《LTE核心網(wǎng)EPC專(zhuān)題》課件

移動(dòng)通信LTE核心網(wǎng)EPC概述4GLTE網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)絡(luò)組件EPC(EvolvedPacketCore)是整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的樞紐和關(guān)鍵部分。EPC負(fù)責(zé)用戶接入、認(rèn)證、質(zhì)量控制等功能,確保用戶能夠獲得高質(zhì)量的移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)體驗(yàn)。EPC概述LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由接入網(wǎng)和核心網(wǎng)EPC組成。EPC是LTE網(wǎng)絡(luò)的核心部分,負(fù)責(zé)各種關(guān)鍵功能如移動(dòng)性管理、會(huì)話管理和質(zhì)量保證等。EPC系統(tǒng)組成EPC主要由MME、SGW、PGW、HSS和PCRF等功能實(shí)體組成,它們通過(guò)不同的參考點(diǎn)接口互聯(lián)協(xié)作,共同實(shí)現(xiàn)LTE網(wǎng)絡(luò)的核心功能。EPC網(wǎng)絡(luò)功能EPC的主要功能包括移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、質(zhì)量保證、安全認(rèn)證、計(jì)費(fèi)等,確保LTE網(wǎng)絡(luò)的高效和可靠運(yùn)行。EPC架構(gòu)LTE核心網(wǎng)(EPC)采用了全新的all-IP架構(gòu)設(shè)計(jì),采用軟件定義的網(wǎng)絡(luò)功能。EPC主要包括幾個(gè)關(guān)鍵網(wǎng)元:MME、SGW、PGW、PCRF等,通過(guò)定義嚴(yán)格的接口和信令流程互相協(xié)作,實(shí)現(xiàn)了LTE網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可擴(kuò)展性和高性能。EPC采用分布式架構(gòu),各個(gè)功能網(wǎng)元相互獨(dú)立,部署靈活,能夠支撐高容量和高性能需求。同時(shí)通過(guò)虛擬化技術(shù),EPC可以根據(jù)業(yè)務(wù)需求動(dòng)態(tài)調(diào)配資源,提升網(wǎng)絡(luò)效率。MME概述MME概述MME（MobilityManagementEntity）是LTE網(wǎng)絡(luò)中的核心控制節(jié)點(diǎn),負(fù)責(zé)管理移動(dòng)性和會(huì)話控制。作為關(guān)鍵的控制平面元素,MME承擔(dān)了用戶移動(dòng)性管理、安全性管理、承載管理等眾多功能。MME功能MME的主要功能包括:注冊(cè)管理、位置管理、話單記錄、身份驗(yàn)證、密鑰管理、承載管理等。它協(xié)調(diào)了UE和其他EPC網(wǎng)元之間的交互。MME位置MME部署在EPC網(wǎng)絡(luò)的控制平面中,位于eNodeB和其他核心網(wǎng)元之間,如SGW、PGW、HSS等。MME與這些網(wǎng)元的接口承載著核心的控制信令。MME結(jié)構(gòu)MME通常采用主備冗余部署,以確保網(wǎng)絡(luò)的高可靠性。MME集群可根據(jù)需求動(dòng)態(tài)擴(kuò)展,以支持高并發(fā)的移動(dòng)性管理功能。MME功能1UE身份認(rèn)證MME負(fù)責(zé)對(duì)用戶設(shè)備進(jìn)行身份認(rèn)證和會(huì)話建立,確保網(wǎng)絡(luò)安全。2移動(dòng)性管理MME跟蹤用戶設(shè)備的位置變化,協(xié)調(diào)移動(dòng)切換流程。3信令控制MME負(fù)責(zé)與其他網(wǎng)絡(luò)元素的控制平面信令交互。4承載路徑選擇MME決定用戶數(shù)據(jù)包的傳輸通道,實(shí)現(xiàn)用戶面承載路徑的選擇。MME接口S1-MME接口S1-MME接口是MME與基站(eNodeB)之間的通信接口,用于傳輸移動(dòng)性管理和會(huì)話管理等信令。S3接口S3接口連接MME與SGSN,支持移動(dòng)性管理和會(huì)話管理,確保在LTE和2G/3G網(wǎng)絡(luò)之間的平滑切換。S6a接口S6a接口連接MME與HSS,用于訂閱數(shù)據(jù)查詢和更新,保持用戶狀態(tài)信息的一致性。S10接口S10接口支持MME之間的切換,確保移動(dòng)性管理和會(huì)話連續(xù)性。HSS概述HSS數(shù)據(jù)庫(kù)HSS作為L(zhǎng)TE網(wǎng)絡(luò)核心的用戶數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)了用戶的身份、認(rèn)證、授權(quán)等信息。關(guān)鍵控制節(jié)點(diǎn)HSS是LTE網(wǎng)絡(luò)中集中管理認(rèn)證和授權(quán)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),為業(yè)務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐?？缮炜s設(shè)計(jì)HSS采用分布式、集群化部署,能支撐海量用戶的高并發(fā)訪問(wèn)。HSS功能身份管理HSS負(fù)責(zé)用戶身份鑒別、授權(quán)和會(huì)話管理,確保移動(dòng)用戶安全可靠地接入LTE網(wǎng)絡(luò)。用戶訂閱管理HSS存儲(chǔ)和管理用戶的服務(wù)訂閱信息,包括QoS參數(shù)、IP地址分配等。