演进分组系统的几个概念 EPS/EPC/SAE/LTE/EUTRAN

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基本概念

缩略语	全称	中文	概念范围
EPS	Evolved Packet System	演进分组系统	包括无线接入网和核心网
EPC	Evolved Packet Core	演进分组核心网	仅指核心网
E-UTRAN	Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network	演进通用无线接入网络	仅指无线侧
SAE	System Architecture Evolution	=EPC 系统结构演进	仅指核心网
LTE	Long Term Evolution	=EUTRAN 无线接口长期演进	仅指无线侧

 

演进历史

演进分组系统EPS是3GPP标准委员会制定的3G UMTS最新演进标准，主要包括无线接口长期演进(Long Term Evolution，LTE)和系统结构演进(System Architecture Evolution，SAE)。

3GPP在2004年底经过认真讨论后决定的在3G频段采用之前为B3G或4G发展的技术，以便于占有宽带无线接入市场，并制订了长期演进计划（LTE）。除了对无线接入网演进的研究，3GPP还要研究系统架构方面的演进，并将其定义为SAE（系统架构演进）。因此整个计划按照结构划分为两个部分：无线侧（即LTE）和网络侧（SAE）。3GPP LTE在接入网体系结构方面，考虑到最终将要实现所有业务通过分组域传输，如何保证各种分组业务、特别是实时性要求较高的分组业务的服务质量，原有的网络结构已无法满足要求，所以需要进行调整与演进。

无线侧的工作目标主要包括以下几个方面：频谱利用率、用户吞吐量、时延上的性能提高；无线网络简化；对基于分组的业务MBMS及IMS等的有效支持。

网络侧的工作目标主要包括以下几个方面：时延、容量、吞吐量的性能提高；核心网简化；基于IP业务和服务的优化；对非3GPP接入技术的支持和切换的简化。

 

系统架构

整个EPS系统由核心网（EPC）、基站（eNode B）和用户设备（UE）3部分组成。其中，EPC负责核心网部分，EPC的信令处理部分称MME（移动性管理实体）；数据处理部分称为服务网关（S-GW）；eNode B负责接入网部分，也称E-UTRAN；UE指用户终端设备。EPS系统的接入网络（即LTE系统）

 

LTE系统

LTE中采用了简化、扁平的结构，也就是说：eNode B本身就具有独立的资源管理功能，各个eNode B之间通过直接的互联实现相互的协调与合作。这样简化的结构能有效地提高系统的整体通信效率，为系统新引入的全分组交换的设计理念提供更好的配合。

• eNode B与MME/S-GW通过S1接口连接，类似于Iu接口；
• eNode B之间通过X2接口连接，类似于Iur接口；
• eNode B与UE之间通过Uu接口连接。
• 和UMTS相比，由于Node B和RNC融合为网元eNode B，所以LTE系统少了Node B和RNC之间的Iub接口。

LTE系统中，eNode B的功能包括：RRM（无线资源管理）功能；IP头压缩及用户数据流加密；UE附着时的MME选择；寻呼信息的调度传输；广播信息的调度传输；设置和提供eNode B的测量等。

MME的功能包括：寻呼消息发送；安全控制；空闲态（Idle）的移动性管理；SAE承载管理；NAS（非接入层）信令的加密及完整性保护等。

S-GW的功能包括：数据的路由和传输，以及用户面数据的加密等。

 

EPC（SAE）系统

EPS中的核心网由移动性管理实体（MME）、服务网关（S-GW）、PDN网关（P-GW）、服务GPRS支持节点（SGSN）、用于存储用户签约信息的HSS（归属用户服务器）以及策略和计费控制单元（PCRF）等组成。EPC是一个提供全IP连接的承载网络，对所有的基于IP的业务都是开放的，能提供所有基于IP业务的能力集。

• MME的主要功能是支持NAS（非接入层）信令及其安全、跟踪区域（TA）列表的管理、P-GW和S-GW的选择、跨MME切换时进行MME的选择、在向2G/3G接入系统切换过程中进行SGSN的选择、用户的鉴权、漫游控制以及承载管理、3GPP不同接入网络的核心网络节点之间的移动性管理（终结于S3节点），以及UE在ECM_IDLE状态下可达性管理（包括寻呼重发的控制和执行）。
• S-GW是终止于E-UTRAN接口的网关，其主要功能包括：进行eNode B间切换时，作为本地锚定点，并协助完成eNode B的重排序功能；在3GPP不同接入系统间切换时，作为移动性锚点（终结在S4接口，在2G/3G系统和P-GW间实现业务路由）；执行合法侦听功能；进行数据包的路由和前转；在上行和下行传输层进行分组标记；用于运营商间的计费等。
• P-GW是面向PDN终结于SGi接口的网关，如果UE访问多个PDN，UE将对应一个或多个P-GW。P-GW的主要功能包括基于用户的包过滤功能、合法侦听功能、UE的IP地址分配功能、在上行链路中进行数据包传送级标记、进行上下行服务等级计费以及服务水平门限的控制、进行基于业务的上下行速率的控制等。
• SGSN除了3GPP TS 23.060中定义的功能外，还可以用于2G/3G和E-UTRAN 3GPP接入网间移动时，进行信令交互，包括对P-GW和S-GW的选择，同时为切换到E-UTRAN 3GPP接入网的用户进行MME的选择。
• HSS是用于存储用户签约信息的数据库，归属网络中可以包含一个或多个HSS。HSS负责保存跟用户相关的信息，例如用户标识、编号和路由信息、安全信息、位置信息、概要（Profile）信息等。
• PCRF（策略和计费规则功能）终结于Rx接口和Gx接口，非漫游场景时，在HPLMN中只有一个PCRF跟UE的一个IP-CAN会话相关；在漫游场景并且业务流是本地疏导时，可能会有两个PCRF跟一个UE的IP-CAN会话相关。