TD-LTE核心网融合组网及语音解决分析课件.ppt
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1、LTELTE网络组织及网元部署分析网络组织及网元部署分析网络监控处网络监控处- 2 - EPC基本知识核心网集中融合组网LTE语音方案码号需求及分配原则2承载方案与路由组织EPSE-UTRANUEEPCEPC: Evolved Packet CoreEPS: Evolved Packet SystemLTE的基本概念p LTE(Long Term Evolution长期演进)与SAE(System Architecture Evolution系统架构演进)是3GPP提出的两大研究计划名称,分别侧重无线接入技术和核心网络架构p 2007年正式启动标准制定阶段,演进网络更名为EPS (Evolve
2、d Packet System),EPS是整个网络体系的全称。由于LTE名称使用起来更简单明了、通俗易懂,更具备可宣传性,目前LTE已成为整个系统对普通公众宣传的名称。 EPS = UE + E-UTRAN + EPCEPC = Evolved Packet Core,是核心网; EPS = Evolved Packet System是整个网络体系的全称3HLRGGSNMSC Server2G/TD核心网PS域MGWDNSCGRRUBBURNCBTSBSCTD无线网2G无线网Iu-PSGbSGSNIu-CSA2G/TD核心网CS域McDGrGnCMNETIur-gGaGaGiHSSLTE/EP
3、C核心网DNSCGMMES1-UCMNETP-GWS11SAE-GWS6aS5/S8S10SGiEPC与2/3G核心网架构比较S4 SGSNS1-MMES4S3RRUBBURNCRRUBBULTE无线网S-GWBTSBSC2G无线网TD无线网GbIu-PSGPRS网络架构E P S网络架构 PS only 全IP化 控制承载分离 多接入 永远在线4EPS系统主要网元(1/2)MMEMME:LTE接入下的控制面网元,负责移动性管理功能S4 SGSNS4 SGSN:2G/3G接入下的控制面网元,相当于接入2G/3G的MME,进行移动性管理和会话管理S-GWS-GW:SAE网络用户面接入服务网关,相
4、当于传统Gn SGSN的用户面功能P-GWP-GW:SAE网络的边界网关,提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能,相当于传统的GGSNHSSHSS:SAE网络用户数据管理网元,提供鉴权和签约等功能PCRFPCRF:策略控制服务器,根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控AFAF:业务策略提供点eNodeBeNodeB:负责无线资源管理,集成了部分类似2G/TD基站和基站控制器的功能5EPS系统主要网元(2/2)LTELTE网元与网元与2/3G2/3G网络中相关网管在功能上的对应关系:网络中相关网管在功能上的对应关系:62/3G网元网元LTE网元网元主要功能主要功能BTS/Node
5、BeNodeB无线资源管理BSC/RNC无SGSNMME负责核心网控制面接入GGSNSAE-GW(S-GW+P-GW)S-GW负责LTE用户面接入P-GW负责连接外部数据网络HLRHSS存储用户开户和签约数据GPRS CGEPC CG生成LTE用户话单GPRS DNSEPC DNS 负责LTE域名解析HSTPDRALTE用户IMSI路由翻译EPS系统主要接口S1S1:EPC与eNB的接口,包括控制面接口S1-MME和用户面接口S1-U(GTPv1)S6aS6a:MME通过S6a接口从HSS获得鉴权和签约信息,协议基于Diameter,传输层基于SCTPS6dS6d:S4-SGSN通过S6d接口
6、从HSS获得鉴权和签约信息,协议类型同S6aS11S11:控制面网元MME和用户面网元S-GW间的信令接口,基于GTPv2S10S10:进行MME间互操作时,MME通过S10接口传递承载上下文信息,基于GTPv2S5S5:S-GW和P-GW间接口,包括控制面(GTPv2)和用户面(GTPv1)S8S8:国际漫游接口,拜访地S-GW接入归属地P-GW,协议同S5S3S3:当2G/TD与LTE互操作时,S4-SGSN与MME间通信的接口,基于GTPv2S4S4:S4 SGSN与S-GW间的接口,包括控制面(GTPv2)和用户面(GTPv1)GxGx:PCRF与PCEF(位于P-GW)间的接口,用户
