下一代移動數據核心網EPC

摘要：以WCDMA/HSPA技術為代表的3G網絡相對于2G來說，更強調基于IP數據業務的應用，因而促進了移動因特網絡模式的形成，人們越來越清晰地認識到IP移動因特網的發展方向。

關鍵字：移動；核心網；EPC

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791 (2010)12(a)-0000-00

一、EPC網絡建設的目標

采用新一代無線接入技術的LTE（Long Term Evolution）網絡能夠實現高達100Mbps的無線數據傳輸速度，可以為用戶提供多樣的IP多媒體業務。由于有高寬帶的LTE接入技術做基礎并在提供IP多媒體業務上有可靠的技術保障，新一代移動核心網EPC（Evolution Packet Core）僅定義了分組域的網絡功能節點，表現為更簡約的扁平化網絡構架。

EPC網絡建設的目標包括：

面向網絡融合

3GPP在進行EPC技術規范定義時，3GPP2、TISPAN、OMA、IETF等多個標準化組織都積極參與并提出了相應的技術建議，使得EPC的技術體制目標從一開始就設定為適應不同的無線接入技術的兼容和互通，即EPC可接入和互通3GPP規范的GSM/WCDMA無線系統、3GPP2的CDMA2000/HRPD無線系統、以及WiMAX、WLAN等無線系統。統一的EPC核心網絡消除了不同技術體制間互通的壁壘，并大大節約運營商的核心網絡建設成本，為運營商多業務統一運營提供了基礎和可能。

在2G/3G網絡中，用戶從終端手機發送數據，要經歷基站、BSC/RNC、SGSN和GGSN多重網元，容易引起業務數據的延遲、降低用戶的業務質量感受并使業務數據的管理復雜化。特別是基于IP多媒體數據業務的傳送，實時數據業務的質量保障變得更加復雜。

全IP網絡架構

移動網絡的IP化已經成為業界的共識。在IP化進程中，網絡要適應多樣性的IP數據業務的傳送，網絡建設要基于IP的傳送提供更高效率的網絡平臺。

規范制定伊始，EPC就采用全IP的網絡架構，包括全部的網絡IP化接口和接口的IP協議。即使傳統的SS7信令應用也采用基于IP的Diameter協議傳送，為網絡的IP化融合創造了基礎。基于IP的網絡技術大量引入IETF的IP技術，形成新的網絡需求與IETF進行互動，包括多個接口采用Diameter接口技術、IETF的AAA（Authentication、Authorization、Account）功能的應用以及基于IETF的移動IP協議的采用等方面。

與現有移動系統的互通

基于融合的網絡建設思路，EPC支持多種無線接入技術。在LET/EPC網絡部署初期，LTE五無線網絡的覆蓋局限在較小的區域內，為保證數據業務的連續性，需要實現LTE與其它無線系統的業務切換。這提升了LTE/EPC與現有網絡的融合度，保障了運營商業務運營的安全和延續性。

二、EPC網絡技術

EPC網絡節點功能

MME（Mobility Management Entity，異動管理實體）在LTE/EPC核心網絡中負責用戶的移動性管理。該節點類似于2G/3G網絡中SGSN的功能，完成對用戶在無線網絡登記區域位置的管理和用戶業務切換的管理。

在網絡結構上，EPC網絡中的MME按池組方式組網，以保證網絡的運行安全和負荷分擔。該節點與HSS互通取得移動用戶的網絡認證數據并進行用戶的網絡接入安全管理、空中信令信息加密和完整性驗證。MME也根據用戶信息和網路配置數據進行SGW和PGW的選擇，以采用最優的方式傳送用戶的數據業務并支持業務的連續性。用戶數據在eNodeB和SGW間傳送，MME負責用戶在線承載通道的建立和拆除。當用戶處于空閑狀態時，如果網絡側有數據需要發送給用戶，SGW首先會與MME互通，對用戶進行尋呼。

MME作為LTE/EPC網絡核心的移動管理節點，在確保用戶的移動位置和承載通道管理的同時，還要完成與其它無線系統的切換。MME與現網的GSM/TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000(HRDP)有基于3GPP的標準接口。

SGW(Serving Gateway，服務網關)作為LTE核心網絡的錨點與無線網絡互通，建立用戶數據業務的承載通道。用戶在漫游時，用戶業務平面首先接入漫游網絡的SGW，SGW建立的承載通道用于用戶數據業務的上下行傳送。當用戶在LTE與GSM/TD-SCDMA/WCDMA/CDMA2000網絡之間切換時，SGW是用戶業務平面承載通道的切換互通點。SGW也是EPC網絡用戶合法監聽的介入點，同時也生成用戶業務輔助計費賬單。當在SGW與PGW間采用PMIP接口協議時，SGW作為EPC網絡策略的執行點。在網絡建設上SGW可以與PGW合設。

PGW（Packet data network Gateway，分組數據網網關）是外部業務網絡的接入點。當PGW與SGW的接口采用GTP協議時，該節點終結用戶數據業務的承載通道。PGW負責為用戶分配IP地址，與PCRF互通執行用戶業務控制的策略，以及一般的基于PGW上的計費話單進行費用的結算。在與WLAN網絡的互通以及與終端實施的移動性管理中，PGW作為網絡接入控制的錨點。

HSS（Home Subscriber Server，歸屬用戶服務器）作為一個全IP接口的設備，負責用戶登記數據的管理。HSS通過Diameter/IP技術主要完成AAA功能并管理用戶永久登記數據、用戶網絡臨時標識數據和網絡數據，同時該設備完成用戶網絡安全認證數據的發放和管理。

PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略與計費規則功能）是核心網側集中的網絡業務傳送控制節點。PCRF從BOSS接受用戶的業務套餐數據，與網絡的業務應用服務器互通取得業務的特征和需求。PCRF從BOSS接收用戶的業務套餐數據，與網絡的業務應用服務器互通取得業務的特征和需求。PCRF也與PGW/SGW互通取得永無業務的在線特征，生成對業務傳送判決的策略。PCRF產生的策略通過Gx/Gxc接口下放到PGW/SGW進行策略的執行。

PGW/SGW根據PCRF下發的策略需求可以觸發網絡側發起的專用承載通道的建立。

IP技術的應用

LTE/EPC網絡是一個全IP的移動業務傳送網絡。EPC核心網絡網元間采用全部基于IP互通的接口技術，這些接口技術有一些繼承了原有基于3GPP的GTP承載技術，另外一部分來源于IETF的技術成果。

Diameter協議用于在EPC體系下用戶數據的管理，完成AAA的網絡認證、授權和計費管理。PMIP作為基于網絡側的移動性管理技術用于可信賴無線接入網絡的移動性管理，而DSMIPV6作為基于終端的移動性管理技術用于如WLAN的網絡接入和移動性控制。