常劍彬

【摘要】 隨著無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的演進(jìn)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)需求的增長(zhǎng)，LTE的部署正在加速進(jìn)行。這個(gè)發(fā)展趨勢(shì)要求核心網(wǎng)與接入網(wǎng)同步發(fā)展，為了滿(mǎn)足寬帶發(fā)展的需求，要加快部署EPC網(wǎng)絡(luò)。本文研究了EPC技術(shù)，并對(duì)EPC的解決方案作了闡述。

【關(guān)鍵詞】 LTE 核心網(wǎng) EPC 解決方案

近年來(lái)無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)逐步寬帶化，無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)的帶寬的量級(jí)不斷提升。通過(guò)將強(qiáng)大的高速無(wú)線(xiàn)接入技術(shù)和因特網(wǎng)創(chuàng)新相結(jié)合，核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了世界的連接。演進(jìn)的核心網(wǎng)（Evoloed Packet Core， EPC）是移動(dòng)寬帶的基石，有了它寬帶無(wú)線(xiàn)接入和因特網(wǎng)業(yè)務(wù)的潛能得以充分發(fā)揮 。

一、EPC的發(fā)展背景

在網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)演進(jìn)中，LTE負(fù)責(zé)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)的演進(jìn)。3GPP提出的系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)（System Architecture Evolution，SAE）負(fù)責(zé)分組核心網(wǎng)的演進(jìn)，通常也稱(chēng)為EPC。該工作項(xiàng)目與LTE工作項(xiàng)目關(guān)系密切。演進(jìn)的分組系統(tǒng)（Evolved Packet System）覆蓋無(wú)線(xiàn)接入、核心網(wǎng)和終端。

EPC的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展：

1. 可行性研究階段。

2004年12月正式立項(xiàng)至2006年6月完成。主要是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的可行性研究，基準(zhǔn)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。基準(zhǔn)協(xié)議是3GPP TS 22.278；

3. Stage2（技術(shù)實(shí)現(xiàn)階段）。

定義SAE的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、功能實(shí)體及其相互接口。2008年6月完成?；鶞?zhǔn)協(xié)議包括：3GPP TS 23.401、3GPP TS 23.402。

4. Stage3（協(xié)議實(shí)現(xiàn)階段）。

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

二、EPC標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)及網(wǎng)元功能

2.1 EPC架構(gòu)的特點(diǎn)

1） 網(wǎng)絡(luò)趨向扁平化，優(yōu)化處理用戶(hù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。用戶(hù)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)處理中涉及盡可能少的節(jié)點(diǎn)，適應(yīng)高速化的網(wǎng)絡(luò)需求，達(dá)到用戶(hù)快速接入和報(bào)文快速轉(zhuǎn)發(fā)；

2）EPC 核心網(wǎng)架構(gòu)秉承了控制與承載分離的理念，將2G/ 3G 分組域中SGSN 的移動(dòng)性管理、信令控制功能和媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能分離出來(lái)；

3）ALL IP承載，從終端到網(wǎng)絡(luò)實(shí)體、從控制面到用戶(hù)面，全部基于IP。

2.2 EPC的系統(tǒng)架構(gòu)

如圖1所示。

EPC包括移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)備、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)、服務(wù)網(wǎng)關(guān)、計(jì)費(fèi)網(wǎng)關(guān)、計(jì)費(fèi)控制單元、用戶(hù)服務(wù)器、區(qū)域服務(wù)器等功能單元。

1） 移動(dòng)管理設(shè)備（MME）在EPC中提供控制面功能，包括：生成臨時(shí)身份并分配給UE；保證對(duì)空閑用戶(hù)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(duì)用戶(hù)進(jìn)行鑒權(quán)；管理NAS信令及相關(guān)的安全；管理用戶(hù)面的承載。

2） 分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（P-GW）是接入PDN的分組網(wǎng)關(guān)，功能包括：為用戶(hù)分配IP地址；策略執(zhí)行功能；計(jì)費(fèi)支持功能；移動(dòng)錨點(diǎn)功能。

3） 服務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）是用戶(hù)面接入網(wǎng)關(guān)，負(fù)責(zé)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(dāng)移動(dòng)錨點(diǎn)。

4）策略控制服務(wù)器（PCRF），根據(jù)用戶(hù)特點(diǎn)和業(yè)務(wù)需求提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)資源管控。功能包括：控制網(wǎng)絡(luò)資源、管理帶寬以滿(mǎn)足QoS策略；提供計(jì)費(fèi)功能；支持分組過(guò)濾。

5）用戶(hù)服務(wù)器（HSS）是用戶(hù)數(shù)據(jù)管理網(wǎng)元，提供鑒權(quán)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(shè)備是EPC系統(tǒng)中關(guān)鍵的控制面節(jié)點(diǎn)，在部署中通常集中設(shè)置；一旦MME設(shè)備發(fā)生故障，帶來(lái)的損害往往影響較大，且故障恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)。針對(duì)MME的可靠性保護(hù)，3GPP提出MME Pool概念。MME Pool指由一個(gè)或者多個(gè)MME組成的區(qū)域，MME Pool內(nèi)每個(gè)eNodeB與MME全互聯(lián)。

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

1）負(fù)載均衡化：MME將負(fù)載動(dòng)態(tài)反饋給eNodeB， eNodeB可以實(shí)時(shí)調(diào)整符合分發(fā)算法。

