LTE核心网简介.ppt

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1、LTE核心网简介,一、LTE核心网网络架构及网元功能二、LTE业务实现方案及基本流程三、EPC网络组织四、EPC带宽计算,Page2,Page3,EPS网络架构,EPS(Evolved Packet System),UE（User Equipment）,LTE（Long Term Evolution）,SAE（System Architecture Evolution）,EPC(Evolved Packet Core),SAE=EPC,Page4,EPC网络架构,S-GW和P-GW合设,Page5,EPC网络架构,S-GW和P-GW分设,Page6,EPS网络功能,EPS网络实现以下逻辑功能：

2、网络接入控制功能数据路由和转发功能移动性管理功能安全功能无线资源管理功能网络管理功能,Page7,EPC主要逻辑网元功能,MME:mobility management entity,P-GW:packet data network gateway,SGW:serving gateway,HSS:home subscriber server,PCRF:policy and charging rule function,TD-LTE网络结构,负责无线资源管理,负责移动性管理功能,负责用户面接入功能,提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能,根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控,提

3、供鉴权和签约等功能,用户设备(UE),接入网(E-UTRAN),核心网(EPC),整个TD-LTE系统由3部分组成,Page8,扁平化、全IP化,无BSC/RNC,由于LTE的高速率，将来LTE对传输网络需求巨大（以G为单位），1个宏站带宽需求在200M以上，需要提前做好传输网络规划和建设。,核心网-网络变化及传输需求,Page9,TD-LTE与TD/2G协同组网网络结构,电路域,MGW,MSC SERVER,GMGW,分组域,SGSN,GGSN,SBC,IM-MGW,其它IMS网元,HSS,MGCF,SBC,AS,CM-IMS,MME,S-GW,EPC,P-GW,SAE-GW,其它数据业务网

4、,HLR,GMSC SERVER,HSS,internet(CMNet),集团客户、家庭用户,S1-MME,S1-U,S6a,S11,完成类似于SGSN的功能,完成类似于GGSN的功能,S5/S8,SGi,TD-LTE仅存在核心网分组域（EPC）,Gr,Gn,Gn,SGs：MME-普通MSC-S-LTE短信-CS FallBack话音Sv：MME-SRVCC MSC-S-LTE VoIMS+SRVCC,核心网-网络融合,降低负荷,保护投资,Page11,一、LTE核心网网络架构及网元功能二、LTE业务实现方案及基本流程三、EPC网络组织四、EPC带宽计算,Page12,简要流程,E-UTRAN

5、,MME,S-GW,EPC(Evolved Packet Core),P-GW,SAE-Gateway,外部数据网,eNodeB,IP网络,HSS,DNS,(1)“四元组”鉴权,(2-1)请求APN解析(默认承载),(2-2)返回S-GW、P-GW地址列表,(3)选择S-GW、P-GW,(4)P-GW地址,(5)请求为用户建立默认承载,(6)为用户建立默认承载(分配用户IP地址),用户接入网络后，系统立即为用户建立一个“默认承载”（类似于PDP）-Always On Line-用户需要IP地址,后续，当用户需要与外部数据网通信时，使用已经建立的“默认承载”,LTE数据业务方案,Page13,1

6、4,LTE短信业务方案,基于3GPP标准规定的SGs接口方式,E-UTRAN,MME,S-GW,P-GW,SAE-GW,eNodeB,HSS,IP网络,电路域,MSCServer,现网短信中心,SGs接口,仅用于“短信”，全网/全省可固定选择1个MSC-S,HLR,融合的HSS/HLR,1,2,3,4,5,LTE“单待”终端驻留在LTE网络时，不能使用2G/TD电路域短信业务,适用于：-计费信息通知-接收“彩信”,0,0：MME与MSC-S之间通过SGs接口执行联合位置更新，HLR记录用户位于此MSC-S,1、2、3：正常的短信业务流程，短信中心将“短信”发送至MSC-S,4：MSC-S通过S

