3G UMTS与4G LTE核心网(二)：4G网络概述

1 关于4G的几个概念

• SAE(System Architecture Evolution，系统架构演进)
  • SAE(System Architecture Evolution，系统架构演进)：是PS(Packet Switching)网络核心网网络架构向4G演进的工作项目
  • PS(Packet Switching，分组交换)：早期的移动数据网络核心网部分
  • EPC(Evolued Packet Core，演进分组核心网)：即4G核心网，是SAE工作项目的研究对象
• LTE(Long Term Evolution，长期演进)
  • LTE(Long Term Evolution，长期演进)：是无线接口部分向4G演进的工作项目，研究对象E-UTRAN
  • E-UTRAN(Evolued UMTS Terrestrial Radio Acess Network，演进的UMTS陆地无线接入网)：即3GPP 4G的空中接口部分，是LTE工作项目的研究对象
• EPS(Evolued Packet System，演进的分组系统)：由EPC、E-UTRAN以及UE共同构成，代表整个端到端的4G网络。EPS和LTE以及SAE的关系如图1-1所示。

2 长期演进到哪里了

在4G时代，LTE的EPC部分演进到架构扁平化、承载控制分离、全IP组网的形态，如图2-1所示。

图2-2是LTE网络与UMTS网络结构。

• 网络架构扁平化
  • 无线接入部分从无线接入部分从3G时代的RNC与NodeB两个设备演进为eNodeB一个节点。
  • 海量eNodeB直连MME/SAE-GW
• 承载控制分离
  • 用户面在核心网网络部分只经过SAE-GW一个节点，不在经过对等2G、3G网络SGSN的MME网元。
  • MME只处理信令相关流程
• 全面IP化：
  • 整个移动数据网络除空口部分外的其他全部接口均已实现IP化、分组化(如图2-3所示)
  • 从eNodeB到业务服务器端到端路径均经由IP承载。

4G网络的网络架构更加简化。但是，在相当长的一段时间里，工程师面对的将是如图2-4所示的各种制式共存并逐步实现全面互操作的网络。

同时，4G网络扁平化，4G网络取消BSC/RNC控制器节点，海量二NodeB直连MME/SAE-GW，如图2-5所示。

3 EPC网络的网元

LTE网络所完成的工作是将移动终端以分组的方式连接到外部分组数据网络。

• eNodeB(evolved Node B，演进的节点B)
  • LTE网络中的基站， 是LTE网络E-UTRAN的主要网元
  • 负责无线资源管理、上下行数据分类和QoS执行、空口的数据压缩和加密
  • 同MME完成信令处理，与S-GW一起完成用户面数据转发
  • 相当于面向终端的一个汇聚节点
• MME(Mobility Management Entity，移动性管理实体)
  • 负责控制面的移动性管理、用户上下文和移动状态管理、分配用户临时身份标识等
  • 相当于LTE网络总的管家，所有的内部事务（Intra system切换）和外部事务（Inter System互操作）均由MME总体协调完成
• HSS(Home Subscriber Server，归属用户服务器)
  • 存储LTE网络中用户所有与业务相关的签约数据，提供用户签约信息管理和用户位置管理
  • 类似于2G、3G网络中的HLR网元
• S-GW(Serving Gateway，服务网关)
  • 3GPP内不同接入网络间的用户锚点，负责用户在不同接入技术之间移动时用户面的数据交换
  • 承担EPC的网关功能，终结E-UTRAN方向的接口
• P-GW(PDN Gateway，PDN网关)
  • PDN是Packet Data Network，采用分组协议（基本是IP协议）的数据网络，泛指移动终端访问的外部网络
  • P-GW被称为PDN网关，是3GPP接入网络和非3GPP接入网络之间的用户锚点
  • P-GW与外部PDN连接，终结与PDN相连的SGi接口
  • P-GW承担EPC的网关功能，一个终端可以同时通过多个P-GW访问多个PDN
  • S-GW和P-GW通常是物理网元合一部署，被称为SAE－GW
• PCRF(Policy and Charging Rules Function，策略和计费规则功能)
  • 完成动态QoS策略控制和动态的基于流的计费控制功能
  • 提供基于用户签约信息的授权控制功能
  • P-GW识别业务流，通知PCRF，PCRF再下发规则，决定业务是否可用，以及提供给该业务的QoS
    

参考文献

[1] 深入浅出4G网络—LTE/EPC