11‘

S-GW
S103

SP/CP

P-GW /HACCG
MMS E-mail

eHRPD

internet

BTS

eAN

HSGW/PDSN

Control plane User plane

WLAN

AP AC

S2b

UGW (Unified Gateway)

WAG/ePDG WAG/ PDG

EPC(Evolved Packet Core)

z

基于ALL IP的网络扁平化,C-L演进新建网元MME,SGW、PGW,HSGW, LTE实现真正的网络控制和承载分离,控制面eNodeB ->MME,用户面 eNodeB ->SAE GW 支持多种制式共核心网: 1X/DO/eHRPD/LTE, eHRPD网络通过S2a接入EPC

HSS\3GPP AAA、CG
z z

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6

CL长期共存是发展LTE/EPC的必然选择
热点覆盖 城区连续覆盖 广覆盖 业务

cdma LTE

cdma

cdma

cdma

?

主要支持移动宽带数据接入,解 决热点高密度业务需求

?

LTE业务非连续,依赖2G/3G补 充

cdma LTE

cdma LTE

cdma LTE

cdma

?

支持高速率、低时延数据业务 和VoIP 城区内LTE业务连续,郊区广 覆盖,全网体验一致

?

网络架构

互操作关 键技术

信令流程

业界动态

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7

CL共存阶段互操作
LTE Coverage

PS Hand over CDMA Coverage PS Continuity

CS Fall Back Voice Continuity

? LTE-eHRPD PS互操作 ? 阶段一:非优化切换,满足BE业务切 换需求 ? 阶段二:优化切换,满足切换业务需 求

? LTE-1x语音互操作 ? LTE不部署语音业务,语音采用1x承载:CSFB (CS Fall Back)和终端并发解决方案(2Rx&SVLTE) ? LTE部署VOIP:SRVCC (Single Radio Voice Call continuity)

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8

LTE和eHRPD 互操作架构
PDN1 PDN2

方案对比
? 非优化切换: ?切换时,业务暂时中断; ?时延较大; ?网络侧不需要改动; ?符合标准协议; ? 优化切换: ?业务通道先建后删,实现业务连 续切换; ?时延小; ?网络需要支持S101和S103接口; ?终端需要支持预注册; ?符合标准协议;

PDN GW

S2a
HSGW

SGW

S103

MME

S101

eAN

LTE Access

HRPD Access

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9

CL语音互操作解决方案
CSFB新增 网元与接口 - 面向 MME: 作为信令隧道的终 点 - 面向 1xRTT MSC: 模拟 1xRTT BSS 功能

PDN GW S102 MME SG SGW
UE附着在LTE时, 通过S102隧道在 CDMA 1x 注册

A1 1xCS IWS

1x MSC
CSFB需要增加网元说明:
z

BSC

引入1X CS IWS网元,跟MME之 间存在S102接口,跟MSC之间存 在 A1 信 令 接 口 , 相 当 于 逻 辑 1X BSC。

BTS
z

eNodeB

UE驻留在LTE侧时,通过1X CS IWS向MSC发起登记,语音回落 等过程 等过程。

CSFB:
1. 2. 3. 4 4. 网络需要新增网元1X CS IWS; 终端只支持单RF,驻留在LTE网 络; 终端成本相对较低,耗电较少; 需要网络与终端都支持;

SVLTE:
1. 2. 网络侧不需要做任何改动; 终端需要双RF,同时驻留在 CDMA网络与LTE网络,可并发 业务; 终端成本相对增加,较耗电;

双接收UE(iPhone5):
1. 2. 3. 网络侧不需要做任何改动; 双接收UE独立附着在CDMA与 LTE网络中,不支持并发业务; 终端成本相对增加,较耗电;

3.

