EPC系统基础培训 廊坊移动 屈文杰 2014 年 12 月

课程描述 本课程描述了EPC网络发展的背景及其重要特性，帮助学员了解EPC网络的特点及优势。通过讲解EPC的网络架构、网元接口、基本信令流程，帮助学员理解EPC网络的基本原理。同时结合爱立信EPC网元典型案例分析使学员能够理论联系实际，具备EPC网络维护的基础能力。

课程目标 学习完次课程，您将能够： 了解EPC网络基本概念发展背景； 了解EPC系统的重要特性； 掌握EPC网络架构、网元及接口；

目录 EPC网络基本概念及发展背景 2 EPC系统重要特性 3 EPC网络架构 4 EPC移动性管理及会话管理 EPC典型案例分析 1 5 EPC典型案例分析

基本概念 LTE（Long Term Evolution长期演进）与SAE（System Architecture Evolution系统架 构演进）是3GPP提出的两大研究计划名称，侧重无线接入技术和核心网络架构 v v E - UTRA ： LTE 空中接口 v E - UTRAN ： LTE 接入网 = UE+eNB v EPC ： Evolved Packet Core 4G 核心网， 3 GPP 的演进分组核心网，由 MME+SGW+PGW 组成 v EPS ： Evolved Packet System ， 3 GPP 的演进分组系统，由 UE+E-UTRAN+EPC 组成 v SAE ：系统架构演进项目

发展背景 SAE架构的目标 SAE标准进展 支持LTE接入和传统2G/3G接入 支持非3GPP接入及互操作 基于网络的移动性机制 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2005年初，SAE研究项目在Rel7启动。 SAE：System Architecture Evolution 2007年，SAE在Rel8进入了标准制定阶段，演进网络更名为EPS EPS：Evolved Packet System 2009年3月，第一个冻结版本 2010年3月，R9版本冻结 SAE架构的目标 SAE标准进展 支持LTE接入和传统2G/3G接入 支持非3GPP接入及互操作 基于网络的移动性机制 共同的计费、策略控制、用户管理和安全机制 R8：SAE架构，CSFB，SRVCC R9：Emergency Call，HeNB，eMBMS，CSFB优化，LTE与Gn-based 2G/3G互操作能力优化 R10：M2M、FMC、PCC增强、SRVCC增强、Non-3GPP接入系统能力提升 6

发展背景 2G/3G网络 LTE商用初期 LTE规模部署 数据业务主导 采用2G/3G核心网融合组网架构 LTE/SAE独立组网 热点城市集中部署 为用户提供高速无线数据卡接入服务 2G/3G/LTE核心网融合组网 部署LTE话音业务 控制面集中设置 用户面按需分布部署 7

小结 本章节印象深刻的几点： 1、EPS系统有哪几部分？ 2、SAE系统演进阶段？

目录 1 EPC网络基本概念及发展背景 2 EPC系统重要特性 3 EPC网络架构 4 EPC移动性管理及会话管理 5 EPC典型案例分析

重要特性 全IP架构 呈扁平化 多种接入 永远在线

全IP架构 为了进一步提高用户体验、降低时延，给用户提供差分化的服务，支持多种无线技术的接入，LTE核心网在2G/3G核心网的基础上做了革命性的演进。 CS eMSC MGW MSCS PS SGSN GGSN MME HSS 2G/3G核心网 LTE核心网 EPC终极阶段无CS域 EPC SAE-PGW 适应通信产业IP化浪潮，EPC标准网络结构进一步简化，不再分为CS域和PS域，仅有PS域，所有用户仅接入分组域，实现全IP架构； 未来所有业务都应通过分组域提供。 随着现网2/3G用户与LTE用户的此消彼长，以及LTE逐步实现全覆盖，EPS网络将逐步实现一统天下的局面。

