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1、LTE系统核心网网络架构阅读报告摘 要：随着LTE技术标准的完善和成熟，各运营商在LTE技术上投入的不断 加大，对LTE系统核心网网络架构各部分网元功能的分析变得至关重要，最终 通过分析各网元的功能，实现核心网的功能。关键词：LTE； ?。；核心网；网络架构；1 LTE技术概述LTE（Long Term Evolution,长期演进）就是3GPP的长期演进，是3G与4G 技术之间的一个过渡，是3.9G的全球标准，它增强了 3G的空中接入技术，采用 OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准，为降低用户面延迟，取消了 无线网络控制器（RNC），采用扁平网络结构。在20MHz频谱带宽下能提供下
2、 行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能，提高小 区容量和降低系统延迟。2 LTE网络的分析2.1 LTE网络架构的背景当前，全球无线通信正呈现出移动化、宽带化和IP化的趋势，移动通信行业 的竞争极为激烈。在现有技术还没有大规模商用之前，一些无线宽带接入技术也 开始提供部分的移动功能，通过宽带移动化，试图进入移动通信市场。为了维持 在移动通信行业中的竞争力和主导地位，3GPP组织在2004年11月启动了长期 演进过程LTE（Long Term Evolution）以实现3G技术向4G的平滑过渡。3GPP计 划的目标是：更高的数据速率、更低的延时、改进的系
3、统容量和覆盖范围以及较 低的成本。LTE对空口和接入网的技术指标包括：（1）峰值数据速率，下行达到100Mbit/s，上行50Mbit/s。（2）提高频谱效率（达到Release 6的24倍）。（3）接入网时延（用户平面UE-RNC-UE）时延不超过10ms。（4）减小控制平面时延，UE从待机状态到开始传输数据时延不超过100ms （不包括下行寻呼时延）。为了实现这一目标，除了要考虑空中接口技术的严禁之外，还需要考虑网络 体系结构的改进。对无线接入网网络架构的研究就是要找出最优的网络结构并考 虑介入网内以及接入网与核心网之间的功能划分，以期望实现更高的数据速率、 更低的时延。2.2 LTE网络
4、架构的需求（1）单一网络结构。（2）基于分组业务的网络架构，支持实时以及会话类业务。（3）尽可能不通过增加额外的回程开销，最小化单点失败（single points of failure）”的出现机会。（4）尽可能简化和最小化引入的接口数目。（5）如果需要提高系统性能，不排除无线网络层（RNL）与传输网络层之间的 交互。（6）支持端到端的QoS。传输网络层向无线网络层提供适当的QoS。（7）QoS机制需要考虑存在的多种业务类型，保证有效的带宽使用率：控制平 面业务，用户平面业务，以及Q&M业务。（8）最小化时延抖动，比如针对分组通信的TCP/IP。2.3 LTE网络整体结构LTE采用扁平化、I
5、P化得网络结构，E-UTRAN用E-NodeB替代原有的 RNC-NodeB结构，各网络节点之间的接口使用IP传输，通过IMS承载综合业 务，原UTRAN的CS域业务均可由LTE网络的PS域承载。其中，E-UTRAN 由 eNB 构成；EPC（Evolved Packet Core）由 MME（Mobility Management Entity）， S-GW（Serving Gateway）以及 P-GW（PDN Gateway）构成。相对 UMTS 得网络结 构而言，LTE网络结构进行了大幅度简化。3 EPC核心网架构3.1 EPC核心网架构的发展背景随着移动宽带网络向LTE演进，在LTE