7、Gs接口将“短信”发送至MME,5：MME将“短信”通过LTE网络发送至用户,Page14,LTE语音业务方案-双待终端,E-UTRAN,MME,S-GW,P-GW,SAE-GW,EPC,电路域,SGs接口,拜访MSC Server,双待单卡终端,2G/TD,SGs接口短信 MSC Server,单待单卡终端,双待双卡终端,A,C,“单待”终端：执行SGs接口联合位置更新“双待”终端：不执行SGs接口联合位置更新,A：话音业务B：数据业务C：单待终端的短信业务,B,HSS/HLR,双待终端：始终由电路域提供话音业务,Page15,LTE话音业务方案-CSFB,中国移动通信集团设计院有限公司,E

8、-UTRAN,MME,S-GW,P-GW,SAE-Gateway,eNodeB,HSS,DNS,IP网络,电路域,MSCServer,MGW,Evolved Packet Core,IP网络,LTE终端（多模单待）,其它数据业务网,同时，LTE终端将数据业务也切换到2G/TD分组域,IMS核心网,LTE终端的来话呼叫,HLR,用户接入LTE网络，鉴权、位置更新,0-1,0-2,通过SGs接口执行“联合位置更新”,1,主叫局查询HLR，HLR将MSC-S提供的MSRN返回给主叫局,2,主叫局将呼叫接续至MSC-S,3,通过SGs接口通知终端此时有一个CS域来话呼叫,4,终端切换至TD/2G网络响

9、应寻呼,5,建立话路连接,1、与LTE共覆盖区的所有MSC Server均需改造支持CSFB2、LTE终端需支持CSFB,终端位于TD/2G网，由电路域提供业务终端位于LTE网：-主叫：切换至电路域提供业务-被叫：通过LTE得到来话通知后切换至TD/2G无线网，通过电路域接收呼叫,Page16,LTE话音业务方案-VoIMS（VoLTE）,-利用TD-LTE/EPC作为透明传送的IP通道，将TD-LTE终端接入IMS网络，由IMS网络为用户提供话音业务 LTE VoIMS。,E-UTRAN,MME,S-GW,P-GW,SAE-Gateway,eNodeB,IP网络,电路域,MGW,EPC,IP

10、网络,话音业务,其它数据业务网,IMS核心网,LTE终端切换到2G/TD网络,MME控制话音切换,MSCServer,MSC ServerEnhanecd SRVCC,MGW,MME与SRVCC MSC-S之间新增Sv接口-传送“切换”信息,SRVCC实现方案：,-切换流程复杂；-时延较长，可能会影响成功率,现网改造或新建,终端位于TD/2G网，由电路域提供业务终端位于LTE，CM-IMS负责业务处理，LTE/EPC提供IP通道,Page17,一、LTE核心网网络架构及网元功能二、LTE业务实现方案及基本流程三、EPC网络组织四、EPC带宽计算,Page18,eNodeB与MME之间的网络组织

11、,方案一：为每个eNodeB固定配置其所归属的一个MME,MME,MME,方案二：MME POOL,MME,MME,用户第一次附着在网络中时，由eNodeB负责为用户选择1个MME，同时MME为用户分配一个GUTI,GUTI=MCC+MNC+MMEGI+MMEC+M-TMSI,MME POOL号标识,MME 标识,MME POOL是3GPP R8版本的必选基本功能,增加了MME向eNodeB的反馈机制（MME可以向eNodeB下发weight，标识自己的负荷状态，供eNodeB选择POOL内的MME）,建议：采用方案二-MME POOL作为基本的必选功能要求-当MME数量达到2个以上，且覆盖区

12、域连续的情况下，部署MME POOL,Page19,S-GW与eNodeB之间的网络组织,MME,S-GW,IP 网 络,P-GW,S-GW,S-GW,eNodeB,eNodeB,eNodeB,MME,S-GW,IP 网 络,P-GW,S-GW,S-GW,eNodeB,eNodeB,eNodeB,用户跨eNodeB漫游时，需要跨S-GW重新建立Default Bearer,用户跨eNodeB漫游时，重新建立Default Bearer，S-GW不改变,方案一：归属连接设置eNodeB与S-GW的归属关系；即：各eNodeB的业务仅由固定的一个(或两个)S-GW负责疏通,方案二：全连接不设置eN

