下一代移動(dòng)數(shù)據(jù)核心網(wǎng)EPC

摘要：以WCDMA/HSPA技術(shù)為代表的3G網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于2G來說，更強(qiáng)調(diào)基于IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的應(yīng)用，因而促進(jìn)了移動(dòng)因特網(wǎng)絡(luò)模式的形成，人們?cè)絹碓角逦卣J(rèn)識(shí)到IP移動(dòng)因特網(wǎng)的發(fā)展方向。

關(guān)鍵字：移動(dòng)；核心網(wǎng)；EPC

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791 (2010)12(a)-0000-00

一、EPC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的目標(biāo)

采用新一代無線接入技術(shù)的LTE（Long Term Evolution）網(wǎng)絡(luò)能夠?qū)崿F(xiàn)高達(dá)100Mbps的無線數(shù)據(jù)傳輸速度，可以為用戶提供多樣的IP多媒體業(yè)務(wù)。由于有高寬帶的LTE接入技術(shù)做基礎(chǔ)并在提供IP多媒體業(yè)務(wù)上有可靠的技術(shù)保障，新一代移動(dòng)核心網(wǎng)EPC（Evolution Packet Core）僅定義了分組域的網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點(diǎn)，表現(xiàn)為更簡約的扁平化網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。

EPC網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的目標(biāo)包括：

面向網(wǎng)絡(luò)融合

3GPP在進(jìn)行EPC技術(shù)規(guī)范定義時(shí)，3GPP2、TISPAN、OMA、IETF等多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織都積極參與并提出了相應(yīng)的技術(shù)建議，使得EPC的技術(shù)體制目標(biāo)從一開始就設(shè)定為適應(yīng)不同的無線接入技術(shù)的兼容和互通，即EPC可接入和互通3GPP規(guī)范的GSM/WCDMA無線系統(tǒng)、3GPP2的CDMA2000/HRPD無線系統(tǒng)、以及WiMAX、WLAN等無線系統(tǒng)。統(tǒng)一的EPC核心網(wǎng)絡(luò)消除了不同技術(shù)體制間互通的壁壘，并大大節(jié)約運(yùn)營商的核心網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，為運(yùn)營商多業(yè)務(wù)統(tǒng)一運(yùn)營提供了基礎(chǔ)和可能。

在2G/3G網(wǎng)絡(luò)中，用戶從終端手機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，要經(jīng)歷基站、BSC/RNC、SGSN和GGSN多重網(wǎng)元，容易引起業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的延遲、降低用戶的業(yè)務(wù)質(zhì)量感受并使業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的管理復(fù)雜化。特別是基于IP多媒體數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的質(zhì)量保障變得更加復(fù)雜。

全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的IP化已經(jīng)成為業(yè)界的共識(shí)。在IP化進(jìn)程中，網(wǎng)絡(luò)要適應(yīng)多樣性的IP數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的傳送，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)要基于IP的傳送提供更高效率的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。

規(guī)范制定伊始，EPC就采用全I(xiàn)P的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括全部的網(wǎng)絡(luò)IP化接口和接口的IP協(xié)議。即使傳統(tǒng)的SS7信令應(yīng)用也采用基于IP的Diameter協(xié)議傳送，為網(wǎng)絡(luò)的IP化融合創(chuàng)造了基礎(chǔ)。基于IP的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)大量引入IETF的IP技術(shù)，形成新的網(wǎng)絡(luò)需求與IETF進(jìn)行互動(dòng)，包括多個(gè)接口采用Diameter接口技術(shù)、IETF的AAA（Authentication、Authorization、Account）功能的應(yīng)用以及基于IETF的移動(dòng)IP協(xié)議的采用等方面。

與現(xiàn)有移動(dòng)系統(tǒng)的互通

基于融合的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)思路，EPC支持多種無線接入技術(shù)。在LET/EPC網(wǎng)絡(luò)部署初期，LTE五無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋局限在較小的區(qū)域內(nèi)，為保證數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，需要實(shí)現(xiàn)LTE與其它無線系統(tǒng)的業(yè)務(wù)切換。這提升了LTE/EPC與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的融合度，保障了運(yùn)營商業(yè)務(wù)運(yùn)營的安全和延續(xù)性。

二、EPC網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

EPC網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)功能

MME（Mobility Management Entity，異動(dòng)管理實(shí)體）在LTE/EPC核心網(wǎng)絡(luò)中負(fù)責(zé)用戶的移動(dòng)性管理。該節(jié)點(diǎn)類似于2G/3G網(wǎng)絡(luò)中SGSN的功能，完成對(duì)用戶在無線網(wǎng)絡(luò)登記區(qū)域位置的管理和用戶業(yè)務(wù)切換的管理。