業(yè)務(wù)支持HSS為MME、SGSN等網(wǎng)元提供各種業(yè)務(wù)支持,如移動(dòng)性管理、呼叫控制、消息傳遞等。HSS接口3GPP標(biāo)準(zhǔn)接口HSS與移動(dòng)核心網(wǎng)其他設(shè)備之間基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的標(biāo)準(zhǔn)接口,包括S6a、S6d、S7、S13等,確保不同廠商設(shè)備之間的互操作性。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)接口HSS通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口與移動(dòng)核心網(wǎng)主要設(shè)備MME、SGSN、PCRF等進(jìn)行交互,滿足用戶認(rèn)證、授權(quán)、策略控制等業(yè)務(wù)需求。數(shù)據(jù)接口與用戶數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)UDSF進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)交互與業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器進(jìn)行用戶信息查詢與計(jì)費(fèi)系統(tǒng)進(jìn)行記賬交互S-GW概述網(wǎng)關(guān)設(shè)備S-GW是LTE核心網(wǎng)中的關(guān)鍵網(wǎng)關(guān)設(shè)備之一,負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)的傳輸和管理。移動(dòng)管理S-GW負(fù)責(zé)管理用戶終端在核心網(wǎng)中的移動(dòng)性,為用戶提供連續(xù)的網(wǎng)絡(luò)連接。數(shù)據(jù)緩存S-GW臨時(shí)緩存用戶數(shù)據(jù)包,以確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院唾|(zhì)量。S-GW功能1數(shù)據(jù)傳輸負(fù)責(zé)處理用戶面數(shù)據(jù)流量,將用戶數(shù)據(jù)包在4G網(wǎng)絡(luò)和外部IP網(wǎng)絡(luò)間進(jìn)行傳輸。2移動(dòng)性支持支持用戶在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的切換,保持用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)性。3計(jì)費(fèi)和統(tǒng)計(jì)收集用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),為計(jì)費(fèi)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化提供依據(jù)。4質(zhì)量保證確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量,如流量控制、網(wǎng)絡(luò)擁塞控制等。S-GW接口關(guān)鍵接口S-GW作為L(zhǎng)TE核心網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),與其他核心網(wǎng)元素之間存在多個(gè)重要接口,如S1-U、S5/S8等。這些接口負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、會(huì)話管理等功能,實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)的端到端連接。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)S1-U接口連接S-GW和eNodeB,負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)從終端到S-GW的傳輸。S5/S8接口連接S-GW和P-GW,負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)在LTE網(wǎng)和外部數(shù)據(jù)網(wǎng)之間的轉(zhuǎn)發(fā)。會(huì)話管理S11接口連接S-GW和MME,用于管理UE的會(huì)話信息,如激活、修改和釋放等。S4接口連接S-GW和SGSN,協(xié)調(diào)2G/3G網(wǎng)絡(luò)與LTE網(wǎng)絡(luò)的切換。接口協(xié)議這些接口采用標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)議,如GTP-U、GTP-C、PMIP等,確保不同廠商設(shè)備之間的互通性和兼容性。P-GW概述網(wǎng)關(guān)功能P-GW（PacketDataNetworkGateway）是LTE核心網(wǎng)絡(luò)的出口網(wǎng)關(guān),提供用戶數(shù)據(jù)包與外部PDN之間的交換和轉(zhuǎn)發(fā)功能。IP地址分配P-GW負(fù)責(zé)為用戶終端分配IP地址,并將其與用戶會(huì)話綁定,支持IPv4和IPv6兩種地址格式。路由功能P-GW充當(dāng)終端用戶與外部PDN之間的路由器,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包在LTE核心網(wǎng)和外部網(wǎng)間的轉(zhuǎn)發(fā)。P-GW功能數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)P-GW負(fù)責(zé)將用戶數(shù)據(jù)從LTE網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)到外部互聯(lián)網(wǎng)或其他IP網(wǎng)絡(luò)，并進(jìn)行地址分配、IP過(guò)濾和訪問(wèn)控制等功能。