13、odeB与S-GW的归属关系；即：各eNodeB的业务由一组S-GW负荷分担的疏通,Page20,eNodeB,EPC,eNodeB,PTN,PTN,PTN,城市1,城市2,省会城市,MME,SAE-GW,eNodeB,EPC,eNodeB,PTN,PTN,PTN,城市1,城市2,省会城市,MME,SAE-GW,IP承载网,CE,CE,AR,AR,BR/AR,方案一：PTN直接互连,方案二：PTN通过IP承载网互连,eNodeB与核心网之间IP承载方案,Page21,建议：采用方案一,S1/X2接口（无线网与核心网之间）承载方案,Page22,电路域,MGW,MSC SERVER,GMGW,G

14、GSN,PDN,GMSC SERVER,BSC,RNC,SGSN,分组域,HLR,IP专网,CMNET,CMNET,中国移动TD/2G核心网的IP承载网络现状,EPC内部及与TD/2G分组域间IP承载方案,Page23,SGSN,GGSN,IP承载网,方式一：BG互通,SAE GW/GGSN,方案一：EPC融合设备承载在IP承载网，TD/2G核心网分组域承载在CMNet,CMNET,CMNET,SGSN,GGSN,IP承载网,方式二：接口互通,SAE GW/GGSN,CMNET,CMNET,需配置BG-BG集中设置，路由迂回严重-BG分散设置，增加投资较多需通过BG的业务包括：-部分SGSN之

15、间的切换（信令、媒体）-MME/SGSN的TD/2G业务-部分LTE终端在TD/2G无线网的业务-MME、SGSN查询融合DNS的信令,1、融合设备的Gn接口与S5/S8接口需分别独占物理接口，不能共用 接口资源不能共享，降低设备使用效率2、融合DNS位于CMNet，EPC内部通信，仍需通过CMNet访问DNS3、承载路由复杂，不便于维护管理4、融合设备同时连接CMNet和IP承载网，为IP承载网引入安全隐患,MME/SGSN,MME/SGSN,EPC内部及与TD/2G分组域间承载方案,BG,BG,不建议采用方案一,Page24,SGSN,GGSN,方式一：承载在IP承载网,SAE GW/GG

16、SN,CMNET,CMNET,方式二：承载在CMNet,需要现网TD/2G核心网分组域设备完成Gn接口割接,SGSN,GGSN,SAE GW/GGSN,CMNET,IP承载网,现网TD/2G核心网分组域设备改造为融合设备，工程实施较为简单,SGSN/MME,SGSN/MME,EPC内部及与TD/2G分组域间IP承载方案,方案二：EPC融合设备与TD/2G核心网分组域承载在同一张IP承载网(CMNet或IP承载网),Page25,EPC内部及与TD/2G分组域间IP承载方案,方案二中两种承载方式的比较,鉴于如下原因：,目前，LTE以承载高速数据业务为主,EPC采用与TD/2G分组域融合组网模式,

17、LTE VoIMS方案尚不成熟,建议：,宜采用方式二，CMNet承载,目前VoLTE承载仍采用CMNet承载）,Page26,一、LTE核心网网络架构及网元功能二、LTE业务实现方案及基本流程三、EPC网络组织四、EPC带宽计算,Page27,网络设计带宽计算的基本概念,话务模型峰均比 协议封装效率(协议扩展因子）物理带宽利用率装载率,Page28,基本概念-话务模型,典型话务模型参数示例,Page29,网络设计带宽计算的基本概念,话务模型峰均比 协议封装效率(协议扩展因子）物理带宽利用率装载率,Page30,基本概念-峰均比,峰值：保证98%的流量（折线下的面积）能够正常通过的取值均值：所有

18、测量点的算术平均值峰均比：峰值/均值,均值,峰值,最大值,峰值不是单纯意义上的最大值喔！,Page31,峰均比WWW业务仿真情况,对于WWW业务，几个典型值如下（此处u为平均流量）：系统吞吐量小于1.5，能够保证90.52%的用户数据流量正常通过吞吐量小于2，能够保证概率为99.66%的用户数据流量正常通过吞吐量小于3，能够保证概率接近为100%的用户数据流量正常通过从上述可见，2倍均值的吞吐量已经接近累计概率1，因此在满足一定的QOS要求条件下，WWW业务网络节点峰均比取2已经能满足要求。,Page32,峰均比现网局点流量统计结果,峰均比基本都在1.5以下，高于1.5的局点都是极小流量的局点