在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上，EPC網(wǎng)絡(luò)中的MME按池組方式組網(wǎng)，以保證網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行安全和負(fù)荷分擔(dān)。該節(jié)點(diǎn)與HSS互通取得移動(dòng)用戶的網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證數(shù)據(jù)并進(jìn)行用戶的網(wǎng)絡(luò)接入安全管理、空中信令信息加密和完整性驗(yàn)證。MME也根據(jù)用戶信息和網(wǎng)路配置數(shù)據(jù)進(jìn)行SGW和PGW的選擇，以采用最優(yōu)的方式傳送用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)并支持業(yè)務(wù)的連續(xù)性。用戶數(shù)據(jù)在eNodeB和SGW間傳送，MME負(fù)責(zé)用戶在線承載通道的建立和拆除。當(dāng)用戶處于空閑狀態(tài)時(shí)，如果網(wǎng)絡(luò)側(cè)有數(shù)據(jù)需要發(fā)送給用戶，SGW首先會(huì)與MME互通，對(duì)用戶進(jìn)行尋呼。

MME作為LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)核心的移動(dòng)管理節(jié)點(diǎn)，在確保用戶的移動(dòng)位置和承載通道管理的同時(shí)，還要完成與其它無線系統(tǒng)的切換。MME與現(xiàn)網(wǎng)的GSM/TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000(HRDP)有基于3GPP的標(biāo)準(zhǔn)接口。

SGW(Serving Gateway，服務(wù)網(wǎng)關(guān))作為LTE核心網(wǎng)絡(luò)的錨點(diǎn)與無線網(wǎng)絡(luò)互通，建立用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載通道。用戶在漫游時(shí)，用戶業(yè)務(wù)平面首先接入漫游網(wǎng)絡(luò)的SGW，SGW建立的承載通道用于用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的上下行傳送。當(dāng)用戶在LTE與GSM/TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000網(wǎng)絡(luò)之間切換時(shí)，SGW是用戶業(yè)務(wù)平面承載通道的切換互通點(diǎn)。SGW也是EPC網(wǎng)絡(luò)用戶合法監(jiān)聽的介入點(diǎn)，同時(shí)也生成用戶業(yè)務(wù)輔助計(jì)費(fèi)賬單。當(dāng)在SGW與PGW間采用PMIP接口協(xié)議時(shí)，SGW作為EPC網(wǎng)絡(luò)策略的執(zhí)行點(diǎn)。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)上SGW可以與PGW合設(shè)。

PGW（Packet data network Gateway，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)）是外部業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的接入點(diǎn)。當(dāng)PGW與SGW的接口采用GTP協(xié)議時(shí)，該節(jié)點(diǎn)終結(jié)用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的承載通道。PGW負(fù)責(zé)為用戶分配IP地址，與PCRF互通執(zhí)行用戶業(yè)務(wù)控制的策略，以及一般的基于PGW上的計(jì)費(fèi)話單進(jìn)行費(fèi)用的結(jié)算。在與WLAN網(wǎng)絡(luò)的互通以及與終端實(shí)施的移動(dòng)性管理中，PGW作為網(wǎng)絡(luò)接入控制的錨點(diǎn)。

HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務(wù)器）作為一個(gè)全I(xiàn)P接口的設(shè)備，負(fù)責(zé)用戶登記數(shù)據(jù)的管理。HSS通過Diameter/IP技術(shù)主要完成AAA功能并管理用戶永久登記數(shù)據(jù)、用戶網(wǎng)絡(luò)臨時(shí)標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，同時(shí)該設(shè)備完成用戶網(wǎng)絡(luò)安全認(rèn)證數(shù)據(jù)的發(fā)放和管理。

PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略與計(jì)費(fèi)規(guī)則功能）是核心網(wǎng)側(cè)集中的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)傳送控制節(jié)點(diǎn)。PCRF從BOSS接受用戶的業(yè)務(wù)套餐數(shù)據(jù)，與網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器互通取得業(yè)務(wù)的特征和需求。PCRF從BOSS接收用戶的業(yè)務(wù)套餐數(shù)據(jù)，與網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器互通取得業(yè)務(wù)的特征和需求。PCRF也與PGW/SGW互通取得永無業(yè)務(wù)的在線特征，生成對(duì)業(yè)務(wù)傳送判決的策略。PCRF產(chǎn)生的策略通過Gx/Gxc接口下放到PGW/SGW進(jìn)行策略的執(zhí)行。

PGW/SGW根據(jù)PCRF下發(fā)的策略需求可以觸發(fā)網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的專用承載通道的建立。

IP技術(shù)的應(yīng)用

LTE/EPC網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)全I(xiàn)P的移動(dòng)業(yè)務(wù)傳送網(wǎng)絡(luò)。EPC核心網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)元間采用全部基于IP互通的接口技術(shù)，這些接口技術(shù)有一些繼承了原有基于3GPP的GTP承載技術(shù)，另外一部分來源于IETF的技術(shù)成果。

Diameter協(xié)議用于在EPC體系下用戶數(shù)據(jù)的管理，完成AAA的網(wǎng)絡(luò)認(rèn)證、授權(quán)和計(jì)費(fèi)管理。PMIP作為基于網(wǎng)絡(luò)側(cè)的移動(dòng)性管理技術(shù)用于可信賴無線接入網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理，而DSMIPV6作為基于終端的移動(dòng)性管理技術(shù)用于如WLAN的網(wǎng)絡(luò)接入和移動(dòng)性控制。