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10

CL语音互操作解决方案—SRVCC
VCC AS

- 面向 MME:作为信令隧道的终点 - 面向 1xRTT MSC:模拟 1xRTT BSS 功能 1x MSC A1 BSC 4

Far end PDN GW 1 S102 3 eNodeB 2 SRVCC:
1. 2. 3. 4. SRVCC标准协议有待完善,属于长期发展方向; SRVCC需要新增部署IMS、Enhanced MSC; 需要多个网元MME、eNodeB、PS等网元变化来完 成; 终端只需要多模单待,时延控制在300MS左右;

IM S 1xCS IWS

MME SGW

1x BTS

SRVCC流程概述:
1. 2. 3. 4. UE在LTE进行VoIP业务 UE 移动出LTE覆盖区域, eNB发起SRVCC切换, 切换流程通过 LTE/SAE 隧道进行 1x MSC 发起到IMS的会话迁移, UE切换到 1x 网络

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11

基本流程分类
移动性管理
? ? ? ? ? ? 附着流程 分离流程 业务请求流程 S1接口资源释放流程 跟踪区更新与切换 2、3G与LTE间切换

会话管理
? ? ? ?
网络架构 互操作关 键技术 信令流程 业界动态

UE请求PDN连接 专有承载激活 专有承载修改 专有承载去激活

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12

全球LTE用户增长情况
99% 覆盖(Q3-2012)

~1 1
[11-2012] 400个市场,13 年覆盖与3G相当 (10-2012)

0.04 0.14
[03-2012] [05-2012]

1
[11-2012]

~1
[11-2012]

5.0
[09-2012]

~1 1
12.3
[10-2012]

5.0
[08-2012]

0.4
[09 2012] [09-2012]

0.8

95%基站升级支持LTE (Q3-2012)

[11-2012]**

2.0
[09-2012] [ ]

3.1
[08-2012] [ ]

[10-2012]

第一波市场(美日韩澳):这部分区域用户规模占全球LTE用户总数比例很高 第二波市场(欧洲、亚太、独联体):到2015年LTE用户将集中在这部分市场

0.5
[08-2012]

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13

芯片产业更加发达,运营商有更多选择
LTE芯片业呈现百花齐放趋势 多模芯片产业进程

MDM9x00 - GCUL

MSM8960 -G/U/C/LTE TDD/FDD

FDD单芯片

Balong 700(R8) - LTE

Balong 710 - G/U/LTE TDD/FDD

M7400 - G/U/TDS/LTE TDD/FDD WD5000 - LTE

9 所有制式芯片厂商都转向LTE,包括WiMAX阵 营、CDMA阵营、以及GUL阵营等 9 LTE芯片有单模芯片,也有多模芯片 9 提供LTE FDD / LTE TDD芯片厂商超过10家
2011

FG3100 - LTE

FG3800 - LTE TDD/FDD SQN3110 - LTE TDD/FDD

2012~

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14

1 2

EPC简介 中国电信EPC部署关键因素分析

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CL演进步骤1 --- 新建LTE和EPC网络
EPC(Evolved Packet Core)
HSS
S10 S6a SWx

3GPP AAA

PCRF CG

LTE

MME eNodeB
S12 S1-MME S1-U S11 S5/S8 Gx

OCS

Billing

S-GW
eHRPD
A10/A11‘

SP/CP

P-GW
MMS E-mail

BTS

eAN

HSGW
internet

3GPP2 AAA
HRPD A10/A11
Control plane User plane

BTS
z z z z

AN

PDSN

HACCG

z

新建LTE及EPC网络,S-GW/P-GW合设,P-GW支持基于PMIP的S2a接口 局部升级 AN/PCF 成eAN/ePCF,新建HSGW支持LTE和eHRPD之间互操作 LTE用户采用新号段 新建HSS和3GPP AAA设备,为LTE和eHRPD网络提供统一的鉴权、位置管理等功能 LTE用户采用新号段,新建HSS和3GPP AAA设备 为LTE和 HRPD网络提供统 的鉴权 位置管理等功能 新建CG( Charging Gateway )为LTE和eHRPD网络提供统一格式的3GPP话单,改造计费中心同时支持 3GPP2话单和3GPP话单 同时存在R7和R8版本的PCC架构,3G PCEF实体为PDSN,4G PCEF实体为P-GW,PCRF 同时兼容PDSN和PGW的Gx接口

