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4G的核心网--EPC

作者：互联网

UMTS：通用移动通信系统，简称UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)，UMTS作为一个完整的3G移动通信技术标准，UMTS并不仅限于定义空中接口。除WCDMA作为首选空中接口技术获得不断完善外，UMTS还相继引入了TD-SCDMA和HSDPA技术。

LTE设计之初便定下了在20MHz频谱带宽下提供下行100Mbps与上行50Mbps的峰值速率。EPC算是LTE在PS（Pachet Switch）侧的核心网系统，而在会话控制侧的核心网是IMS。

ICT技术分为以下几块：

  1. 物理层技术：基带芯片厂商（博通、MTK、高通、展讯、意法半导体、NXP和三星等）
  2. 网络层技术：网络交换机和路由器厂商（Cisco、Juniper、华为、ALU和H3C等）
  3. 服务器技术：IBM、HP、DELL和联想等厂商。
  4. 芯片技术：AMD、Intel、威盛等。
  5. 应用层技术：系统平台厂商（微软、Redhat、IBM、谷歌等）；互联网服务商（谷歌、Facebook、Twitter、腾讯、阿里巴巴等）。
  6. 消费电子：苹果、三星、索尼、松下、飞利浦、LG、联想、华为、小米等。

EPC网络架构，相比GPRS已经有巨大的变化，传统SGSN、GGSN网元变成了MME、SAE-GW，即Serving Gateway(SGW)和PDN Gateway（PGW)

 GPRS中的SGSN的控制面独立出来变成了MME；SGSN的数据面变成SGW；而GGSN则变成PGW。由此可见EPC变成一种控制和承载完全分离的PS核心网架构。

 

 

 　　　　　　　　GRPS核心网　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　   　　EPC架构

EPC架构包括MME、SGW、PGW三个网元，又称EPC家族中的三兄弟。

 

MME（Mobility Management Entity），中文名称叫做移动管理实体，是一个用于信令控制的网元，顾名思义它主要做移动性的管理。此外还需要做会话相关的控制处理，其他的功能是一辅助功能，比如鉴权控制，信念面加密，与eNodeB之间的一致性保护等。

SGW叫做服务网关，它是数据面的网元，所谓数据面可以理解成数据传输的处理通道，负责本地网络用户数据处理部分。

PGS是PDN网关，所谓PDN（public data network），中文名称叫做公共数据网，可以理解成核心网后端的网络系统，比如电信应用服务器，OTT服务器等，PDN负责用户数据包与其他网络的处理。

EPC网元的功能详细描述

MME Serving GW PDN GW
NAS信念处理 ENodeB之间切换的本地锚点  基于用户包过滤
NAS偏偏的安全保护 E-UTRAN空闲模式下数据缓存，以及触发网络侧Service Request流程  合法监听
3GPP内不同节点之间的移动性管理  合法监听 IP地址分配
空闲移动终端的跟踪和可达  数据包路由和转发  上下行传输层数据包标记
TA List管理  上下行传输层数据包标记  PCC
PDN GW和Serving GW选择  基于用户和QCI力度的统计（用于运营商间计费） Non-GBR的基于AMBR的下行速率控制
MME和SGW的选择  基于用户，PDN和QCI力度的上行和下行的计费。  GBR的基于MBR的下行速率控制
合法监听    DHCPv4和DHCPv6（Client、Server）
漫游监听   上行和下行的承载绑定 
安全认证   上行承载绑定校验
承载管理    

PDN实际上就是一个核心网数据出口锚点（所谓锚点，实际上就是一个固定的业务节点，可以理解成抛锚的地方），正因为有了锚点，业务开展的时候相当于有了固定的服务人员，相应地业务体验就会更好，PDN作为一个锚点，容易做到和外部的互通，也更容易做到数据流量等的计费。

LTE的架构

 

 

 eNodeB组成的网络叫做E-UTRAN，即LTE接入网，eNodeB和其他的eNodeB之间的接口叫做X2接口，eNodeB和MME之间的接口叫S1-C接口（控制接口），eNodeB与SGW之间的接口叫做S1-U接口（数据面接口）。

LTE的交互流程

LTE网元功能描述

网元  功能
eNodeB

1、无线资源管理相关的功能，包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、上/下行动态资源分配/调度等。