7、业务信息上报和策略下发,基于Diameter协议RxRx:AF通过Rx接口向PCRF通知业务属性S9S9:拜访地PCRF与归属地PCRF互通接口,用户获取归属地策略信息SGiSGi:分组域数据访问外部业务平台的接口,类似GPRS网络中的Gi接口7接口协议变化p 控制面接口协议栈主要变化:p GTPv2-C协议:p 由于Qos机制等发生较大变化,S5/S8、S10、S11等接口控制面协议使用GTPv2-C,与现网Gn/Gp接口使用的GTPv1-C有较大区别,且相互之间不能直接兼容。p Diameter协议p MME/S4 SGSN与HSS之间的S6a、S6d接口采用Diameter协议(SGSN
8、与HLR之间Gr接口采用MAP协议)。p PCC相关的Gx接口(PCRF与P-GW间)、Gy接口(PCRF与AF)采用Diameter协议。p SAE-GW与OCS之间的Gy接口采用Diameter协议。p 用户面接口协议栈与现网相比,均基于GTPV1-u,总体变化不大。8鉴权与加密RAND:随机数,网络生产并下发UESRES/RES:用于网络对UE鉴权Kc:三元组加密密钥,用于空口加密IK:完整性密钥,用于完整性保护CK:五元组加密密钥,用于空口加密AUTN:用于UE对网络鉴权Kasme:产生其他低层密钥,实现NAS、RRC层加密、完整性保护及空口用户面加密KiRANDSRESKcKRAND
9、RESIKAUTNKRANDRESKasmeAUTNCKGSM AKAUMTS AKAEPS AKASIMUSIMUSIM无 国际规范要求LTE采用USIM卡,采用全新的安全向量:KASME 、AUTN、RAND、XRES。不支持后向兼容SIM卡。p UMTS AKA五元组和EPS AKA四元组鉴权核心算法相同(Millenage),K值均为128位,只是在核心网接口中传递向量不同,五元组可以转化为四元组。p 标准TD-LTE手机仅支持USIM卡,支持5元组及5-4元组转换,不支持SIM卡,无法实现3-5-4元组转换p LTE采用层次化的密钥管理机制。p 对于空口加密算法,工信部正积极推进自主
10、知识产权的祖冲之算法(已纳入国际标准)。密钥分发机制三元组五元组四元组9跟踪区及跟踪区列表LTEMMETAITAITAITATATATAITAITATA 跟踪区(TA,Tracking Area)是EPS系统引入的新概念,用于用户的移动性管理 与LA(Location Area,位置区)和RA(Routing Area,路由区)类似跟踪区 跟踪区类似于2/3G网络中的LA、RA,是用户移动性管理及寻呼的最基本单位。 在CSFB等方案中,要求TA与LA有一定对应关系,以便用户回落到2G网络发起呼叫TA List1跟踪区列表(TA List,Tracking Area List),由几个 TA 组
11、成,在一个TA list中UE的移动不会触发TAU过程网络对用户的寻呼会在TA list中的所有TA进行,对于UE所注册的跟踪区,若处于同一个TA List ,则由同一个MME为其提供服务,以减少位置更新信令合理的TA List分配方式和设计方法可以有效地减少TAU发生概率,提高资源利用率LTE中TA List粒度是逐用户而且动态生成,附着、TAU或GUTI重分配过程中由MME分配给UE。单个用户TA List计算与规划较复杂也较关键(国际规范并未明确方法),目前此功能暂未启用跟踪区列表动态动态 暂未暂未启用启用10PDN连接 & 默认 APNpPDN连接 PDN连接指EPS系统为UE与一个外
12、部分组数据网络(PDN)之间建立的IP连接。 PDN连接中,UE由IP地址(一个IPv4地址和/或一个IPv6地址前缀)标识,PDN由APN标识。 一个PDN连接可包含多个EPS承载,包括一个默认承载和多个专有承载。pDefault APN(默认APN) 签约数据中定义的默认APN 在附着、UE请求PDN连接但未提供APN时使用,通过默认APN,网络在UE未发起业务时即建立起PDN连接,达到用户开机即“永远在线”目标,以便用户快速接入网络提供业务。11承载管理(1/2) 类似于2G/3G网络中的PDP上下文 EPS Bearer :在UE到P-GW之间建立,由无线承载 + S1承载+ S5/S