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16

CL演进步骤2 ---CL长期共存
EPC(Evolved Packet Core)
HSS
S10 S6a SWx

3GPP AAA

PCRF
S9

MME
S12 S1-MME S1 MME S1-U S5/S8 S11 Gx

CG

OCS

Billing

LTE

eNodeB 3GPP2 AAA
eHRPD
A10/A11‘

S-GW P GW P-GW

SP/CP MMS E-mail

internet BTS AN eAN HSGW\PDSN HACCG
Control plane User plane
z z z

无线全网升级为eHRPD网络,兼容3G终端 PDSN升级为HSGW或扩容新建可兼容PDSN的HSGW ,完成PDSN的升级和替换 完成PDSN的升级和替换 PCC演进为R8架构,有2个策略执行点:PCEF和BBERF,BBERF由HSGW实现,负责向eHRPD无线接入网传递 承载相关的QoS参数

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17

CL演进步骤3 --- 规模部署EPC网络
EPC(Evolved Packet Core)
HSS
S10 S6a SWx

3GPP AAA

PCRF

S9

MME
S12 S1-MME S11 Gx

CG

OCS
LTE
S1-U S5/S8

Billing

eNodeB

S GW S-GW
S103

SP/CP

P GW \HACCG P-GW
MMS E-mail

3GPP2 AAA
eHRPD
A10/A11‘

BTS

eAN

HSGW\PDSN

UGW (Unified Gateway)

internet Control plane User plane

z

eAN和MME支持S101接口、HSGW和S GW支持S103接口,实现LTE和eHRPD之间优化切换,保证用户体验连续 eAN和MME支持S101接口、HSGW和S-GW支持S103接口,实现LTE和eHRPD之间优化切换,保证用户体验连续 性 P-GW支持HA功能,实现归属域2G/3G/4G 统一的业务和计费控制 EPC各网关逐步升级到融合网关,实现网络扁平化和统一的业务和计费控制 各网关逐步升级到融合网关 实现网络扁平化和统 的 务和计费控制

z z

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18

CDMA 分组核心网向EPC核心网演进
网络升级
?

用户数据
?

升级到eHRPD;AN升级 新建HSGW或PDSN软件升 HACCG向PGW演进

新建HSS和3GPP AAA,为LTE和 现网HLR保持不变,继续服务话音 LTE用户需要换卡

eAN
?

eHRPD用户提供鉴权
?


?

及短信业务
?

挑战

计费系统
?新建CG ,为LTE和eHRPD用户 提供离线计费 ?老用户由3GPP2 AAA计费 ?改造计费中心同时支持3GPP2话 单和3GPP话单
?

国际漫游
多模终端支持不同网络制式及 数据国际交换网元的部署 部署CSFB支持海外用户漫入

频段
?

?

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19

MME POOL集中部署探讨
? 目标架构: 优势:
MME集中部署不会给骨干网引入过多的流 量 更少机房资源 ,更少节点数量有利于降低 成本 通过POOL组网能够提升MME的业务范围, 降低MME间位置更新和切换频率,提升网 络性能 通过部署大容量、高性能的MME可以提升 网络的扩展能力,实现网络的快速扩容 语音业务涉及的S102接口均基于IP承载, 语音业务涉及的S102接 均基于IP承载 MME的集中部署不会影响语音业务质量
eNod eB eNod

MME POOL
S10

MME POOL

MME集中部署在省级中心,分区管理

?

