EPC技術研究與組網方案

常劍彬

【摘要】 隨著無線接入網的演進和移動互聯網需求的增長，LTE的部署正在加速進行。這個發展趨勢要求核心網與接入網同步發展，為了滿足寬帶發展的需求，要加快部署EPC網絡。本文研究了EPC技術，并對EPC的解決方案作了闡述。

【關鍵詞】 LTE 核心網 EPC 解決方案

近年來無線接入技術逐步寬帶化，無線接入技術的帶寬的量級不斷提升。通過將強大的高速無線接入技術和因特網創新相結合，核心網實現了世界的連接。演進的核心網（Evoloed Packet Core， EPC）是移動寬帶的基石，有了它寬帶無線接入和因特網業務的潛能得以充分發揮 。

一、EPC的發展背景

在網絡的未來演進中，LTE負責無線接入網的演進。3GPP提出的系統架構演進（System Architecture Evolution，SAE）負責分組核心網的演進，通常也稱為EPC。該工作項目與LTE工作項目關系密切。演進的分組系統（Evolved Packet System）覆蓋無線接入、核心網和終端。

EPC的標準化進展：

1. 可行性研究階段。

2004年12月正式立項至2006年6月完成。主要是網絡結構優化的可行性研究，基準協議是3GPP TR 23.882；

2. Stage1（需求階段）。

定義SAE的需求，2006年12月完成。基準協議是3GPP TS 22.278；

3. Stage2（技術實現階段）。

定義SAE的網絡結構、功能實體及其相互接口。2008年6月完成。基準協議包括：3GPP TS 23.401、3GPP TS 23.402。

4. Stage3（協議實現階段）。

定義各接口上的具體協議。2009年3月完成 。當前定的協議有： 3GPP TR 24.801、3GPP TR 29.803、3GPP TR 29.804。

二、EPC標準架構及網元功能

2.1 EPC架構的特點

1） 網絡趨向扁平化，優化處理用戶數據業務。用戶數據業務處理中涉及盡可能少的節點，適應高速化的網絡需求，達到用戶快速接入和報文快速轉發；

2）EPC 核心網架構秉承了控制與承載分離的理念，將2G/ 3G 分組域中SGSN 的移動性管理、信令控制功能和媒體轉發功能分離出來；

3）ALL IP承載，從終端到網絡實體、從控制面到用戶面，全部基于IP。

2.2 EPC的系統架構

如圖1所示。

EPC包括移動網絡管理設備、分組數據網關、服務網關、計費網關、計費控制單元、用戶服務器、區域服務器等功能單元。

1） 移動管理設備（MME）在EPC中提供控制面功能，包括：生成臨時身份并分配給UE；保證對空閑用戶的跟蹤和記錄；在切換中管理信令；基于從HSS中獲取的數據對用戶進行鑒權；管理NAS信令及相關的安全；管理用戶面的承載。

2） 分組數據網關（P-GW）是接入PDN的分組網關，功能包括：為用戶分配IP地址；策略執行功能；計費支持功能；移動錨點功能。

3） 服務數據網關（S-GW）是用戶面接入網關，負責分組轉發、路由和下行數據的緩沖，并在跨eNB的切換中充當移動錨點。

4）策略控制服務器（PCRF），根據用戶特點和業務需求提供數據業務資源管控。功能包括：控制網絡資源、管理帶寬以滿足QoS策略；提供計費功能；支持分組過濾。

5）用戶服務器（HSS）是用戶數據管理網元，提供鑒權和簽約等功能。

三、EPC核心網組網方案

3.1 MME POOL 組網方案

MME設備是EPC系統中關鍵的控制面節點，在部署中通常集中設置；一旦MME設備發生故障，帶來的損害往往影響較大，且故障恢復時間較長。針對MME的可靠性保護，3GPP提出MME Pool概念。MME Pool指由一個或者多個MME組成的區域，MME Pool內每個eNodeB與MME全互聯。