13、8承载共同组成。 网络通过Bearer ID唯一地标识一个承载, Bearer ID由MME分配。EPS 承载(Bearer)基本概念eNodeBTerminal网关(策略)业务1(如Internet)业务2(如P2P文件共享)业务3(如IMS语音)默认承载(类似基本默认承载(类似基本PDP上下文)上下文)专用承载(类似第二专用承载(类似第二PDP 上下文)上下文)IP 地址业务数据流 (SDF) 在新PDN连接建立时创建,用户附着时默认承载会随之建立。存活于PDN 连接整个生命周期,提供基本的连接服务,为PDN连接提供永远在线。 默认承载属 Non-GBR 类型,其QoS参数由MME根据HS
14、S签约参数分配,P-GW可根据PCRF信息修改该参数。默认承载(Default Bearer) 当要为某用户接入相同PDN的不同数据流提供不同QoS服务时,需建立专用承载。 每个专用承载的QoS都不同,专用承载可以是Non-GBR 或 GBR类型 专用承载的创建或修改只能由网络侧P-GW发起,且QoS参数值总由分组核心网来分配专用承载( Dedicated Bearer )12承载管理(2/2) 存活期间网络为存活期间网络为之之分配分配并保持并保持专用资源专用资源 GBR Bearer用于承载需要带宽保证的业务用于承载需要带宽保证的业务 GBR 业务的业务的优先级通常高于优先级通常高于Non-
15、GBR业务业务保证带宽承载(GBR Bearer) Non-GBR Bearer的资源是按需分配的的资源是按需分配的 Non-GBR Bearer用于承载无用于承载无稳定带宽资源稳定带宽资源要求的业务要求的业务不保证带宽承载(Non-GBR Bearer)专用承载专用承载默认承载默认承载非非GBR承载承载GBR承载承载QCIARPQCIARPAMBRGBRMBRp 实现永远在线的关键概念p 在附着时缺省承载建立p Default QoSQoS 等级标识最大聚合带宽13EPS QoS参数 QCI: 描述不同业务的QoS要求网络中只传递QCI标号,具体参数(资源类型、优先级、时延、抖动等)与QCI
16、的对应关系在各网元中配置,以标准取值为基准,以保证不同厂家间互通的QoS一致性 (减少传递信息量,简化协商流程、提高效率) QCI参数可由运营商扩展,如为物联网的应用定义单独的参数QCI参数主要用于承载建立后的资源调度控制,用于端到端的保证各种业务的QoS需求GBR类型只能由专有承载使用序号资源类型优先级时延预算丢包率业务举例1GBR(Guaranteed Bit Rate)2100 ms1e-2LTE话音2350 ms1e-3实时游戏34150 ms1e-3视频会议、视频通话:如新闻采编播45300 ms1e-6视频5Non-GBR1100 ms1e-6IMS 信令66300 ms1e-6V
17、ideo (Buffered Streaming)TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, p2p file sharing, progressive video, etc.)77100 ms1e-3话音、视频(在线流媒体) 交互类游戏 88300 ms1e-6Video (Buffered Streaming), TCP-based (e.g., www, e-mail, chat, ftp, p2p file 99 - -sharing, progressive video, etc.14- 15 - EPC基本知识核心网集中融合组网LTE语音方案码
18、号需求及分配原则15承载方案与路由组织 运营商通过采用集中化部署和大容量设备,运维模式向集中化转变,大幅缩减运营成本,LTE目前处于建网初期,中国移动可以此为契机实现集中化部署p 印尼某运营商从2010年开始实施软交换集中化改造, 其Jabodetabek大区计划率先于2012年全部完成MSC-S的大容量集中化,将由4个MSC-S BC(每个BC带9刀片)代替原有16个MSC-S ,实现每用户OPEX(主要是O&M)降低5060%。p 澳大利亚Telstra在2008年启动Next G计划,拟降低网络OPEXp Next G第一期采用爱立信CP-60,并集中部署在5个中心,节省OPEX约50%
19、p Next G第二期采用爱立信BC,集中部署在两个中心,进一步节省OPEX约60%1、集中化:网络集中化发展趋势1、集中化:LTE网元集中化设置 SAE-GWSAE-GWMME MMEHSS基地MME:MME设备采用以省为单位集中方式,省内设置多台MME时部署MME Pool。(分省集中)SAE-GW:由于内容源下移趋势不明显,且本地交换类业务流量占比不高,初期建议采用SAE-GW省中心部署方式。 (分省集中)DRA:全国集中为主,适当增加大区中心或者少部分大业务量省独立设置,对信令网一个平面的DRA进行分散,保证信令网络安全冗余。(7+2、分平面、网状网模式)HLR/HSS:对于“不换号”
