EPC系统基础培训 廊坊移动 屈文杰 2014 年 12 月.

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1 EPC系统基础培训 廊坊移动 屈文杰 2014 年 12 月

2 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。

3 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；

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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？

9 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

10 重要特性 全IP架构 呈扁平化 多种接入 永远在线

11 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。

12 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 。

13 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

14 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。

15 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？

16 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

17 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

18 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

19 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

20 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

21 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

22 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

23 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

24 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

25 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

26 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

27 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？

28 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

29 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

30 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

31 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

32 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

33 EPS承载 PDN连接 & 默认 APN 承载基本模型 默认承载与专用承载

34 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

35 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

36 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）

37 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

38 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

39 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

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

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

42 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？

43 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

44 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

45 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

46 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。

47 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。

48 谢谢！