策略控制P-GW與PCRF交互，根據(jù)用戶類(lèi)型、業(yè)務(wù)類(lèi)型等信息實(shí)施動(dòng)態(tài)策略控制和計(jì)費(fèi)管理。質(zhì)量保證P-GW確保用戶業(yè)務(wù)的QoS要求,并對(duì)關(guān)鍵業(yè)務(wù)提供優(yōu)先級(jí)保障,保證關(guān)鍵業(yè)務(wù)的性能。P-GW接口1S5接口P-GW與S-GW之間的接口,用于用戶面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和控制面信令交換。2SGi接口P-GW與外部網(wǎng)絡(luò)(如互聯(lián)網(wǎng))的接口,用于提供用戶數(shù)據(jù)接入服務(wù)。3Gx接口P-GW與PCRF之間的接口,用于策略及收費(fèi)控制信息交換。4Gy接口P-GW與OCS之間的接口,用于實(shí)時(shí)在線計(jì)費(fèi)。PCRF概述政策控制功能PCRF負(fù)責(zé)制定和執(zhí)行針對(duì)用戶、應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)的各種策略和規(guī)則。動(dòng)態(tài)資源管理PCRF能夠根據(jù)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)和用戶狀況動(dòng)態(tài)調(diào)整資源分配和QoS策略。計(jì)費(fèi)管理PCRF還負(fù)責(zé)向計(jì)費(fèi)系統(tǒng)提供計(jì)費(fèi)相關(guān)的策略和規(guī)則信息。安全控制PCRF可以與安全功能協(xié)作，執(zhí)行安全和訪問(wèn)控制策略。PCRF功能策略與計(jì)費(fèi)控制PCRF負(fù)責(zé)根據(jù)用戶屬性和服務(wù)需求制定相應(yīng)的計(jì)費(fèi)和流量控制策略。動(dòng)態(tài)決策PCRF能夠根據(jù)網(wǎng)絡(luò)狀況和用戶行為實(shí)時(shí)調(diào)整策略,為用戶提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)體驗(yàn)。統(tǒng)一管理PCRF統(tǒng)一管理EPC網(wǎng)絡(luò)中的策略和計(jì)費(fèi)參數(shù),確保策略執(zhí)行的一致性和合理性。輔助優(yōu)化PCRF產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和決策有助于EPC網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化和性能提升。PCRF接口與策略服務(wù)器(PCRF)交互PCRF可以向策略和/或計(jì)費(fèi)系統(tǒng)發(fā)送政策決策和規(guī)則信息。訪問(wèn)用戶信息PCRF可以從HSS等數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取用戶的訂閱信息和策略信息。動(dòng)態(tài)修改策略PCRF可以隨時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整用戶的QoS、計(jì)費(fèi)等策略參數(shù)。EPC信令流程1注冊(cè)用戶首次接入時(shí)的身份驗(yàn)證和注冊(cè)流程。2小區(qū)切換用戶在移動(dòng)過(guò)程中從一個(gè)小區(qū)切換到另一個(gè)小區(qū)的流程。3數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)操作時(shí)的具體信令流程。4業(yè)務(wù)管控網(wǎng)絡(luò)對(duì)用戶業(yè)務(wù)進(jìn)行限制、降速等管控操作的流程。EPC系統(tǒng)的信令流程涵蓋了用戶接入網(wǎng)絡(luò)的全生命周期,從初次注冊(cè)、小區(qū)切換,到日常數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)操作,再到網(wǎng)絡(luò)管控等各個(gè)環(huán)節(jié),確保用戶體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)性能的平衡。這些信令流程的高效運(yùn)轉(zhuǎn)是LTE網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)。注冊(cè)流程發(fā)起注冊(cè)請(qǐng)求UE發(fā)起初始注冊(cè)請(qǐng)求,請(qǐng)求接入移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)。身份驗(yàn)證MME啟動(dòng)身份驗(yàn)證流程,與HSS進(jìn)行通信以驗(yàn)證用戶身份。分配資源MME分配IP地址和無(wú)線資源,并將相關(guān)信息傳遞給其他網(wǎng)元。建立數(shù)據(jù)承載SGW和PGW建立數(shù)據(jù)承載,UE可以開(kāi)始正常上網(wǎng)。小區(qū)切換流程1檢測(cè)小區(qū)邊緣當(dāng)UE接收到當(dāng)前小區(qū)的信號(hào)強(qiáng)度下降時(shí),會(huì)開(kāi)始監(jiān)測(cè)周?chē)^(qū)的信號(hào)情況。2觸發(fā)測(cè)量報(bào)告當(dāng)UE檢測(cè)到更優(yōu)質(zhì)的小區(qū)信號(hào)時(shí),會(huì)立即向MME發(fā)送測(cè)量報(bào)告,請(qǐng)求切換。