EPS演进分组系统的基本概念.docx

EPS 演进分组系统的基本概念
基本概念
缩略语
全称
中文
概念范围
EPS
Evolved Packet System
演进分组系统
包括无线接入网和核心网
EPC
Evolved Packet Core
演进分组核心网
仅指核心网
E-UTRAN
Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network
演进通用无线接入网络
仅指无线侧
SAE
System Architecture Evolution
=EPC
系统结构演进
仅指核心网
LTE
Long Term Evolution
=EUTRAN
无线接口长期演进
仅指无线侧

演进历史
演进分组系统EPS是3GPP标准委员会制定的3G UMTS最新演进标准，主要包括无线接口长期演进(Long Term Evolution，LTE)和系统结构演进(System Architecture Evolution，SAE)。
3GPP在2004年底经过认真讨论后决定的在3G频段采用之前为B3G或4G发展的技术，以便于占有宽带无线接入市场，并制订了长期演进计划（LTE）。除了对无线接入网演进的研究，3GPP还要研究系统架构方面的演进，并将其定义为SAE（系统架构演进）。因此整个计划按照结构划分为两个部分：无线侧（即LTE和网络侧（SAE）。3GPP LTE在接入网体系结构方面，考虑到最终将要实现所有业务通过分组域传输，如何保证各种分组业务、特别是实时性要求较高的分组业务的服务质量，原有的网络结构已无法满足要求，所以需要进行调整与演进。
无线侧的工作目标主要包括以下几个方面：频谱利用率、用户吞吐量、时延上的性能提高；无线网络简化；对基于分组的业务MBMS及IMS等的有效支持。
网络侧的工作目标主要包括以下几个方面：时延、容量、吞吐量的性能提高；核心网简化；基于IP业务和服务的优化；对非3GPP接入技术的支持和切换的简化。

系统架构
整个EPS系统由核心网（EPC）、基站（eNode B）和用户设备（UE）3部分组成。其中，EPC负责核心网部分，EPC的信令处理部分称MME（移动性管理实体）；数据处理部分称为服务网关（S-GW）；eNode B负责接入网部分，也称E-UTRAN；UE指用户终端设备。EPS系统的接入网络（即LTE系统）

LTE系统

LTE中采用了简化、扁平的结构，也就是说：eNode B本身就具有独立的资源管理功能，各个eNode B之间通过直接的互联实现相互的协调与合作。这样简化的结构能有效地提高系统的整体通信效率，为系统新引入的全分组交换的设计理念提供更好的配合。
· eNode B与MME/S-GW通过S1接口连接，类似于Iu接口；
· eNode B之间通过X2接口连接，类似于Iur接口；
· eNode B与UE之间通过Uu接口连接。
· 和UMTS相比，由于Node B和RNC融合为网元eNode B，所以LTE系统少了Node B和RNC之间的Iub接口。
LTE系统中，eNode B的功能包括：RRM（无线资源管理）功能；IP头压缩及用户数据流加密；UE附着时的MME选择；寻呼信息的调度传输；广播信息的调度传输；设置和提供eNode B的测量等。
MME的功能包括：寻呼消息发送；安全控制；空闲态（Idle）的移动性管理；SAE承载管理；NAS（非接入层）信令的加密及完整性保护等。
S-GW的功能包括：数据的路由和传输，以及用户面数据的加密等。
 应LTE业务而生的EPC
根据3GPP的定义，传统的电信网络的核心网络分为电路域（CS）、分组域（PS）、多媒体域（IMS），其中，电路域负责话音业务、短信业务以及低速数据业务，并通过关口局与其他电信运营商互通；分组域提供终端与IP网（及IP网上的业务平台）之间的IP通道；IMS域提供“语音+数据”混合业务的IP通道。
EPC网络定义了在现有电信核心网的基础上叠加用于疏通高速数据业务的核心网络分组域，EPC核心网络由MME、Serving GW以及PDN GW等主要节点构成，其中MME完成分组域中SGSN的控制面功能，Serving GW完成分组域SGSN的用户面功能，而PDN GW完成相当于分组域中GGSN的功能。
从EPC的业务流程上看，当用户使用LTE终端附着在LTE网络中，由EPC核心网中的MME完成对用户的移动性管理。移动性管理包括位置更新和对用户的鉴权。与传统的核心网分组域不同的是，由DNS设备解析用户位置更新请求中的TAI选择Serving GW，解析用户发起业务请求中的APN（接入点标识）选择PDN GW，选择完成后在Serving GW与PDN GW之间为用户建立默认的IP承载，并由PDN GW为用户分配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”。
EPC（SAE）系统

EPS中的核心网由移动性管理实体（MME）、服务网关（S-GW）、PDN网关（P-GW）、服务GPRS支持节点（SGSN）、用于存储用户签约信息的HSS（归属用户服务器）以及策略和计费控制单元（PCRF）等组成。EPC是一个提供全IP连接的承载网络，对所有的基于IP的业务都是开放的，能提供所有基于IP业务的能力集。
· MME的主要功能是支持NAS（非接入层）信令及其安全、跟踪区域（TA）列表的管理、P-GW和S-GW的选择、跨MME切换时进行MME的选择、在向2G/3G接入系统切换过程中进行SGSN的选择、用户的鉴权、漫游控制以及承载管理、3GPP不同接入网络的核心网络节点之间的移动性管理（终结于S3节点），以及UE在ECM_IDLE状态下可达性管理（包括寻呼重发的控制和执行）。
· S-GW是终止于E-UTRAN接口的网关，其主要功能包括：进行eNode B间切换时，作为本地锚定点，并协助完成eNode B的重排序功能；在3GPP不同接入系统间切换时，作为移动性锚点（终结在S4接口，在2G/3G系统和P-GW间实现业务路由）；执行合法侦听功能；进行数据包的路由和前转；在上行和下行传输层进行分组标记；用于运营商间的计费等。
· P-GW是面向PDN终结于SGi接口的网关，如果UE访问多个PDN，UE将对应一个或多个P-GW。P-GW的主要功能包括基于用户的包过滤功能、合法侦听功能、UE的IP地址分配功能、在上行链路中进行数据包传送级标记、进行上下行服务等级计费以及服务水平门限的控制、进行基于业务的上下行速率的控制等。
· SGSN除了3GPP TS 23.060中定义的功能外，还可以用于2G/3G和E-UTRAN 3GPP接入网间移动时，进行信令交互，包括对P-GW和S-GW的选择，同时为切换到E-UTRAN 3GPP接入网的用户进行MME的选择。
· HSS是用于存储用户签约信息的数据库，归属网络中可以包含一个或多个HSS。HSS负责保存跟用户相关的信息，例如用户标识、编号和路由信息、安全信息、位置信息、概要（Profile）信息等。
· PCRF（策略和计费规则功能）终结于Rx接口和Gx接口，非漫游场景时，在HPLMN中只有一个PCRF跟UE的一个IP-CAN会话相关；在漫游场景并且业务流是本地疏导时，可能会有两个PCRF跟一个UE的IP-CAN会话相关。