EPC核心網(wǎng)接口分析與帶寬設(shè)計(jì)

【摘要】本文在研究EPC核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及接口功能、協(xié)議的基礎(chǔ)上，對(duì)EPC核心網(wǎng)各類(lèi)接口封裝效率進(jìn)行了分析，在此基礎(chǔ)上提出了EPC核心網(wǎng)各類(lèi)接口帶寬的計(jì)算方法，并以舉例方式進(jìn)行了實(shí)際計(jì)算，以便對(duì)今后EPC核心網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供有效的幫助。

【關(guān)鍵詞】EPC核心網(wǎng)接口協(xié)議封裝效率帶寬計(jì)算

AbstractBased on the research EPC core network architecture and interface functions， on the basis of the agreement，EPC core network interfaces for various types of packaging efficiency were analyzed，On this basis， proposes various EPC core network interface bandwidth calculation method，And by way of example for the actual calculation，So that in the future EPC core network planning and design to provide effective help。

KeywordsEPC core network，Interface Protocol，Encapsulation efficiency，Bandwidth calculation

一、EPC核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

EPC核心網(wǎng)主要由移動(dòng)性管理設(shè)備（MME）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（P-GW）、存儲(chǔ)用戶(hù)簽約信息的HSS和策略計(jì)費(fèi)控制單元（PCRF）等組成。對(duì)比2G/3G網(wǎng)絡(luò)，在EPC核心網(wǎng)中，MME和SGW一起實(shí)現(xiàn)了SGSN功能，PGW實(shí)現(xiàn)了GGSN功能。

MME是EPC核心網(wǎng)唯一的控制面設(shè)備，它的主要功能是負(fù)責(zé)信令處理。S-GW位于用戶(hù)平面，主要功能是負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。HSS負(fù)責(zé)保存跟用戶(hù)相關(guān)的信息。PCRF主要負(fù)責(zé)計(jì)費(fèi)、策略控制。EPC核心網(wǎng)的接口均基于IP承載，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和接口如圖1所示。

可以看出，EPC主要的接口包括S1-MME接口，S1-U接口，S6a接口，S10/S11接口，S5/S8接口，SGi接口、Gx接口等。下面就上述接口帶寬流量進(jìn)行分析與研究。

二、EPC核心網(wǎng)接口協(xié)議分析

EPC核心網(wǎng)接口協(xié)議分為控制面和用戶(hù)面。圖2是控制面協(xié)議棧，圖3是用戶(hù)面協(xié)議棧。控制平面實(shí)現(xiàn)信令傳輸，包括S1-AP信令、NAS（非接入層）信令、GTP-C信令以及Diameter信令。S1-AP支持eNodeB和MME間的一系列信令功能和過(guò)程；NAS信令包括會(huì)話(huà)管理、用戶(hù)管理、安全管理和計(jì)費(fèi)；Diameter信令是MME和HSS之間的消息，類(lèi)似于MAP功能；GTP-C主要用于核心網(wǎng)承載的建立維護(hù)以及核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間的其它信息交互。用戶(hù)平面最重要的協(xié)議是GTP-U，用來(lái)在核心網(wǎng)節(jié)點(diǎn)之間傳輸用戶(hù)數(shù)據(jù)。

EPC的主要接口和協(xié)議棧如表1所示。

各層協(xié)議頭部開(kāi)銷(xiāo)如下：

三、EPC網(wǎng)絡(luò)接口帶寬設(shè)計(jì)

3.1帶寬計(jì)算基本概念

（1）協(xié)議封裝效率。協(xié)議封裝效率指的是業(yè)務(wù)凈荷與所需物理層帶寬的比值，與采用的協(xié)議封裝格式以及業(yè)務(wù)凈荷長(zhǎng)度相關(guān)。協(xié)議封裝效率只應(yīng)用于用戶(hù)面帶寬計(jì)算。本文假定用戶(hù)平均包長(zhǎng)為500字節(jié)，那么S1-U接口的協(xié)議封裝效率為500÷（500+62）=0.89，S5/S8接口與S1-U接口一樣，SGi接口的協(xié)議封裝效率為500÷（500+26）=0.95。

（2）峰均比。峰均比等于峰值/均值，峰值定義為保證98%的流量能夠正常通過(guò)的帶寬取值，均值為流量的算術(shù)平均值。在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署中，應(yīng)根據(jù)QoS要求及網(wǎng)絡(luò)成本綜合考慮峰均比取值，一般取定為2即可滿(mǎn)足要求。

（3）物理帶寬利用率。物理帶寬利用率= 1×（1-控制協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)）×（1-物理層傳輸開(kāi)銷(xiāo)），其中以太網(wǎng)接口的控制協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)約為5%，物理層傳輸開(kāi)銷(xiāo)約為10%。以太網(wǎng)接口的物理帶寬利用率為0.86。

3.2用戶(hù)面帶寬計(jì)算

用戶(hù)面S1-U/S5/S8/SGi接口帶寬計(jì)算方法如下：

首先根據(jù)話(huà)務(wù)模型及用戶(hù)數(shù)計(jì)算得到平均凈荷流量，然后平均凈荷流量÷協(xié)議封裝效率得到接口平均流量，乘以峰均比得到接口帶寬需求。

以1萬(wàn)用戶(hù)為例，同時(shí)使用業(yè)務(wù)用戶(hù)比例取定10%，用戶(hù)平均單向最大流量取定為500kbps，可以按照上面方法計(jì)算得出S1-U接口帶寬需求為1124Mbps，SGi接口帶寬需求為1053Mbps，S5/S8接口帶寬需求用戶(hù)面與S1-U帶寬大致相等。

3.3信令面帶寬計(jì)算

S1-MME接口流量包括MME與eNodeB之間的S1-AP信令消息及UE與MME之間的NAS信令消息，信令流程及消息長(zhǎng)度如表2所示。

注：上表中（）內(nèi)數(shù)值為本文假定的話(huà)務(wù)模型參數(shù)。

S6a接口流量主要包括鑒權(quán)、位置更新、插入/刪除用戶(hù)數(shù)據(jù)等信令消息，信令流程及消息長(zhǎng)度如表3所示。

注：上表中（）內(nèi)數(shù)值為本文假定的話(huà)務(wù)模型參數(shù)。

按照上表可以計(jì)算得出，S6a接口各個(gè)流程的信令總字節(jié)數(shù)為1109.7，接口流量=用戶(hù)數(shù)×1109.7×8/3600 kbps。1萬(wàn)用戶(hù)在S6a接口的信令消息流量為24.66kbps。

S10/S11接口采用GTP-C協(xié)議，信令流量包括會(huì)話(huà)控制消息和承載控制消息。計(jì)算方法與S1-MME/S6a一致。S5/S8接口控制面帶寬需求與S11接口帶寬大致相等。在實(shí)際工程中，一般按照S5/S8接口用戶(hù)面流量的1%～3%估算S5/S8接口信令面流量即可滿(mǎn)足需求。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文在研究EPC核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及接口功能、協(xié)議的基礎(chǔ)上，對(duì)EPC核心網(wǎng)各類(lèi)接口協(xié)議開(kāi)銷(xiāo)進(jìn)行了分析，提出了EPC核心網(wǎng)各類(lèi)接口帶寬的計(jì)算方法，并基于一定的話(huà)務(wù)和信令模型，得出能夠用于網(wǎng)絡(luò)配置的帶寬計(jì)算結(jié)果，以便對(duì)EPC核心網(wǎng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)提供有效的幫助。