省级中心
S102 S1MME

SAE-GW
S1MME S11 S102

S11

图例 信令 数据 信令和数据

SAE-GW S G

SAE-GW SAE-GW

SAE-GW SAE-GW

S1-U S1 U

eNod eB eNod eB eNod eB eNod 1X IWS( BSC) 1X IWS( BSC) eB 1X IWS( BSC) 1X IWS( BSC)

地市级

eB eNod eB eNod eB

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20

海外运营商对 MME集中部署实践
DT-德 国
Bielefel d

EE-英 国

K?ln

巴恩斯利

曼斯菲尔德 Bamber g Frankfur t
Nürnber g

伯明翰

G?ppinge n

伦敦 (三个站点)

德国德电: MME 4千万用户分4大 区, 大区内多个MME集中,大区之 间规划2个以上Pool容灾

英国EE:3千万用户分3大区,大区 内MME集中,异地Pool容灾

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21

影响网关部署位置的主要因素
业务部署和体验 务部署和体 1.传输时延对业务体验的影响分 析 2.VPN等集中部署业务需求

MME

省中心 地市
eNB s
AR

CDN/ID C S/PGW
CR

集中部署方式
CR

CDN/ID C
AR

MME

承载网建设成本 1.语音业务传输成本分析 2.数据业务传输成本分析 3.其他传输成本因素

省中心
eN Bs

S/PGW

地市

S/PGW

分布部署方式

网络建设及维护成本 1.集中建设和分布式建设成本差异 2.集中建设在统一维护上成本优势

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22

网关下移/分布式部署的优缺点
网关下移后的数据业务路由
Web & Video Voice&P2P Cloud Roaming 全国骨干
POP

因素 影响分析
IDC 目前主要部署在省会城市 政企传统行业27%,互联网 互联网(综合网站/ 视频/游戏等)72%(取自中国IDC行业 报告) 与PGW位置相关的主要是这72%是否 部署在对应省的IDC 目前主要部署在省会城市 CDN对PGW位置影响较大,总体而言 PGW G 部署要和CDN C 部署位置一致 部署位置 致

IDC

省内骨干

CDN
GW

GW

城域骨干

城域骨干

1.
eNodeB eNodeB

2.

目前IDC/CDN都部署在省会城市,网关下移产生 的实际带宽节约有限 下移的利益驱动力不足 的实际带宽节约有限,下移的利益驱动力不足。 如果未来承载有大量互联网业务的IDC或CDN下 沉到本地网,对牵引网关下移有明显影响。

UE1

UE2

UE3

IDC/CDN需要配套下移产生更大受益 集中部署相对分布部署降低维护开销
23

网关分布节省部分骨干网投资

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国内LTE/EPC现状
在国内广泛试验:
heilongjiang

? 中国移动拟在13个城市(福州、厦门、广州、深圳、杭州、宁波、成都、 南京、青岛、北京、上海、天津、沈阳)建设TD-LTE扩大扩大规模试验网。 向用户提供高速上网业务。TD-LTE网内实现漫游(含跨省、市漫游)和切换

Jilin Xinjiang Gansu 辽宁 Inner Mongolia 北京 河北 Ningxia Qinghai Shaanxi Tibet 四川 重庆 Hubei 浙江 Hunan Jiangxi 贵 州 Yunnan Guangxi 广东 taiwan 福建 河南 江苏 安徽 上海 Shanxi 天津 山东

; ? EPC核心网元MME、SGW-PGW、CG、HSS都是新建部署; ? 省内EPC设备集中部署,其中福建、广东、浙江、四川等省份采用大区部 署方式。

杭州移动EPC商用进展
?LTE已试商用放号,圆通营业厅、 文 路营业厅全国首家放号,目前 文一路营业厅 放号 目前 市场反响良好 ?杭州、深圳、香港三地LTE网络的 国际漫游互通。 ?利用LTE实现TDFi,覆盖公交和高 覆盖公交和高 档社区,以合理使用网络资源 ?预计年底将完成2400个站点建设。 截止11月7日,累计放号3395个, 户均月均使用流量超过 超过5GB。

