EPC核心网技术简介

2.1.1 EPC网络架构

       TD-LTE核心网（EPC）采用3GPP R8版本架构，控制与承载相分离，主要由移动管理设备（MME，Mobility Management Entity）、服务网关（S-GW，Serving GateWay）、分组数据网网关（P-GW，Packet Data Network Gateway）、计费网关（CG，Charging Gateway）、策略和计费控制单元（PCRF，Policy and Charging Rules Function）、归属签约用户服务器（HSS，Home Subscriber Server）、域名服务器（DNS，Domain Name Service）等功能单元组成。其中，S-GW和P-GW可合设，也可以分设。

2.1.2 EPC主要技术功能

       MME：主要负责信令处理及移动性管理，功能包括：NAS信令及其安全；跟踪区域（Tracking Area）列表的管理；P-GW和S-GW的选择；跨MME切换时对于MME的选择；在向2G/3G接入系统切换过程中SGSN的选择；鉴权、漫游控制以及承载管理；3GPP不同接入网络的核心网络节点之间的移动性管理（终结于S3节点）；信令面的合法监听等。
       SAE-GW：包括S-GW和P-GW，S-GW作为面向eNodeB终结S1-U接口的网关，负责数据处理；P-GW与分组数据网（PDN）连接；S-GW和P-GW接受MME的控制，承载用户面数据。S-GW的主要功能包括：当eNodeB间切 换时作为本地锚定点并协助完成eNodeB的重排序功能；在3GPP不同接入系统间切换时的移动性锚点（终结在S4接口，在2G/3G系统和P-GW间实现业务路由）；合法侦听以及数据包的路由和前转；根据每个UE、，PDN和QCI的上行链路和下行链路的相关计费等。P-GW的主要功能有：分组数据包路由和转发；3GPP和非3GPP网络间的Anchor功能；UE IP地址分配，接入外部PDN的网关功能；基于用户的包过滤；合法侦听；计费和QoS策略执行功能；DIP功能；基于业务的计费功能；在上行链路中进行数据包传送级标记；上下行服务等级计费以及服务水平门限的控制；基于业务的上下行速率的控制等。
       HSS：用于存储用户签约信息的数据库。主要功能包括：存储用户相关的信息；签约数据管理和鉴权，如用户接入网络类型限制、用户APN信息、计费信息管理；支持多种卡类和多种方式的鉴权；与不同域和子系统中的呼叫控制和会话管理实体互通等。
        PCRF：策略和计费控制单元，主要功能包括：用户的签约数据管理功能；用户、计费策略控制功能；事件触发条件定制功能；业务优先级化与冲突处理功能；QOS功能，网络安全性功能；IP-CAN承载与IP-CAN会话相关联策略信息的管理功能等。PCRF还可用于：对无限量包月的滥用者限制带宽；保证高端用户的流量带宽；保证高质量业务的服务质量；动态配置计费策略，完成内容计费。
CG：3GPP R8版本EPC架构中计费节点为S-GW和P-GW，S-GW产生的计费信息类似于SGSN；P-GW产生的计费信息类似于GGSN。计费点将计费话单送至计费网关CG，由CG完成计费话单的检错、纠错和话单的合并，并       完成话单格式的转换，然后将计费话单以标准格式送至运营公司的计费系统。
DNS：为EPC核心网网元和终端提供域名解析功能。

2.1.3 EPC接口与协议

       EPC核心网基于2G/3G分组域架构演进而来，采用了控制与承载相分离的架构，新增了一些接口，且这些接口均基于IP协议，具体如下：
       S1-MME接口：eNodeB和MME之间的接口，用于传送用户数据和相应的用户平面控制帧。该接口底层采用SCTP协议，应用层采用S1-AP协议。
       S1-U接口：eNodeB和S-GW之间的接口，用于承载用户面隧道和切换时eNodeB之间的路径交换。采用GTP-U协议，下层为UDP，其中GTP-U协议用来在eNodeB和S-GW之间进行用户数据的隧道传输，UDP协议封装用户数据。
        S3接口：SGSN和MME之间的接口，类似于3G系统中SGSN间的Gn接口，实现3GPP网间进行交互，采用GTP-C协议，下层为UDP。
       S4接口：SGSN与S-GW之间的接口，类似于3G系统中SGSN与GGSN间的Gn接口。提供GPRS网和S-GW之间的相关控制和移动性管理。S4接口既可以只有信令面接口（GTP-C），也可以包括用户面的接口（GTP-U）。S4接口如果只作为信令面的接口，其采用GTPv2-C协议，GTPv2-C协议用来在GSN和S-GW之间传输信令消息。
       S5/S8接口：S-GW和P-GW之间的接口，可以分为控制平面和用户平面。S5接口是网络内部S-GW和P-GW间接口。该接口应能在S-GW和P-GW分设情况下，提供用户移动过程中的S-GW重定位的功能。S8是跨PLMN的S-GW和P-GW之间的接口，应具备漫游情况下的S5接口功能。该接口采用GTP协议，下层为UDP。
        S6a接口：HSS与MME的接口，完成用户接入认证、插入用户签约数据、对用户接入PDN进行授权，与非3GPP系统互联时对用户的移动性管理消息的认证等功能。该接口下层采用SCTP，应用层为Diameter协议。
S10接口：MME之间的控制面接口，为MME再分布和MME之间信息的传输。采用GTPv2协议，下层为UDP。
       S11接口：MME和S-GW之间的接口，用于传输承载控制与会话控制等信息。采用GTPv2 的控制面协议GTPv2-C，下层为UDP，其中GTPC用于对MME和S-GW间的信令消息进行隧道化封装。UDP用于传送MME和S-GW间的信令消息。
       Gn/Gp接口：MME和3GPP Pre R8版本的SGSN之间的接口，用于传输会话控制等信息。也是2G/3G SGSN与P-GW之间的接口，分为控制平面和用户平面，基于GTP v1。在非漫游情况下，Gn提供同一PLMN内2G/3G SGSN与P-GW之间的用户面和控制面接口功能，P-GW提供2G/3G GGSN功能。在漫游情况下，Gp提供跨PLMN的2G/3G SGSN与P-GW之间的用户面和控制面接口功能，P-GW提供2G/3G GGSN功能。
S12接口：UTRAN与S-GW之间的用户面的接口（GTP-U）。当直接传输隧道建立后，S12成为UTRAN和S-GW间用户平面隧道的接口点。S12接口的用户面采用GTPv1协议。
Gx接口：PCRF与PCEF间的接口，其中PCEF位于P-GW中，提供QoS准则和计费标准的传输。
SGi接口：P-GW和分组数据网络之间的接口，包括IMS核心网、外部公共或私人数据网，类似于Gi接口。
Rx接口：PCRF与AF间的接口，AF功能位于业务平台。

EPC核心网主要接口及协议汇总如下表2.1所示：
表2.1 EPC核心网主要接口及协议表