呈扁平化 控制和承载相分离，网络结构呈扁平化。 控制和承载分离：控制面MME，用户面SAE GW ； GGSN BSC SGSN MME eNodeB SAE GW NodeB RNC BTS 控制和承载分离：控制面MME，用户面SAE GW ； 扁平化网络架构：LTE仅有eNodeB，没有RNC/BSC设备，因此用户面由2G/TD三级转发变为一级转发。 有利于简化网络和减小延迟，实现低复杂度和低成本的要求。 对传统的2/3G体系架构作了革命性的变革，逐步趋近于典型的IP宽带网结构 。

多种接入 LTE标准可实现传统2/3G无线网络的接入，但涉及现网SGSN等设备改造； 标准定义WLAN等非3GPP技术的技术要求 IMS GPRS UMTS LTE Non-3GPP MME HSS PCRF Serving GW PDN GW BTS BSC/PCU NodeB RNC eNodeB S2a S1-U S6a Gx S5/8 Gb Iu S1-MME S12 S3 S4 S11 SGi S9 S10 WLAN 互联网 增值业务平台 IMS S6d ePDG Control plane LTE标准可实现传统2/3G无线网络的接入，但涉及现网SGSN等设备改造； 标准定义WLAN等非3GPP技术的技术要求 User plane

永远在线 2/3G网络中，用户在使用业务时进行PDP激活，然后建立PDN连接 。 TD-LTE网络中，用户附着后立即进行激活操作，并建立默认承载，确保用户在开机状态下永远在线 ，减少业务使用时的建立时延。

小结 本章节印象深刻的几点： 1、EPC系统有哪些重要特性？ 2、每个重要特性如何理解？

目录 EPC网络基本概念及发展背景 2 EPC系统重要特性 3 EPC网络架构 4 EPC移动性管理及会话管理 EPC典型案例分析 1 EPS标准架构及网元功能 EPC逻辑接口及协议栈 网络承载方式 4 EPC移动性管理及会话管理 5 EPC典型案例分析

EPS标准架构及网元功能 UE E-UTRAN EPC EPS MME：LTE接入下的控制面网元，负责移动性管理功能 2G SGSN Gb MME：LTE接入下的控制面网元，负责移动性管理功能 S4 SGSN：2G/3G接入下的控制面网元，相当于接入2G/3G的MME，进行移动性管理和会话管理 S-GW：SAE网络用户面接入服务网关，相当于传统Gn SGSN的用户面功能 P-GW：SAE网络的边界网关，提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能，相当于传统的GGSN Iu BTS BSC/PCU TD S4 S6d S3 NodeB RNC PCRF HSS MME S9 S10 S6a LTE Rx S1-MME Gx AF S11 SAE GW S5/8 Internet PS Service S1-U SGi 除了2G/3G/LTE接入外，EPC同时支持WLAN/WiMax/CDMA等接入方式 eNodeB Serving GW PDN GW BOSS UE E-UTRAN EPC CG EPS HSS：SAE网络用户数据管理网元，提供鉴权和签约等功能 PCRF：策略控制服务器，根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控 AF：业务策略提供点 eNodeB：负责无线资源管理，集成了部分类似2G/TD基站和基站控制器的功能

EPC逻辑接口及协议栈 LTE LTE External IP networks S6a HSS和MME之间 的接口 SGi Diameter S6a HSS和MME之间 的接口 SGi PGW和外部网络 之间的接口 SCTP HSS External IP networks IP IP L2 L2 L1 GTP-C L1 UDP S6a IP SGi GTPv2-C S10 MME之间的接口 L2 UDP L1 IP S11 MME和SGW 之间的接口 GTP-C/GTP-U L2 PDN GW S5/S8 SGW和PGW之间 的接口 UDP L1 S10 IP S5/S8 S11 L2 S1-AP MME Serv GW L1 SCTP S1-MME eNB和MME之间的 接口 IP L2 S1-MME S1-U L1 S1-U eNB和SGW之间 的接口 X2-AP GTP-U GTP-U SCTP UDP X2 eNB之间的接口 UDP eNB IP IP LTE LTE L2 L2 X2 L1 L1