深圳移动EPC商用进 展
?开通2210个站点,用户放号 超过700户 ?国内首次打通CSFB语音电话。 ? LTE终端实测下载速率超过 60Mbps,比TDS下载速率快 Mb 比TDS下载速率快 40倍以上。

Hainan

LTE/EPC在中国局点全景图

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24

全球EPC建设案例 — Vodafone 意大利
?沃达丰在全球27个国家拥有大约4亿 用户 是世界上最大的通讯网络公司 用户,是世界上最大的通讯网络公司 之一 ?沃达丰对设备供应商的选择有极其严 格的标准 格的标准: (1)设备具有长期的规划与演进能力, 平台能力领先 (2)能够满足沃达丰的技术需求,快 速响应;对业务、不同网络设备的兼 容性 建网思路:MME组POOL,分大区集 中部署;SGW PGW分大区双厂家承 中部署;SGW-PGW分大区双厂家承 建。
MILANO

TORINO

SGSN/MME POOL

GGSN/SG W/PGW

oss

BOLOGNA

FIRENZE

ROMA

GGSN/SGW/PGW
NAPOLI

SGSN/MME POOL

PALERMO

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25

EHRPD
? eHRPD由HRPD(EVDO)升级而来,是联系CDMA与LTE的纽带。其最大限度的保留原3G网络的投资, 并在LTE终端进入LTE网络盲区时,顺利切换到eHRPD上,拨号连接不中断。 ? 从HRPD到eHRPD需要升级AN(BSC/RNC)为eAN、升级PDSN为HSGW。 ? eHRPD核心侧共用LTE的EPC节点,无线侧共用HRPD的无线节点。 核 侧共用 的 节点 无线侧共用 的无线节点 ? eHRPD无线侧协议相对HRPD(EVDO)几乎无变化,未改变无线侧的能力。 E-UTRAN网络
LTE终端
S1-MME

EPC网络
MME

HSS

3GPP AAA

S-GW

P-GW

I t Internet t
eNodeB eAN ) AN-AAA
A10/A11

EVDO网络 AN(BSC/RNC

A10/A11‘

HSGW

统一策略控制 设备PCRF

eHRPD终端

BTS

HRPD终端

PDSN

CL业务互操作
? CDMA与LTE将长期共存,互为补充,短期内语音业务仍将由1X网络承载
业务 技术方案 SVLTE 双模双待 双通 功能 1x与LTE同时待机,并 能同时建立两个收发连 接 优点 1.不需要修订规范 2.网络不需新增网元 3.可以支持1X语音与LTE数据 并发 4.有商用案例 1.网络不需新增网元 缺点

1.耗电、终端待机时间较短 2.终端价格相对较高

语音

DualRx (双模双待 单通) e1xCSFB (双模单待 单通)

1x与LTE同时待机,但 只能建立一个收发连接 终端待机在LTE,语音 寻呼时,终端回落到1x 网络进行语音业务,需 增加中间网元 通过新增的eHRPD/LTE 网络接口,完成eHRPD 预注册和切换,切换完 成后释放LTE资源。 终端检测到LTE信号弱 而eHRPD信号良好 将 而eHRPD信号良好,将 中断LTE连接,并接入 eHRPD继续数据业务

1. LTE业务体验较差(类似 1X影响DO的数据体验) 2 终端待机时间较短 2.终端待机时间较短 1.网络中需新增IWS网元 2 当前无商用案例 2.当前无商用案例 1、需要新增eHRPD/LTE网络 接口S101和S103 2、目前支持优化切换功能的 网络设备与终端尚不成熟

1.待机时间较长 2. 呼叫时延优化(呼叫时延 比 小) 比1x小)

优化

1、提供无损数据业务切换, 并把切换时延减少到1秒以内

数据
非优化 28

1、无需改造eHRPD/LTE网络。 1、切换时延约2秒


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