EPC技术研究与组网方案

2014-10-15常剑彬

中国新通信 2014年18期

常剑彬

【摘要】随着无线接入网的演进和移动互联网需求的增长，LTE的部署正在加速进行。这个发展趋势要求核心网与接入网同步发展，为了满足宽带发展的需求，要加快部署EPC网络。本文研究了EPC技术，并对EPC的解决方案作了阐述。

【关键词】 LTE 核心网 EPC 解决方案

近年来无线接入技术逐步宽带化，无线接入技术的带宽的量级不断提升。通过将强大的高速无线接入技术和因特网创新相结合，核心网实现了世界的连接。演进的核心网（Evoloed Packet Core， EPC）是移动宽带的基石，有了它宽带无线接入和因特网业务的潜能得以充分发挥。

一、EPC的发展背景

在网络的未来演进中，LTE负责无线接入网的演进。3GPP提出的系统架构演进（System Architecture Evolution，SAE）负责分组核心网的演进，通常也称为EPC。该工作项目与LTE工作项目关系密切。演进的分组系统（Evolved Packet System）覆盖无线接入、核心网和终端。

EPC的标准化进展：

1. 可行性研究阶段。

2004年12月正式立项至2006年6月完成。主要是网络结构优化的可行性研究，基准协议是3GPP TR 23.882；

2. Stage1（需求阶段）。

定义SAE的需求，2006年12月完成。基准协议是3GPP TS 22.278；

3. Stage2（技术实现阶段）。

定义SAE的网络结构、功能实体及其相互接口。2008年6月完成。基准协议包括：3GPP TS 23.401、3GPP TS 23.402。

4. Stage3（协议实现阶段）。

定义各接口上的具体协议。2009年3月完成。当前定的协议有： 3GPP TR 24.801、3GPP TR 29.803、3GPP TR 29.804。

二、EPC标准架构及网元功能

2.1 EPC架构的特点

1）网络趋向扁平化，优化处理用户数据业务。用户数据业务处理中涉及尽可能少的节点，适应高速化的网络需求，达到用户快速接入和报文快速转发；

2）EPC 核心网架构秉承了控制与承载分离的理念，将2G/ 3G 分组域中SGSN 的移动性管理、信令控制功能和媒体转发功能分离出来；

3）ALL IP承载，从终端到网络实体、从控制面到用户面，全部基于IP。

2.2 EPC的系统架构

如图1所示。

EPC包括移动网络管理设备、分组数据网关、服务网关、计费网关、计费控制单元、用户服务器、区域服务器等功能单元。

1）移动管理设备（MME）在EPC中提供控制面功能，包括：生成临时身份并分配给UE；保证对空闲用户的跟踪和记录；在切换中管理信令；基于从HSS中获取的数据对用户进行鉴权；管理NAS信令及相关的安全；管理用户面的承载。

2）分组数据网关（P-GW）是接入PDN的分组网关，功能包括：为用户分配IP地址；策略执行功能；计费支持功能；移动锚点功能。

3）服务数据网关（S-GW）是用户面接入网关，负责分组转发、路由和下行数据的缓冲，并在跨eNB的切换中充当移动锚点。

4）策略控制服务器（PCRF），根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控。功能包括：控制网络资源、管理带宽以满足QoS策略；提供计费功能；支持分组过滤。

5）用户服务器（HSS）是用户数据管理网元，提供鉴权和签约等功能。

三、EPC核心网组网方案

3.1 MME POOL 组网方案

MME设备是EPC系统中关键的控制面节点，在部署中通常集中设置；一旦MME设备发生故障，带来的损害往往影响较大，且故障恢复时间较长。针对MME的可靠性保护，3GPP提出MME Pool概念。MME Pool指由一个或者多个MME组成的区域，MME Pool内每个eNodeB与MME全互联。

MME POOL组网优势继承了SGSN POOL的组网优势并有增强，体现在：

1）负载均衡化：MME将负载动态反馈给eNodeB， eNodeB可以实时调整符合分发算法。

2）过载控制优化：MME将过载信息通告给eNodeB，通过eNodeB和SGW限制部分用户接入和寻呼，避免设备过载。

MME POOL关键技术：1）为用户分配MME Code， MMEC是由MME分配给UE，用于标识已注册的MME节点，eNodeB可以根据该标识为UE选择MME。2）非接入层节点选择功能部件（NNSF）.NNSF功能位于eNodeB节点，核心功能是选择MME，选择原则是：负载均衡原理和减少跨MME的切换。

3.2智能管控方案

智能管道有三个关键点：

1）流量管理及策略闭环，功能包括流量管理；物联网业务保障；MBB网络可视化；策略闭环；NetWorker。应用类型有效率优化、体验提升、收入增加。

2）智能计费，功能包括：内容计费；实时计费；后向计费；页面流量提醒；流量详单。

3）网络优化，功能包括：Smartphone 信令风暴优化；融合APN；OTA辅助； ODB欠费复通；MBB 宽带提速；TCP加速、视频优化； URI过滤。

3.3 LTE 与2G/3G之间的互操作

对于LTE部署而言，与现存的接入网互操作实现IP连接是非常重要的。EPS提供了互操作的解决方案。互操作分为两类：

1）对于PS业务，需要分别解决LTE与2G、3G之间的互操作；

2）对于CS业务，需要分析LTE提供/不提供语音业务的切换方案。

（1）PS域互操作中引入非优切换和优化切换。非优切换：终端在LTE侧进行数据业务时，测量UMTS信号并且决定切换。终端在LTE中断业务，接入UMTS网络后继续业务。优化切换：LTE网络广播邻近UMTS网络信息，并根据UE反馈的测量报告决定切换，通过向UMTS进行注册、鉴权、系统协商及配置等过程，信令流程遵从现有UMTS标准，接入UMTS网络。

（2）CS域互操作分成两个阶段来实现：当LTE不部署语音业务，语音采用2G/3G CS域承载；当LTE网络能提供语音业务时，通过SR-VCC来实现。

3.4 LTE语音解决方案

3.4.1终端并发方案

终端同时可以在LTE和2G/3G接收数据，但同时只能在一个网络发送数据；终端在LTE网络激活时，利用其中一个接收机定期跳到2G/3G接收寻呼；终端收到2G/3G寻呼后，在LTE侧通知MME，并离开LTE网络来到2G/3G网络进行语音业务。

3.4.2 CSFB解决方案

当驻留在LTE网络的终端有语音业务时，须网络辅助回到2G/3G网络，由电路域提供。当运营商还没有部署IMS网络，仅由CS域提供语音服务、LTE提供数据业务时，CSFB技术可以触发终端从LTE回落到2G/3G网络接入并进行CS业务。

3.4.3 SRVCC解决方案

搭建IMS网络实现VoIP业务是SRVCC技术的前提，此方案须在IMS域增加一个实体：VCC AS，用于做被叫方的域选择，以及LTE VoIP到2G/3G CS的切换时媒体转换控制。

三种语音互操作解决方案比较：

1）终端并发方案：优点是对现网改动小，实现简单；缺点是终端成本高，耗电大。

2） CSFB方案：优点是终端成本低，耗电小；缺点是接通时延大。

3） SRVCC方案，优点是终端成本低，耗电小；缺点是LTE VoIP容量小，方案不成熟。