EPC逻辑接口及协议栈 Uu S1-U MME S-GW S11 S5/S8 PDN-GW UE eNodeB EPC信令面协议栈

EPC逻辑接口及协议栈 S-GW Uu S1-U S5/S8 PDN-GW SGi UE eNodeB EPC用户面协议栈

EPC逻辑接口及协议栈 Diameter协议栈 EPC网络信令接口引入Diameter协议（IP信令协议），底层基于SCTP承载，需要静态配置信令连接，上层使用IMSI进行路由。 MME HSS S6a SGSN S6d Diameter协议栈

EPC逻辑接口及协议栈 EPC接口协议小结 在EPC网络中，核心协议是 GTP & Diameter ； Diameter 底层承载协议可以是TCP也可以是SCTP ； GTPv2目前只用于GTP-C，GTP-U依然使用GTPv1，主要是在改进和兼容中权衡； Diameter & GTP 是网络架构中信令和业务的重要区分 S11接口是EPC网络中信令和业务节点之间的纽带

网络承载方式 IP承载网 CMNet PTN CMNet等 外部数据网 IP承载方式： S6a：IP承载网（IP信令网VPN） MSC Server 2G/TD CS域核心网 2G/TD PS域核心网 SGSN CMNet Gn GGSN SGs BOSS Gr HSS/HLR DNS PTN Gx S3 Gi S6a PCRF 开户 S4 CMNet等 外部数据网 MME S10 Gx S1-MME SGi S11 S5/S8 E-UTRAN S1-U SAE-GW /GGSN 实时计费 S-GW P-GW BOSS OCS eNodeB EPC核心网 IP承载方式： S6a：IP承载网（IP信令网VPN） SGs：IP承载网（软交换信令VPN） Gx：IP承载网（PCC VPN） PTN承载： S1-MME S1-U CMNET承载： S11、S10、S3/S4、S5/S8、Gn、SGi、DNS查询接口

网络承载方式—PTN网 PTN 核心网 省内本地网1 省内本地网2 PTN MME、SAE-GW直接接入PTN接口节点，不经过CE设备 - MME采用1对GE接口 - SAE-GW采用1对（或多对） 10GE接口 核心网设备一般连接具备三层功能的PTN设备，TD-LTE无线网设备连接普通的PTN设备 核心网 S1-MME S1-U PTN接口节点 PTN PTN接口节点 PTN接口节点 eNodeB eNodeB 省内本地网1 省内本地网2

网络承载方式—IP承载网 IP承载网 软交换信令VPN 共用电路域CE 七号信令IP化VPN 分布式HSS/HLR VPN 共用分组域CE MSC Server (SGs短信) DRA、IDRA IDRA通过专线连接至国际公司 S6a HSS/HLR FE MME SGs S6a 电路域CE Ud、Rs S6a 电路域CE IP承载网 HSS/HLR BE 分组域CE Gx PCRF SAE-GW 软交换信令VPN 共用电路域CE 七号信令IP化VPN 分布式HSS/HLR VPN 共用分组域CE PCC Gx接口VPN

网络承载方式—CMNet网 CMNet MME、SAE-GW等需通过防火墙接入CMNet 不允许通过IP承载网CE接入CMNet GGSN 根DNS SGSN BG DNS CMNet 骨干GGSN S11、S10、Gn MME S11、S5/S8、Gn、SGi SAE-GW MME、SAE-GW等需通过防火墙接入CMNet 不允许通过IP承载网CE接入CMNet

小结 本章节让你印象最深刻的三点是： 1、EPC网络由哪些网元组成？ 2、各接口使用什么协议？ 3、EPC网络承载方式有几种？

目录 EPC网络基本概念及发展背景 2 EPC系统重要特性 3 EPC网络架构 4 EPC移动性管理及会话管理 EPC典型案例分析 1 EPS承载 EPC附着流程 5 EPC典型案例分析

EPC中的标识 临时用户标识GUTI 跟踪区标识TAI EPC网元域名标识FQDN

临时用户标识GUTI 用于EPC系统中给用户提供一个唯一的临时标识， GUTI同时也能标识给用户提供服务的MME和网络。 GUTI的格式： <GUTI> = <GUMMEI><M-TMSI> = <MCC><MNC><MME Identifier><M-TMSI> = <MCC><MNC><MMEGI><MMEC><M-TMSI> = <MCC><MNC><MMEGI><S-TMSI> LTE多模终端用户，在LTE与2G/TD网络之间漫游，由终端完成GUTI与RAI+P-TMSI之间的映射