MME POOL組網優勢繼承了SGSN POOL的組網優勢并有增強，體現在：

1）負載均衡化：MME將負載動態反饋給eNodeB， eNodeB可以實時調整符合分發算法。

2）過載控制優化：MME將過載信息通告給eNodeB，通過eNodeB和SGW限制部分用戶接入和尋呼，避免設備過載。

MME POOL關鍵技術：1） 為用戶分配MME Code， MMEC是由MME分配給UE，用于標識已注冊的MME節點，eNodeB可以根據該標識為UE選擇MME。2）非接入層節點選擇功能部件（NNSF）.NNSF功能位于eNodeB節點，核心功能是選擇MME，選擇原則是：負載均衡原理和減少跨MME的切換。

3.2智能管控方案

智能管道有三個關鍵點：

1）流量管理及策略閉環，功能包括流量管理；物聯網業務保障；MBB網絡可視化；策略閉環；NetWorker。應用類型有效率優化、體驗提升、收入增加。

2）智能計費， 功能包括：內容計費；實時計費；后向計費；頁面流量提醒；流量詳單。

3）網絡優化， 功能包括：Smartphone 信令風暴優化；融合APN；OTA輔助； ODB欠費復通；MBB 寬帶提速；TCP加速、視頻優化； URI過濾。

3.3 LTE 與2G/3G之間的互操作

對于LTE部署而言，與現存的接入網互操作實現IP連接是非常重要的。EPS提供了互操作的解決方案。互操作分為兩類：

1）對于PS業務，需要分別解決LTE與2G、3G之間的互操作；

2）對于CS業務，需要分析LTE提供/不提供語音業務的切換方案。

（1）PS域互操作中引入非優切換和優化切換。非優切換：終端在LTE側進行數據業務時，測量UMTS信號并且決定切換。終端在LTE中斷業務，接入UMTS網絡后繼續業務。優化切換：LTE網絡廣播鄰近UMTS網絡信息，并根據UE反饋的測量報告決定切換，通過向UMTS進行注冊、鑒權、系統協商及配置等過程，信令流程遵從現有UMTS標準，接入UMTS網絡。

（2）CS域互操作分成兩個階段來實現：當LTE不部署語音業務，語音采用2G/3G CS域承載；當LTE網絡能提供語音業務時，通過SR-VCC來實現。

3.4 LTE語音解決方案

3.4.1終端并發方案

終端同時可以在LTE和2G/3G接收數據，但同時只能在一個網絡發送數據；終端在LTE網絡激活時，利用其中一個接收機定期跳到2G/3G接收尋呼；終端收到2G/3G尋呼后，在LTE側通知MME，并離開LTE網絡來到2G/3G網絡進行語音業務。

3.4.2 CSFB解決方案

當駐留在LTE網絡的終端有語音業務時，須網絡輔助回到2G/3G網絡，由電路域提供。當運營商還沒有部署IMS網絡，僅由CS域提供語音服務、LTE提供數據業務時，CSFB技術可以觸發終端從LTE回落到2G/3G網絡接入并進行CS業務。

3.4.3 SRVCC解決方案

搭建IMS網絡實現VoIP業務是SRVCC技術的前提，此方案須在IMS域增加一個實體：VCC AS，用于做被叫方的域選擇，以及LTE VoIP到2G/3G CS的切換時媒體轉換控制。

三種語音互操作解決方案比較：

1） 終端并發方案： 優點是對現網改動小，實現簡單；缺點是終端成本高，耗電大。

2） CSFB方案： 優點是終端成本低，耗電小； 缺點是接通時延大。

3） SRVCC方案，優點是終端成本低，耗電小； 缺點是LTE VoIP容量小，方案不成熟。

四、結束語

本文對EPC 核心網標準發展、技術特點進行了研究，并對EPC組網方案進行了闡述。希望本文對EPC的部署有借鑒作用。

參 考 文 獻

[1]陶勇. TD-LTE核心網EPC引入策略及組網方案研究.中國新通信. 2014（1）

[2]何紅，張樹才. LTE與2G/3G網絡的互操作分析.移動通信.2013（12）

[3]趙紹剛等.IMS網絡部署、運營與未來演進. 2011年第一版