19、；流量越大越能反映实际的峰均比。,PS网络规划推荐的峰均比：1.5:1如果客户有更高QOS 需求，可以使用2:1 均峰比。,Page33,网络设计带宽计算的基本概念,话务模型峰均比 协议封装效率(协议扩展因子）物理带宽利用率装载率,Page34,核心网相关接口协议,Page35,EPC核心网控制面协议栈示意图,核心网相关接口协议,Page36,EPC核心网用户面协议栈示意图,常见协议封装格式-以太帧,Ethernet II 帧格式,在帧头有7个字节的前同步码，一个字节的定界符，在帧尾还有4个字节的帧校验序列。MAC帧总共花费的字节数是：716624=26 bytes,Page37,常见协议封装

20、格式-IP 报文,IP头部字节数是：20 bytes（固定长度）,Page38,常见协议封装格式-UDP 报文,UDP头部字节数是：8 bytes,Page39,常见协议封装格式-GTP报文(V1),GTP头部字节数：8 bytes,8 字节,Page40,常见协议封装格式-SIGTRAN,SIGTRAN各层网络开销,Page41,协议封装效率（扩展因子）,协议栈封装效率：指的是业务净荷与所需物理层带宽的比值。与采用的协议封装格式以及业务净荷长度相关。扩展因子=1/协议栈封装效率,S1-U的封装效率=X/(X+62)Note:1、62 协议及IP包头长度2、X,GTP净荷的长度，话务模型平均包

21、长,示例：S1-U 协议栈,1）协议封装效率是可变的，取决于协议栈和平均包长！,Page42,协议栈封装效率S1-MME,封装效率=X/(X+82),Note:X,GTP净荷的长度,S1-AP,Ethernet,PHY,Service Bit Rate,Bit Rate under Eth,SCTP,IP,Page43,协议栈封装效率S6a,封装效率=X/(X+78),Note:X,GTP净荷的长度,Diameter,Ethernet,PHY,Service Bit Rate,Bit Rate under Eth,SCTP,IP,Page44,协议栈封装效率S1-U,封装效率=X/(X+62)

22、,Note:X,GTP净荷的长度,GTP-U,Ethernet,PHY,Service Bit Rate,Bit Rate under Eth,UDP,IP,Page45,协议栈封装效率S10/S11,封装效率(V1)=X/(X+58),Note:X,数据报平均长度，单位byte,Page46,协议栈封装效率S5/S8,封装效率(V1)=X/(X+62),Note:X,数据报平均长度，单位byte,Page47,协议栈封装效率SGi,封装效率=X/(X+26),Note:X,数据报平均长度，单位byte,Page48,主要接口协议栈开销汇总,Page49,协议栈封装效率实例,Page50,网络

23、设计带宽计算的基本概念,话务模型峰均比 协议封装效率(扩展因子）物理带宽利用率装载率,Page51,网络设计带宽计算的基本概念-物理带宽利用率,控制协议开销：比如以太网广播消息、ARP消息等物理层传输开销：帧间隙等物理带宽利用率=1*(1-控制协议开销)*(1-物理层传输开销),物理带宽利用率是不变的，表征物理接口实际可以使用的带宽，与物理承载相关。,Page52,网络设计带宽计算的基本概念,话务模型峰均比 协议封装效率(扩展因子）物理带宽利用率装载率,Page53,平均净荷流量,装载率定义,平均净荷流量,乘峰均比，计算出峰值流量,峰值净荷流量,添加协议栈封装,峰值净荷流量,装入,根据话务模型

24、计算流量等,传输信令,装载率,话务模型,Page54,装载率的计算方法,装载率,峰均比,协议栈封装效率,物理带宽利用率,装载率,(1/峰均比),1协议栈封装效率,物理带宽利用率,平时峰均比,节假日峰均比,S1-U接口封装效率,S5/S8接口封装效率,SGi接口封装效率,物理层传输开销,其它控制协议开销,Page55,装载率推荐值（假设平均包长420）,装载率=规格（1/峰均比）封装效率物料带宽利用率,Page56,带宽计算方法(用户面 S1-U/S5/S8/Gi),平均净荷流量,协议扩展因子,平均净荷流量,峰均比,输出,根据话务模型计算流量等,话务模型,端口个数需求,=,（物理端口带宽理论值,物理带宽利用率）,Page57,平均净荷流量,话务模型,带宽计算方法（用户面）-平均净荷流量,=,=,=,Page58,Page59,谢 谢！,