EPC核心網接口分析與帶寬設計

【摘要】本文在研究EPC核心網網絡架構以及接口功能、協議的基礎上，對EPC核心網各類接口封裝效率進行了分析，在此基礎上提出了EPC核心網各類接口帶寬的計算方法，并以舉例方式進行了實際計算，以便對今后EPC核心網的規劃和設計提供有效的幫助。

【關鍵詞】EPC核心網接口協議封裝效率帶寬計算

AbstractBased on the research EPC core network architecture and interface functions， on the basis of the agreement，EPC core network interfaces for various types of packaging efficiency were analyzed，On this basis， proposes various EPC core network interface bandwidth calculation method，And by way of example for the actual calculation，So that in the future EPC core network planning and design to provide effective help。

KeywordsEPC core network，Interface Protocol，Encapsulation efficiency，Bandwidth calculation

一、EPC核心網網絡架構

EPC核心網主要由移動性管理設備（MME）、服務網關（S-GW）、分組數據網關（P-GW）、存儲用戶簽約信息的HSS和策略計費控制單元（PCRF）等組成。對比2G/3G網絡，在EPC核心網中，MME和SGW一起實現了SGSN功能，PGW實現了GGSN功能。

MME是EPC核心網唯一的控制面設備，它的主要功能是負責信令處理。S-GW位于用戶平面，主要功能是負責數據轉發。HSS負責保存跟用戶相關的信息。PCRF主要負責計費、策略控制。EPC核心網的接口均基于IP承載，網絡架構和接口如圖1所示。

可以看出，EPC主要的接口包括S1-MME接口，S1-U接口，S6a接口，S10/S11接口，S5/S8接口，SGi接口、Gx接口等。下面就上述接口帶寬流量進行分析與研究。

二、EPC核心網接口協議分析

EPC核心網接口協議分為控制面和用戶面。圖2是控制面協議棧，圖3是用戶面協議棧。控制平面實現信令傳輸，包括S1-AP信令、NAS（非接入層）信令、GTP-C信令以及Diameter信令。S1-AP支持eNodeB和MME間的一系列信令功能和過程；NAS信令包括會話管理、用戶管理、安全管理和計費；Diameter信令是MME和HSS之間的消息，類似于MAP功能；GTP-C主要用于核心網承載的建立維護以及核心網節點之間的其它信息交互。用戶平面最重要的協議是GTP-U，用來在核心網節點之間傳輸用戶數據。

EPC的主要接口和協議棧如表1所示。

各層協議頭部開銷如下：

三、EPC網絡接口帶寬設計

3.1帶寬計算基本概念

（1）協議封裝效率。協議封裝效率指的是業務凈荷與所需物理層帶寬的比值，與采用的協議封裝格式以及業務凈荷長度相關。協議封裝效率只應用于用戶面帶寬計算。本文假定用戶平均包長為500字節，那么S1-U接口的協議封裝效率為500÷（500+62）=0.89，S5/S8接口與S1-U接口一樣，SGi接口的協議封裝效率為500÷（500+26）=0.95。

（2）峰均比。峰均比等于峰值/均值，峰值定義為保證98%的流量能夠正常通過的帶寬取值，均值為流量的算術平均值。在實際網絡部署中，應根據QoS要求及網絡成本綜合考慮峰均比取值，一般取定為2即可滿足要求。

（3）物理帶寬利用率。物理帶寬利用率= 1×（1-控制協議開銷）×（1-物理層傳輸開銷），其中以太網接口的控制協議開銷約為5%，物理層傳輸開銷約為10%。以太網接口的物理帶寬利用率為0.86。

3.2用戶面帶寬計算

用戶面S1-U/S5/S8/SGi接口帶寬計算方法如下：

首先根據話務模型及用戶數計算得到平均凈荷流量，然后平均凈荷流量÷協議封裝效率得到接口平均流量，乘以峰均比得到接口帶寬需求。

以1萬用戶為例，同時使用業務用戶比例取定10%，用戶平均單向最大流量取定為500kbps，可以按照上面方法計算得出S1-U接口帶寬需求為1124Mbps，SGi接口帶寬需求為1053Mbps，S5/S8接口帶寬需求用戶面與S1-U帶寬大致相等。

3.3信令面帶寬計算

S1-MME接口流量包括MME與eNodeB之間的S1-AP信令消息及UE與MME之間的NAS信令消息，信令流程及消息長度如表2所示。

注：上表中（）內數值為本文假定的話務模型參數。

S6a接口流量主要包括鑒權、位置更新、插入/刪除用戶數據等信令消息，信令流程及消息長度如表3所示。

注：上表中（）內數值為本文假定的話務模型參數。

按照上表可以計算得出，S6a接口各個流程的信令總字節數為1109.7，接口流量=用戶數×1109.7×8/3600 kbps。1萬用戶在S6a接口的信令消息流量為24.66kbps。

S10/S11接口采用GTP-C協議，信令流量包括會話控制消息和承載控制消息。計算方法與S1-MME/S6a一致。S5/S8接口控制面帶寬需求與S11接口帶寬大致相等。在實際工程中，一般按照S5/S8接口用戶面流量的1%～3%估算S5/S8接口信令面流量即可滿足需求。

四、結束語

本文在研究EPC核心網網絡架構以及接口功能、協議的基礎上，對EPC核心網各類接口協議開銷進行了分析，提出了EPC核心網各類接口帶寬的計算方法，并基于一定的話務和信令模型，得出能夠用于網絡配置的帶寬計算結果，以便對EPC核心網的規劃和設計提供有效的幫助。