2）過(guò)載控制優(yōu)化：MME將過(guò)載信息通告給eNodeB，通過(guò)eNodeB和SGW限制部分用戶(hù)接入和尋呼，避免設(shè)備過(guò)載。

MME POOL關(guān)鍵技術(shù)：1） 為用戶(hù)分配MME Code， MMEC是由MME分配給UE，用于標(biāo)識(shí)已注冊(cè)的MME節(jié)點(diǎn)，eNodeB可以根據(jù)該標(biāo)識(shí)為UE選擇MME。2）非接入層節(jié)點(diǎn)選擇功能部件（NNSF）.NNSF功能位于eNodeB節(jié)點(diǎn)，核心功能是選擇MME，選擇原則是：負(fù)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(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：

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(wù)保障；MBB網(wǎng)絡(luò)可視化；策略閉環(huán)；NetWorker。應(yīng)用類(lèi)型有效率優(yōu)化、體驗(yàn)提升、收入增加。

2）智能計(jì)費(fèi)， 功能包括：內(nèi)容計(jì)費(fèi)；實(shí)時(shí)計(jì)費(fèi)；后向計(jì)費(fèi)；頁(yè)面流量提醒；流量詳單。

3）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化， 功能包括：Smartphone 信令風(fēng)暴優(yōu)化；融合APN；OTA輔助； ODB欠費(fèi)復(fù)通；MBB 寬帶提速；TCP加速、視頻優(yōu)化； URI過(guò)濾。

3.3 LTE 與2G/3G之間的互操作

對(duì)于LTE部署而言，與現(xiàn)存的接入網(wǎng)互操作實(shí)現(xiàn)IP連接是非常重要的。EPS提供了互操作的解決方案?；ゲ僮鞣譃閮深?lèi)：

1）對(duì)于PS業(yè)務(wù)，需要分別解決LTE與2G、3G之間的互操作；

2）對(duì)于CS業(yè)務(wù)，需要分析LTE提供/不提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)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(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，測(cè)量UMTS信號(hào)并且決定切換。終端在LTE中斷業(yè)務(wù)，接入U(xiǎn)MTS網(wǎng)絡(luò)后繼續(xù)業(yè)務(wù)。優(yōu)化切換：LTE網(wǎng)絡(luò)廣播鄰近UMTS網(wǎng)絡(luò)信息，并根據(jù)UE反饋的測(cè)量報(bào)告決定切換，通過(guò)向UMTS進(jìn)行注冊(cè)、鑒權(quán)、系統(tǒng)協(xié)商及配置等過(guò)程，信令流程遵從現(xiàn)有UMTS標(biāo)準(zhǔn)，接入U(xiǎn)MTS網(wǎng)絡(luò)。

（2）CS域互操作分成兩個(gè)階段來(lái)實(shí)現(xiàn)：當(dāng)LTE不部署語(yǔ)音業(yè)務(wù)，語(yǔ)音采用2G/3G CS域承載；當(dāng)LTE網(wǎng)絡(luò)能提供語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)，通過(guò)SR-VCC來(lái)實(shí)現(xiàn)。

3.4 LTE語(yǔ)音解決方案

3.4.1終端并發(fā)方案

終端同時(shí)可以在LTE和2G/3G接收數(shù)據(jù)，但同時(shí)只能在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)；終端在LTE網(wǎng)絡(luò)激活時(shí)，利用其中一個(gè)接收機(jī)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(kāi)LTE網(wǎng)絡(luò)來(lái)到2G/3G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

3.4.2 CSFB解決方案

當(dāng)駐留在LTE網(wǎng)絡(luò)的終端有語(yǔ)音業(yè)務(wù)時(shí)，須網(wǎng)絡(luò)輔助回到2G/3G網(wǎng)絡(luò)，由電路域提供。當(dāng)運(yùn)營(yíng)商還沒(méi)有部署IMS網(wǎng)絡(luò)，僅由CS域提供語(yǔ)音服務(wù)、LTE提供數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)時(shí)，CSFB技術(shù)可以觸發(fā)終端從LTE回落到2G/3G網(wǎng)絡(luò)接入并進(jìn)行CS業(yè)務(wù)。

3.4.3 SRVCC解決方案

搭建IMS網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)VoIP業(yè)務(wù)是SRVCC技術(shù)的前提，此方案須在IMS域增加一個(gè)實(shí)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(shí)媒體轉(zhuǎn)換控制。

三種語(yǔ)音互操作解決方案比較：

1） 終端并發(fā)方案： 優(yōu)點(diǎn)是對(duì)現(xiàn)網(wǎng)改動(dòng)小，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是終端成本高，耗電大。

2） CSFB方案： 優(yōu)點(diǎn)是終端成本低，耗電?。?缺點(diǎn)是接通時(shí)延大。

3） SRVCC方案，優(yōu)點(diǎn)是終端成本低，耗電??； 缺點(diǎn)是LTE VoIP容量小，方案不成熟。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文對(duì)EPC 核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展、技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行了研究，并對(duì)EPC組網(wǎng)方案進(jìn)行了闡述。希望本文對(duì)EPC的部署有借鑒作用。

參 考 文 獻(xiàn)

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

[2]何紅，張樹(shù)才. LTE與2G/3G網(wǎng)絡(luò)的互操作分析.移動(dòng)通信.2013（12）

[3]趙紹剛等.IMS網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營(yíng)與未來(lái)演進(jìn). 2011年第一版