跟踪区标识TAI 追踪区标识（Tracking Area Identity），表示用户位置信息，类似2/3G位置区LAI或路由区RAI TAI = MCC + MNC + TAC MCC Mobile Country Code MNC Mobile Network Code TAC Tracking Area Code TA List：跟踪区列表，由一组TAI组成，最多包含16个TAI

EPC网元域名标识FQDN 包括MME、SAEGW、HSS、DRA等，需要在全球范围内唯一 MME的主机标识为： mmec<MMEC>.mmegi<MMEGI>.mme.epc.mnc<MNC>.mcc <MCC>.3gppnetwork.org SAE-GW、HSS、DRA设备的主机标识为： 网元名称.地市简拼.省份简拼. node.epc.mnc<MNC>.mcc<MCC>.3gppnetwork.org

EPS承载 PDN连接 & 默认 APN 承载基本模型 默认承载与专用承载

PDN连接 & 默认 APN PDN连接 Default APN（默认APN） PDN连接指在UE与一个PLMN外部分组数据网络（PDN）之间，EPS系统提供的IP连接； PDN连接中，UE由IP地址（一个IPv4地址和/或一个IPv6地址前缀）标识，PDN由APN标识； 一个PDN连接可包含多个EPS承载，包括一个默认承载和多个专有承载 根据UE的IP地址，可以将PDN连接分为以下三类： IPv4 IPv6 IPv4v6 Default APN（默认APN） 签约数据中定义的默认APN 在附着和UE请求PDN连接，并且UE未提供APN时使用

承载基本模型 GTP-based EPS bearers EPS Bearer EPS Bearer类似于2G/3G网络中的PDP上下文 EPS Bearer ：无线承载 + S1承载+ S5/S8承载 网络中通过Bearer ID用来唯一地标识UE接入到E-UTRAN的一个EPS Bearer， Bearer ID由MME分配，类似2G/3G NSAPI EPS Bearer

Dedicated Bearer（专用承载） 默认承载与专用承载 Default Bearer在新PDN连接建立时创建，用户attach时默认承载会随之建立， 每个PDN 连接有一个Default Bearer，提供基本的连接服务 Default Bearer 为PDN连接提供Always-on服务，存活于PDN 连接的整个生命周期 Default Bearer 是 Non-GBR 类型的承载 Default Bearer的QoS参数由MME/SGSN根据HLR/HSS的签约参数分配，P-GW可根据PCRF信息修改该参数 Default Bearer（默认承载） 当需要为同一用户接入相同PDN网络的不同数据流提供不同的QoS服务保证时，需要建立Dedicated Bearer来承载不同的数据流 Dedicated Bearer 可以是Non-GBR 或 GBR类型的承载 Dedicated Bearer的创建或修改只能由网络侧发起，并且承载级QoS参数值总由分组核心网来分配 Dedicated Bearer（专用承载）

EPS附着流程 初始Attach流程 移动性管理状态模型 会话管理状态模型

初始Attach流程 移动性管理状态模型 外部 数据网 HSS (2)鉴权请求及响应 DNS MME S-GW P-GW 外部 数据网 E-UTRAN eNodeB DNS HSS (2)鉴权请求及响应 (3) 请求APN解析、返回S-GW地址 (1)Attach Request (7) Modify Bearer Req/Rsp (6)Attach Accept (5）创建会话响应（默认承载建立） 移动性管理状态模型 (4）创建会话请求（建立默认承载） (1)Attach Request (4)为用户请求建立承载 2014年5月17日全广西区正式商用 (5)为用户建立承载(分配用户IP地址) SAE-Gateway

初始Attach流程 附着流程主要环节：鉴权，加密，位置更新，建立承载 鉴权：四元组鉴权，UE和网络侧双向 加密：NAS/RRC层面的加密保护和完整性保护，在 UE/eNB/MME三方间完成 位置更新：MME从HSS取得用户签约数据 建立承载：MME协调eNB/SGW/PGW之间建立传输用户流量的通道