6、的演进和运营中，如何才能实现2G 和3G网络向LTE的平滑演进，如何实现现有网络和新建网络的互通，如何向用 户提供一致的业务，成为运营商的焦点。正是在此需求下，3GPP在关注无线接 入网演进的同时，也开展了分组核心网构架的演进工程，并将其定义为EPC。作 为与LTE同步发展的技术，EPC的构架更加符合未来移动通信网络的发展需要， 能够在提升网络性能的同时，满足用户日益增长的业务需求，从而进一步提升运 营商的竞争力。3.2 EPC核心网架构的特征（1）控制面与用户面完全分离，网络趋向扁平化。（2）支持3GPP与非3GPP（如 Wi-Fi、WiMAX等）的多种方式的接入，并支持用 户在3GPP网络
7、和非3GPP网络之间的漫游和切换。（3）核心网中不再有电路域，EPC成为移动电信业务的基本承载网络。3.3 EPC核心网架构中各网元的功能3.3.1 MMEMME（Mobility Management Entity，移动管理设备）提供了用于LTE接入网 络的主要控制，并在核心网络的移动性管理，包括寻呼、安全控制、核心网的承 载控制以及终端在空闲状态的移动性控制等。它跟踪负责身份验证、移动性，以 及与传统接入2G/3G接入网络的互通性的用户设备（UE）。该MME还支持合法的 信号拦截。主要体现在处理移动性管理，包括：存储UE控制面上下文，包括 UEID、状态、跟踪区（treaking area
8、，TA）等；移动性管理；鉴权和密钥管理； 信令的加密、完整性保护；管理和分配用户临时ID。其他还包括：空闲模式UE 的可达性；选择PDN GW 和Serving GW； 2G、3G切换时选择SGSN； MME 改变时的MME选择功能；NAS信令，NAS信令安全；认证；漫游跟踪区列表 管理；3GPP接入网络之间核心网节点之间移动性信令；承载管理功能（包括专 用承载的建立）。3.3.2 S-GWS-GW（Signaling Gateway，服务网关）负责UE用户平面数据的传送、转发和 路由切换等，同时也作为eNodeB之间互相传递期间用户平面的移动锚，以及作 为LTE和其他3GPP技术的移动性锚。
9、另一方面S-GW提供面向E-UTRAN的接 口，连接NO.7信令网与IP网的设备，主要完成传统个PSTN/ISDN/PLMN侧的 七号信令与3GPP R4罗侧IP信令的传输层信令转换。其他功能还包括：切换过 程中，进行数据的前转；上下行传输层数据包的分类标示；在网络触发建立初始 承载过程中，缓存下行数据包；在漫游时，实现基于UE，PDN和QCI粒度的上 下行计费；数据包的路由SGW可以连接多个PDN和转发；合法性监听。3.3.3 P-GWP-GW （Packet data networks gateway，分组数据网网关）管理用户设备（UE） 和外部分组数据网络之间的连接。一个UE可以与访问多
10、个PDN的多个PGW同 步连接。PGW执行政策的实施，为每个用户进行数据包过滤、计费支持、合法 拦截和数据包筛选。分组数据网网关也是推动对处理器和带宽性能增加需求的关 键网络元素。PGW的主要功能是UE IP地址分配、基于每个用户的数据包过滤、 深度包检测（DPI）和合法拦截。其他功能还有：上下行传输层数据包的分类标示； 上下行服务级增强，对每个SDF进行策略和整形；上下行服务级的门控；基于 AMBR的下行速率整形基于MBR的下行速率整上下行承载的绑定;合法性监听。 4总结通过上网查资料和对LTE核心网网络架构相关资料的阅读，我对LTE技术 有了一个更清晰的认识，LTE之所以超越于2G、3G有EPC核心网架构一定的 功劳，通过网络结构的改变实现扁平网络结构，最终达到LTE技术的实用化和 商用化。通过此次阅读锻炼了我自己对新知识学习的能力，对现在通信行业的发 展有了一个全面地认识。参考文献1 吕红卫，冯征.核心网分组域引入EPC架构分析.北京：电信科学,2010:116-120.2 大唐移动,LTE网络系统架构.3 ZTE中兴,LTE网络架构概述.4 华为,LTE用户面培训.5 3G Evolution HSP and LTE for Mobile BroadbandM.
