EPC技術研究與組網(wǎng)方案

常劍彬

【摘要】 隨著無線接入網(wǎng)的演進和移動互聯(lián)網(wǎng)需求的增長，LTE的部署正在加速進行。這個發(fā)展趨勢要求核心網(wǎng)與接入網(wǎng)同步發(fā)展，為了滿足寬帶發(fā)展的需求，要加快部署EPC網(wǎng)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(wǎng) 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(wǎng)創(chuàng)新相結(jié)合，核心網(wǎng)實現(xiàn)了世界的連接。演進的核心網(wǎng)（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(wǎng)業(yè)務的潛能得以充分發(fā)揮 。

一、EPC的發(fā)展背景

在網(wǎng)絡的未來演進中，LTE負責無線接入網(wǎng)的演進。3GPP提出的系統(tǒng)架構演進（System Architecture Evolution，SAE）負責分組核心網(wǎng)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(tǒng)（Evolved Packet System）覆蓋無線接入、核心網(wǎng)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(wǎng)絡結(jié)構優(yōu)化的可行性研究，基準協(xié)議是3GPP TR 23.882；

2. Stage1（需求階段）。

定義SAE的需求，2006年12月完成?；鶞蕝f(xié)議是3GPP TS 22.278；

3. Stage2（技術實現(xiàn)階段）。

定義SAE的網(wǎng)絡結(jié)構、功能實體及其相互接口。2008年6月完成。基準協(xié)議包括：3GPP TS 23.401、3GPP TS 23.402。

4. Stage3（協(xié)議實現(xiàn)階段）。

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

二、EPC標準架構及網(wǎng)元功能

2.1 EPC架構的特點

1） 網(wǎng)絡趨向扁平化，優(yōu)化處理用戶數(shù)據(jù)業(yè)務。用戶數(shù)據(jù)業(yè)務處理中涉及盡可能少的節(jié)點，適應高速化的網(wǎng)絡需求，達到用戶快速接入和報文快速轉(zhuǎn)發(fā)；

2）EPC 核心網(wǎng)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(zhuǎn)發(fā)功能分離出來；

3）ALL IP承載，從終端到網(wǎng)絡實體、從控制面到用戶面，全部基于IP。

2.2 EPC的系統(tǒng)架構

如圖1所示。

EPC包括移動網(wǎng)絡管理設備、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關、服務網(wǎng)關、計費網(wǎng)關、計費控制單元、用戶服務器、區(qū)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)網(wǎng)關（P-GW）是接入PDN的分組網(wǎng)關，功能包括：為用戶分配IP地址；策略執(zhí)行功能；計費支持功能；移動錨點功能。

3） 服務數(shù)據(jù)網(wǎng)關（S-GW）是用戶面接入網(wǎng)關，負責分組轉(zhuǎn)發(fā)、路由和下行數(shù)據(jù)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(jù)用戶特點和業(yè)務需求提供數(shù)據(jù)業(yè)務資源管控。功能包括：控制網(wǎng)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(shù)據(jù)管理網(wǎng)元，提供鑒權和簽約等功能。

三、EPC核心網(wǎng)組網(wǎng)方案

3.1 MME POOL 組網(wǎng)方案

MME設備是EPC系統(tǒng)中關鍵的控制面節(jié)點，在部署中通常集中設置；一旦MME設備發(fā)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(qū)域，MME Pool內(nèi)每個eNodeB與MME全互聯(lián)。

MME POOL組網(wǎng)優(yōu)勢繼承了SGSN POOL的組網(wǎng)優(yōu)勢并有增強，體現(xiàn)在：

1）負載均衡化：MME將負載動態(tài)反饋給eNodeB， eNodeB可以實時調(diào)整符合分發(fā)算法。

2）過載控制優(yōu)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(jié)點，eNodeB可以根據(jù)該標識為UE選擇MME。2）非接入層節(jié)點選擇功能部件（NNSF）.NNSF功能位于eNodeB節(jié)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(huán)，功能包括流量管理；物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務保障；MBB網(wǎng)絡可視化；策略閉環(huán)；NetWorker。應用類型有效率優(yōu)化、體驗提升、收入增加。

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

3）網(wǎng)絡優(yōu)化， 功能包括：Smartphone 信令風暴優(yōu)化；融合APN；OTA輔助； ODB欠費復通；MBB 寬帶提速；TCP加速、視頻優(yōu)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(xiàn)存的接入網(wǎng)互操作實現(xiàn)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(yè)務，需要分別解決LTE與2G、3G之間的互操作；

2）對于CS業(yè)務，需要分析LTE提供/不提供語音業(yè)務的切換方案。

（1）PS域互操作中引入非優(yōu)切換和優(yōu)化切換。非優(yōu)切換：終端在LTE側(cè)進行數(shù)據(jù)業(yè)務時，測量UMTS信號并且決定切換。終端在LTE中斷業(yè)務，接入UMTS網(wǎng)絡后繼續(xù)業(yè)務。優(yōu)化切換：LTE網(wǎng)絡廣播鄰近UMTS網(wǎng)絡信息，并根據(jù)UE反饋的測量報告決定切換，通過向UMTS進行注冊、鑒權、系統(tǒng)協(xié)商及配置等過程，信令流程遵從現(xiàn)有UMTS標準，接入UMTS網(wǎng)絡。

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

3.4 LTE語音解決方案

3.4.1終端并發(fā)方案

終端同時可以在LTE和2G/3G接收數(shù)據(jù)，但同時只能在一個網(wǎng)絡發(fā)送數(shù)據(jù)；終端在LTE網(wǎng)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(cè)通知MME，并離開LTE網(wǎng)絡來到2G/3G網(wǎng)絡進行語音業(yè)務。

3.4.2 CSFB解決方案

當駐留在LTE網(wǎng)絡的終端有語音業(yè)務時，須網(wǎng)絡輔助回到2G/3G網(wǎng)絡，由電路域提供。當運營商還沒有部署IMS網(wǎng)絡，僅由CS域提供語音服務、LTE提供數(shù)據(jù)業(yè)務時，CSFB技術可以觸發(fā)終端從LTE回落到2G/3G網(wǎng)絡接入并進行CS業(yè)務。

3.4.3 SRVCC解決方案

搭建IMS網(wǎng)絡實現(xiàn)VoIP業(yè)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(zhuǎn)換控制。

三種語音互操作解決方案比較：

1） 終端并發(fā)方案： 優(yōu)點是對現(xiàn)網(wǎng)改動小，實現(xiàn)簡單；缺點是終端成本高，耗電大。

2） CSFB方案： 優(yōu)點是終端成本低，耗電??； 缺點是接通時延大。

3） SRVCC方案，優(yōu)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(jié)束語

本文對EPC 核心網(wǎng)標準發(fā)展、技術特點進行了研究，并對EPC組網(wǎng)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(wǎng)EPC引入策略及組網(wǎng)方案研究.中國新通信. 2014（1）

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

[3]趙紹剛等.IMS網(wǎng)絡部署、運營與未來演進. 2011年第一版