移动性管理状态模型 EMM state model in UE EMM state model in MME

会话管理状态模型 ECM state model in UE ECM state model in MME

小结 本章节让你印象最深刻的三点是： 1、EPC中有哪些重要的标识？ 2、EPS的承载方式有几种？ 3、EPC初始附着流程要点是什么？

目录 1 EPC网络基本概念及发展背景 2 EPC系统重要特性 3 EPC网络架构 4 EPC移动性管理及会话管理 5 EPC典型案例分析

EPC案例分析1-连接态时被叫失败 故障现象 某地市在进行LTE业务测试时，反馈Iphone5S手机终端在LTE网络下可以正常主叫，但是看视频过程中无法被叫；两个MSC POOL内测试都存在此问题； 我们采用同款手机终端在网管中心进行测试，视频过程中被叫正常，且咨询其余地市同样版本的手机终端在本地市范围内均无异常。 原因分析 通过在华为MME上进行信令跟踪并分析消息流程得知：MME发送消息给eNodeB CS Fallback Indicator指示回落语音后，eNodeB未发送S1 UE Context Release Request消息给MME挂起PS业务，导致CSFB回落失败。可以确定为eNodeB侧问题。 解决方案 通过协调分公司查询eNodeB，确定eNodeB上配置UTRAN-FDD连接态用户CS Fallback目标系统优先级有误导致在连接态时被叫失败。地市eNodeB全网修改此参数，问题得到解决

EPC案例分析2-重选回4G速率受限 故障现象 在LTE站点测试过程中，维护人员发现多款测试终端在LTE覆盖边缘重选到2、3G网络，再重选回4G网络，上下行速率最高只能到2Mbps左右，远低于正常值；同时手机更改为飞行模式或去附着后重新接入LTE网络，测试速率正常。 原因分析 此情况的原因可能有两种： 用户从2、3G网络重选回4G网络失败，仍然驻留在2、3G网络，则速率受限属于正常现象； 用户从2、3G网络重选回4G网络后QoS协商有问题，造成速率受限，需要优化解决。 通过信令分析定位确定是QoS协商问题，核心网侧下发256M带宽的QoS值，eNodeB侧回应为unspecified，协商失败。确定为eNodeB侧问题，通过协调分公司无线侧，确定为爱立信eNodeB 与华为MME对接时需要开启“DynamicQosModification”feature，此feature代表 QoS动态协商，不开启说明从2、3G重选回4G时eNodeB沿用2、3G带宽速率，即最大2M左右。 解决方案 通过协调分公司查询eNodeB，确定eNodeB上配置UTRAN-FDD连接态用户CS Fallback目标系统优先级有误导致在连接态时被叫失败。地市eNodeB全网修改此参数，问题得到解决

EPC案例分析3- TAC配置错误 故障现象 6月25日进行集团指标分析时发现附着成功率突然降低，分析原因19号原因值占比增高，达到36%. 原因分析 详细分析19号原因值突增主要有两个因素： 1、某地市一个TAC数据在DNS上未查询到，导致该TAC下用户DNS解析失败，从而导致附着失败，影响附着成功率； 2、部分用户签约ODB，导致附着失败（用户原因） 解决方案 联系分公司查询处理，发现此TAC配置错误，更改为正确数值后，问题解决。

课程回顾 什么是EPC？EPC系统重要特性有哪些？ EPC( Evolved Packet Core )是演进的分组核心网，它的重要特性有：纯分组域网络，基于全IP架构；控制和承载分离，网络扁平化；支持多种接入方式；永远在线。 EPC网络必备节点和主要协议有哪些？ 在最基本的EPC网络中，MME/HSS/SGW/PGW是必备节点。核心协议是 GTP & Diameter， Diameter & GTP 是网络架构中信令和业务的重要区分。 EPS承载方式金额附着流程主要环节有哪些？ EPS承载包括默认承载和专用承载，EPC附着流程主要环节：鉴权，加密，位置更新，建立承载。

谢谢！