EPS包括核心网EPC(EPC又包括MME(信令处理部分)、S-GW(数据处理部分)、P-GW)、E-UTRAN(只包含基站eNodeB一个网元,eNodeB能够实现3G中的NodeB和无线网络控制器RNC的功能,即eNodeB实现了接入网的全部功能)、用户设备UE。
核心网实现了用户面和控制面的分离,融合了部分RNC的功能。
LTE网络结构的优点:
1、 网络扁平化使系统时延减少
2、 网元减少,降低成本,更好部署和维护
3、 取消了RNC,避免单点故障
4、 所有网元都用标准接口连接,满足能多供应商产品的互操作
EPC主要由MME、SGW、PGW、PCRF等网元构成。其中:
MME:Mobility Management Entity,移动性管理实体,原3G网络中SGSN网元的控制面功能;
SGW:Serving Gateway,业务网关,原3G网络中SGSN网元的用户面功能,有时也写为S-GW;
PGW:PDN Gateway,PDN网关,原3G网络中GGSN网元的功能,有时也写为P-GW;(PDN,Public Data Network,公用数据网,为公众提供数据通信服务的通信网。由交换机、网控中心、用户入户设备、通信线路等设施组成。每个入网用户可与网上其他用户通信,公用数据网负责数据在其间作透明的无差错传输。)
PCRF:Policy and Charging Rules Function,策略和计费规则功能,完成对用户数据报文的策略和计费控制。
EPC网络可以支持3GPP(3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡,保证未来技术的后向兼容性,支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性)和非3GPP(如Wi-Fi、WiMAX等)多种接入方式,是支持异构网络的融合架构。在此架构下,短信、语音等传统的电路域业务将借助VoLTE模式进行承载,也可以采用CSFB(Circuit Switched Fallback,电路域回落)的方案使用原有的电路域完成语音业务。综上所述,EPC网络是4G移动通信网络的核心网。它属于核心网范畴,具备用户签约数据存储,移动性管理和数据交换等移动网络的传统能力,并能够给用户提供超高速的上网体验。概括来说,EPC具备如下特点:
1 核心网趋同化,交换功能路由化;
2 业务平面与控制平面完全分离;
3 网元数目最小化,协议层次最优化;
4 网络扁平化,全IP化。
eNodeB:物理层功能(HARQ等);MAC、RRC调度;无线接入控制;无线资源管理等
MME:移动性管理;会话管理;用户鉴权和密钥管理;NAS层信令的加密和完整性保护;TA LIST管理;P-GW/S-GW选择
Serving Gateway:分组路由和转发功能;IP头压缩;IDLE态终结点,下行数据缓存;E-NodeB间切换的锚点;路由优化
PDN Gateway:分组路由和转发;3GPP和非3GPP网络间的Anchor功能(HA功能);UE IP地址分配,接入外部PDN的网关功能
HSS:HSS(Home Subscriber Server)是归属用户服务器,村粗了LTE/SAE网络中用户所有与业务相关的数据
PCRF:为每个用户定义不同业务的收费规则;QOS策略-为不同承载业务提供不同的QOS
PCRF:策略控制、基于流量的计费、QoS授权(等级标识和比特流)
HSS:开户信息、用户移动性管理的动态信息;基础的AUC模块
P-GW:用户IP地址分配管理和QoS保证;流量监测统计;数据分发
S-GW:用户IP数据包向网络侧的转发;以及再移动性支持方面的用户数据缓存和前转;计费i西南西收集和合法监听
MME:UE与核心网间的信令交互控制节点
EPC主要由MME(移动性管理实体),SGW(服务网关)和PGW组成。多个EPC的集合称为EPS
EPC的演进表现在:
取消了CS域,CS域业务承载在PS域,实现了核心网的IP化。语音业务(Voice)在以往无线制式中有CS承载,在LTE中则完全由PS域承载,即所谓的VoIP(Voice over IP)。
全网IP化,各网元节点之间的接口也都使用IP传输。LTE全网IP化的关键支撑就是端到端的QoS保障机制。
LTE/SAE在核心网演进中实现了用户面和控制面的分离,即用户面和控制面功能分别由不同的网元实体完成。可降低系统时延,提升核心网处理效率。
MME属于控制面设备,负责信令传输;
SGW和PGW属于用户面设备,负责用户数据包的过滤、路由、转发。
EPC和eUTRAN间的接口是S1,由于用户面和控制面的分离,S1接口也可分为用户面接口S1-U和控制面接口S1-MME。
LTE核心网还支持多网融合,支持包括LTE在内的多种无线接入技术,不仅要支持UMTS网络接入,还支持非3GPP制式的网络接入,如GSM、CDMA、WLAN、WiMAX等网络,实现了不同无线制式在EPC平台上的大融合。
EPC和各种无线制式中都设计有标准接口,方便业务使用时在不同制式的无线系统中无缝切换,如图所示。
说明:LTE制式对应的无线接入网称为eUTRAN,UMTS(WCDMA/TD-SCDMA)对应的无线接入网称为UTRAN,GSM和EDGE对应的无线接入网称为GERAN(GSM EDE Radio Access Network);CDMA对应的无线接入网称为1xRTT(CDMA 1x Radio Transmission Technology);CDMA2000对应的无线接入网称为HRPD(CDMA2000 High Rate Packet Data).
MME主要功能有寻呼、切换、漫游、鉴权,对NAS(非接入层)信令的加密和完整性保护,对AS(接入层)安全性控制、空闲状态移动性控制等。其中NAS信令是指UE和核心网EPC直接联系使用的,他是接入网eUTRAN(即接入层)不作分析,也不直接使用的信令(所以叫非接入层信令);AS信令是接入网eUTRAN分析并使用的信令。
SGW(服务网关)是EPC和eUTRAN的一个边界网关,不和其他系统网关如GGSN、PDG直接相连,主要功能是LTE系统内的分组数据路由及转发、合法监听、计费。
PGW(PDN网关)是和运营商外部或内部的分组网络连接的网关,功能类似UMTS或EDGE中的GGSN,是所有3GPP系统或者非3GPP系统非组网络的统一出口。主要功能包括分组包深度检查、分组数据过滤及筛选、转发、路由选择等。还负责UE的IP地址分配,速率限制、上下行业务级计费等功能。设计PDN网关的目的是为了方便引入LTE系统以外的分组网络,使得多系统引入LTE的接口数目最小化,EPS和外界的接口功能简单化、清晰化,从而使LTE/SAE的核心网真正成为一个多制式融合的平台。
打个比方:MME是负责流动人口管理的公安部门,SGW是一个负责人员和物资中转地快递公司,PGW则是对人员和物资进行出入境检查的口岸。
EPC的三个网元是逻辑上的概念,和物理形态不一定一一对应。MME和SGW可以是一个物理节点,也可以是分离的两个物理节点;SGW和PGW可以是一个物理节点或分离的两个物理节点。但一般MME和PGW不在一个物理实体中,更没有MME、SGW、PGW三位一体的。