3網(wǎng)絡(luò)決策切換MME收到報(bào)告后,會(huì)評(píng)估當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)狀況并作出切換決策,通知UE執(zhí)行切換。降速流程11.觸發(fā)條件識(shí)別檢測(cè)到用戶使用大量數(shù)據(jù)超出限額22.通知用戶向用戶發(fā)送提醒,告知其目前的使用情況33.執(zhí)行降速措施根據(jù)運(yùn)營(yíng)商政策,自動(dòng)對(duì)用戶的網(wǎng)速進(jìn)行限制44.監(jiān)控用戶反饋持續(xù)關(guān)注用戶對(duì)降速政策的反饋和滿意度當(dāng)用戶大量使用數(shù)據(jù)流量超出預(yù)期限額時(shí),EPC網(wǎng)絡(luò)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)降速流程。首先識(shí)別觸發(fā)條件,然后通知用戶當(dāng)前的使用情況,接著根據(jù)運(yùn)營(yíng)商的政策對(duì)用戶的網(wǎng)速進(jìn)行限制。同時(shí)持續(xù)關(guān)注用戶對(duì)此措施的反饋和滿意度,適時(shí)調(diào)整。EPC網(wǎng)絡(luò)管理數(shù)據(jù)監(jiān)控通過(guò)EPC設(shè)備的性能指標(biāo)監(jiān)控,實(shí)時(shí)了解網(wǎng)絡(luò)狀況,及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。故障診斷分析告警信息,定位故障原因,采取針對(duì)性措施來(lái)解決問(wèn)題。資源優(yōu)化根據(jù)網(wǎng)絡(luò)負(fù)載情況,合理分配網(wǎng)絡(luò)資源,提高網(wǎng)絡(luò)利用率和用戶體驗(yàn)。安全防護(hù)建立安全策略,確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全,保護(hù)用戶數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)安全。EPC網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化1降低時(shí)延優(yōu)化EPC核心網(wǎng)元的部署位置和相互連接,縮短信令和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的傳輸路徑,從而降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。2提高可靠性采用冗余備份和負(fù)載均衡等技術(shù),確保網(wǎng)元的高可用性,提高整個(gè)EPC系統(tǒng)的服務(wù)可靠性。3增強(qiáng)容量根據(jù)用戶規(guī)模和業(yè)務(wù)需求,合理部署和擴(kuò)展核心網(wǎng)元的硬件和軟件資源,確保EPC的處理能力。4優(yōu)化能耗采用動(dòng)態(tài)節(jié)能技術(shù),根據(jù)實(shí)際負(fù)載情況自動(dòng)調(diào)整網(wǎng)元的功耗,提高EPC的整體能源利用效率。EPC故障診斷異常探測(cè)通過(guò)持續(xù)監(jiān)控EPC系統(tǒng)各關(guān)鍵指標(biāo),及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況,為后續(xù)故障定位提供依據(jù)。問(wèn)題定位針對(duì)不同故障類(lèi)型,采用系統(tǒng)分析、日志分析等方法深入排查,準(zhǔn)確定位問(wèn)題所在。故障解決根據(jù)故障原因采取恰當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施,如軟硬件升級(jí)、參數(shù)調(diào)整等,確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。EPC安全防護(hù)網(wǎng)絡(luò)防護(hù)部署高性能防火墻,持續(xù)監(jiān)測(cè)和阻擋各種網(wǎng)絡(luò)攻擊,保護(hù)EPC核心網(wǎng)絡(luò)的安全性。端到端加密采用先進(jìn)的加密算法,確保EPC網(wǎng)元間的數(shù)據(jù)傳輸全程加密,防止信息泄露。權(quán)限管控實(shí)施嚴(yán)格的身份認(rèn)證和訪問(wèn)控制措施,限制只有授權(quán)人員才能訪問(wèn)EPC關(guān)鍵功能。EPC容量規(guī)劃合理評(píng)估流量準(zhǔn)確預(yù)測(cè)5G業(yè)務(wù)發(fā)展、用戶數(shù)量和流量需求變化趨勢(shì),是EPC容量規(guī)劃的基礎(chǔ)。要建立完善的數(shù)據(jù)采集、分析和預(yù)測(cè)模型。優(yōu)化設(shè)備部署根據(jù)流量分布特點(diǎn),合理部署各類(lèi)EPC設(shè)備,充分發(fā)揮設(shè)備性能,確保關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)性能飽和運(yùn)轉(zhuǎn)。柔性擴(kuò)容采用彈性云架構(gòu),支持容器化部署和彈性擴(kuò)縮容,提高資源利用效率和容量響應(yīng)速度。智能調(diào)度利用AI/ML技術(shù),實(shí)現(xiàn)EPC設(shè)備的智能管理和動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡,滿足復(fù)雜業(yè)務(wù)場(chǎng)景下的性能需求。EPC部署實(shí)踐1環(huán)境規(guī)劃根據(jù)網(wǎng)絡(luò)需求和場(chǎng)景特點(diǎn),合理規(guī)劃EPC部署環(huán)境,如硬件設(shè)備、