2、IP头压缩与用户数据流加密

3、UE附着时的MME选择。

4、提供到SGW的用户面数据的路由。

5、寻呼消息的调度与传输

6、系统广播信息的调度与传输

7、测量与测量报告的配置
MME

1、寻呼消息分发，MME负责将寻呼消息按照一定的原则分发到相关的eNodeB

2、安全控制

3、空闲状态的移动性管理

4、EPC承载控制。

5、非接入层信令的加密与完整性保护。
SGW

1、终止由于寻呼原因产生的用户平面数据包

2、支持由于UE移动性产生的用户平面切换
PGW

1、逐用户数据包的过滤和检查

2、用户ID配置

小区搜索 ：是UE和eNodeB建立通信链路的前提，主要利用下行链路传输的两种特殊信号；SCH和BCH。其中SCH用于UE（手机）进行下行同步；而BCH用于UE获取小区相关的参数。

 

 

                小区搜索流程

主要分为两步聚：

随机接入

目的：申请上行资源；与eNodeB间的上行时间同步。

手机和基站之间的同步是非常重要的，如果不同步，互相发送的数据是很难正确解码出来的，小区搜索完成了下行的同步，而随机接入是要完成上行同步。注意：随机接入的上行同步，是依赖于手机和基站已经完成下行同步， 即下行如果不同步，随机接入是没有办法完成上行同步的。

随机接入有两种场景

一种是UE随机选择前导码的随机接入流程（基于竞争方式）另一种是UE按照基站指示的前导码发起的承采购接入流程，（非基于竟急方式）

 

 

                                  基于况争的随机接入

 

 

                       非竞争的随机接入

通过随机接入的方式，UE向基站发送前导码，从而基站可以计算出UE和基站之间的时间编差，把这个时间偏差以提前量TA的形式发送给终端UE，从而UE可以完成和基站之间的上行同步（实际上是UE发送数据的时候，提前时间TA发给基站，相当于完成了和基站之间的同步）。

RRC交互

RRC消息是一种三层的消息，RRC消息交互的作用有三个：

1、为NAS消息层提供连接管理、消息传递等服务。

即通过RRC消息传输上层的NAS消息，相当于NAS消息是包含在RRC消息的消息体中传输的，而NAS是手机和核心网交互的消息，核心网需要解析NAS消息，获取UE的信息，以及核心网需要通过NAS消息，对UE进行配置。

注意：基站可以解析RRC的消息，但是不解析RRC消息中的NAS消息。

2、对接入网的度层协议实体提供参数配置的功能。

即基站在空口，通过RRC消息对UE的无线参数进行相关配置。

3、负责UE移动性管理相关的测量，控制等功能。

RRC消息在无线空口需要通过无线承载进行传输，这类承载叫信令无线承载（SRB），RRC的SRB包含SRB0和SRB1，相应的无线逻辑信道就是CCCH和DCCH。

 

 

 　　　　　　　　RRC消息的无线承载示意图

SRB类型  何时建立   传输的消息
SRB0  默认承载，UE在RRC_IDLE，该承载已经存在  传输CCCH信道上的消息（RRC连接建立、承载等相关消息）
SRB1 RRC连接建立时，建立该承载  传输DCCH信道上的RRC消息（其中可能携带NAS消息）及NAS消息
SRB2  一般在安全性激活后，建立该承载，优先级较低，且最后建立   传输DCCH信道上的NAS消息。

典型的RRC消息包括：RRC建立连接；RRC连接重建立；RRC连接配置；RRC连接重配置；RRC连接释放。

UE发起RRC连接建立的场景有：呼叫、响应寻呼、TAU（位置更新）、Attach（初始接入）等。第一条RRC Connection Request，用来请求发起建立连接，该消息中会携带UE的初始（NAS）标识和建立原因；第二条消息RRC Connection setup（RRC建立连接），该消息由eNodeB发起，在SRB0上发送，携带SRB1的完整配置信息；第三条消息RRC Connection Setup Complete（RRC建立连接完成），由UE发起，在SRB1上发送，携带上行方向NAS消息，如Attach Request、TAU Request、Service Request、Detach Request等，eNodeB根据这些消息进行S1口（基站和核心网之间的接口）建立相关的承载。

 

标签：承载,--,eNodeB,RRC,NAS,核心网,消息,UE,4G
来源： https://www.cnblogs.com/liujunjun/p/14647477.html