20、业务(手机用户),建议以省为单位集中;对于“换号”业务(数据卡),如启用全新号段,可采用全网基地集中设置。(分省集中)DRAMMESAE-GW省中心地市eNodeBeNodeBeNodeBHSSeNodeB:不涉及集中化,根据业务需求设置在地市。已决策已决策DRA:全网集中为主,增加少部分大业务量省独立设置的方式为辅进行部署HSS:采用不换号用户策略时,基地集中需要按LTE业务发展地区,跨省搬迁用户数据、调整信令网规划、BOSS开通流程复杂。将按照以省为单位集中设置MME:全网集中部署方式涉及省部级局数据配置、调整工作量巨大,直接影响业务响应效率,将采用以省为单位集中设置SAE-GW:初期内容
21、源及互联网出口位置高,本地业务流量占比不高,将采用以省为单位集中设置;后期可随内容源下沉、VoLTE语音需求酌情考虑下沉到地市2、核心网融合组网:可行性分析18 LTE扩大试验网阶段,为避免对现网的影响,并充分验证LTE各方面的功能与性能,主要采取独立建网的方式。 在全网正式商用阶段,LTE与2/3G核心网是否可融合组网 ?网间切换信令在融合设备内实现网间切换信令在融合设备内实现提升网间切换质量,降低信令负荷2G/TD/LTE网络共享容量与资源,避免设备投资浪费,保护现有投资简化网络组织架构,降低维护成本设备数量减少设备数量减少统一控制面统一控制面统一数据面统一数据面2G/TD/LTE2G/T
22、D/LTE共共核心网核心网融合组网时处理能力在融合组网时处理能力在2G/TD/LTE2G/TD/LTE间动态共享,随用间动态共享,随用户逐渐向户逐渐向LTELTE迁移,实现资源平滑迁移,保护网络投资迁移,实现资源平滑迁移,保护网络投资2G/TD/LTE2G/TD/LTE用户信息共享资源用户信息共享资源实现核心网设备用户公共信息的资源共享实现核心网设备用户公共信息的资源共享利于引入统一的容灾和备份机制利于引入统一的容灾和备份机制有融合必有融合必要要p 新建MME具备扩展SGSN能力、SAE-GW、HSS设备已经具备现网GGSN、HLR设备能力p 对于现网HLR、SGSN、GGSN等设备,总体近8
23、0%具备升级支持LTE相关功能网元的能力2.12.1、HSSHSS与HLRHLR融合方式(1/21/2)升级或替升级或替换现网换现网HLRHSS/HLRTD-LTEMME/SGSNMMETD/2GMSCSGSN方案一:直接升级或替换方案 优点:HSS/HLR共享资源,一点开通,数据一致性及用户感受最佳 缺点:初期改造工程量较大TD/2GHSS/HLRTD-LTEMME/SGSN现网HLRSGSNMSCFNR全部2G/TD/LTE用户BOSSTD/2GHSS/HLRTD-LTEMME/SGSN现网HLRMSCSGSNAUTN1AUTN2BOSSLTE用户方案二:FNR方案方案三:HSS、HLR分
24、设方案 优点:初期网络改造工程量较小 缺点: 多点开通;现网HLR增加FNR功能;后期涉及HSS、HLR用户数据合并;不满足“两不一快” 优点:初期HLR不改造 缺点:多点开通;鉴权重同步问题;后期涉及HSS、HLR用户数据合并;不满足“两不一快” n 方案一:为融合方案,网络结构简单清晰、业务质量最佳、不涉及多点开通,是HSS/HLR融合的主要方案。n 方案二、方案三:难以满足“两不一快”的市场策略2.12.1、HSSHSS与HLRHLR融合方式(2/22/2)第第 20 页页厂家厂家硬件型号硬件型号软件版本软件版本是否支持是否支持HSS/HLR融合融合支持方式支持方式设备数量(个)设备数量
25、(个)硬件硬件软件软件爱立信CP33/CP40R12否否193CP50/CP60R12是,涉及用户数据割接是,涉及用户数据割接新增BE,将用户数据全部割接至新增的BE升级237HLR BC(注1)R14是改造无7诺西DX200 M11M14M14是改造升级337OPEN ATCA(注1)M16是无打开功能9华为OSTA1.0小型机V6R3否否72OSTA1.0+OSTA2.0V9R3是将前台OSTA1.0替换为2.0升级32OSTA2.0(注1)V9R6是无升级137阿郎A1430标准版R3/R4否否无升级84A1430增强版R3/R4是无升级3中兴V3V3.07是无需额外新型硬件升级261、
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