LTE核心网介绍

1 LTE网络架构 

        EPS包括核心网EPC（EPC又包括MME（信令处理部分）、S-GW（数据处理部分）、P-GW）、E-UTRAN（只包含基站eNodeB一个网元，eNodeB能够实现3G中的NodeB和无线网络控制器RNC的功能，即eNodeB实现了接入网的全部功能）、用户设备UE。

核心网实现了用户面和控制面的分离，融合了部分RNC的功能。

LTE网络结构的优点： 
1、 网络扁平化使系统时延减少 
2、 网元减少，降低成本，更好部署和维护 
3、 取消了RNC，避免单点故障 
4、 所有网元都用标准接口连接，满足能多供应商产品的互操作

1.1、EPC的组成

EPC主要由MME、SGW、PGW、PCRF等网元构成。其中：

MME：Mobility Management Entity，移动性管理实体，原3G网络中SGSN网元的控制面功能；

SGW：Serving Gateway，业务网关，原3G网络中SGSN网元的用户面功能，有时也写为S-GW；

PGW：PDN Gateway，PDN网关，原3G网络中GGSN网元的功能，有时也写为P-GW；（PDN，Public Data Network，公用数据网，为公众提供数据通信服务的通信网。由交换机、网控中心、用户入户设备、通信线路等设施组成。每个入网用户可与网上其他用户通信，公用数据网负责数据在其间作透明的无差错传输。）

PCRF：Policy and Charging Rules Function，策略和计费规则功能，完成对用户数据报文的策略和计费控制。

1.2、EPC的特点

EPC网络可以支持3GPP（3GPP的目标是实现由2G网络到3G网络的平滑过渡，保证未来技术的后向兼容性，支持轻松建网及系统间的漫游和兼容性）和非3GPP（如Wi-Fi、WiMAX等）多种接入方式，是支持异构网络的融合架构。在此架构下，短信、语音等传统的电路域业务将借助VoLTE模式进行承载，也可以采用CSFB（Circuit Switched Fallback，电路域回落）的方案使用原有的电路域完成语音业务。综上所述，EPC网络是4G移动通信网络的核心网。它属于核心网范畴，具备用户签约数据存储，移动性管理和数据交换等移动网络的传统能力，并能够给用户提供超高速的上网体验。概括来说，EPC具备如下特点：

1 核心网趋同化，交换功能路由化；

2 业务平面与控制平面完全分离；

3 网元数目最小化，协议层次最优化；

4 网络扁平化，全IP化。

1.3、EPC基本网元概述

eNodeB：物理层功能（HARQ等）；MAC、RRC调度；无线接入控制；无线资源管理等

MME：移动性管理；会话管理；用户鉴权和密钥管理；NAS层信令的加密和完整性保护；TA LIST管理；P-GW/S-GW选择

Serving Gateway：分组路由和转发功能；IP头压缩；IDLE态终结点，下行数据缓存；E-NodeB间切换的锚点；路由优化

PDN Gateway：分组路由和转发；3GPP和非3GPP网络间的Anchor功能（HA功能）；UE IP地址分配，接入外部PDN的网关功能

HSS：HSS（Home Subscriber Server）是归属用户服务器，村粗了LTE/SAE网络中用户所有与业务相关的数据

PCRF：为每个用户定义不同业务的收费规则；QOS策略-为不同承载业务提供不同的QOS

 

 1.5、EPC逻辑节点功能

PCRF：策略控制、基于流量的计费、QoS授权（等级标识和比特流）

HSS：开户信息、用户移动性管理的动态信息；基础的AUC模块

P-GW：用户IP地址分配管理和QoS保证；流量监测统计；数据分发

S-GW：用户IP数据包向网络侧的转发；以及再移动性支持方面的用户数据缓存和前转；计费i西南西收集和合法监听

MME：UE与核心网间的信令交互控制节点

2 EPC演进

EPC主要由MME（移动性管理实体），SGW（服务网关）和PGW组成。多个EPC的集合称为EPS            

EPC的演进表现在：

取消了CS域，CS域业务承载在PS域，实现了核心网的IP化。语音业务（Voice）在以往无线制式中有CS承载，在LTE中则完全由PS域承载，即所谓的VoIP（Voice over IP）。

全网IP化，各网元节点之间的接口也都使用IP传输。LTE全网IP化的关键支撑就是端到端的QoS保障机制。

LTE/SAE在核心网演进中实现了用户面和控制面的分离，即用户面和控制面功能分别由不同的网元实体完成。可降低系统时延，提升核心网处理效率。

MME属于控制面设备，负责信令传输；

SGW和PGW属于用户面设备，负责用户数据包的过滤、路由、转发。

EPC和eUTRAN间的接口是S1，由于用户面和控制面的分离，S1接口也可分为用户面接口S1-U和控制面接口S1-MME。

LTE核心网还支持多网融合，支持包括LTE在内的多种无线接入技术，不仅要支持UMTS网络接入，还支持非3GPP制式的网络接入，如GSM、CDMA、WLAN、WiMAX等网络，实现了不同无线制式在EPC平台上的大融合。

EPC和各种无线制式中都设计有标准接口，方便业务使用时在不同制式的无线系统中无缝切换，如图所示。

说明：LTE制式对应的无线接入网称为eUTRAN，UMTS（WCDMA/TD-SCDMA）对应的无线接入网称为UTRAN，GSM和EDGE对应的无线接入网称为GERAN（GSM EDE Radio Access Network）；CDMA对应的无线接入网称为1xRTT（CDMA 1x Radio Transmission Technology）；CDMA2000对应的无线接入网称为HRPD（CDMA2000 High Rate Packet Data).

3 EPC和eNodeB功能划分

                                         

MME主要功能有寻呼、切换、漫游、鉴权，对NAS（非接入层）信令的加密和完整性保护，对AS（接入层）安全性控制、空闲状态移动性控制等。其中NAS信令是指UE和核心网EPC直接联系使用的，他是接入网eUTRAN（即接入层）不作分析，也不直接使用的信令（所以叫非接入层信令）；AS信令是接入网eUTRAN分析并使用的信令。

SGW（服务网关）是EPC和eUTRAN的一个边界网关，不和其他系统网关如GGSN、PDG直接相连，主要功能是LTE系统内的分组数据路由及转发、合法监听、计费。

PGW（PDN网关）是和运营商外部或内部的分组网络连接的网关，功能类似UMTS或EDGE中的GGSN，是所有3GPP系统或者非3GPP系统非组网络的统一出口。主要功能包括分组包深度检查、分组数据过滤及筛选、转发、路由选择等。还负责UE的IP地址分配，速率限制、上下行业务级计费等功能。设计PDN网关的目的是为了方便引入LTE系统以外的分组网络，使得多系统引入LTE的接口数目最小化，EPS和外界的接口功能简单化、清晰化，从而使LTE/SAE的核心网真正成为一个多制式融合的平台。

打个比方：MME是负责流动人口管理的*部门，SGW是一个负责人员和物资中转地快递公司，PGW则是对人员和物资进行出入境检查的口岸。

EPC的三个网元是逻辑上的概念，和物理形态不一定一一对应。MME和SGW可以是一个物理节点，也可以是分离的两个物理节点；SGW和PGW可以是一个物理节点或分离的两个物理节点。但一般MME和PGW不在一个物理实体中，更没有MME、SGW、PGW三位一体的。

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