GSMUMTS PS & LTE原理.ppt

GSM/UMTS PSGSM/UMTS PS基本基本基本基本原理原理原理原理EPCEPC介绍介绍介绍介绍 汇汇 报报 提提 纲纲GSM/UMTS PS基本基本原理原理PS基基础PS基本知识信令流程接口协议PS组网相关技术分组域网元在移动网络中的位置分组域网元在移动网络中的位置RNCNode Bv移动性管理v网络接入控制v用户数据和会话管理v计费信息收集v路由选择和转发BSCBTSTDM/ATMPSTNIPIu-PSIu-PSGnGnGnGnGpGpGiGiCGBilling CenterGaGaHLRMSCGGSNGMSCv路由选择与转发v封装和隧道传输v用户数据和会话管理v动态分配IP地址v计费信息收集v用户认证、安全管理Inter-PLMNv计费信息收集v话单格式转换SGSNGbGbInternetSGSN主要功能路由选择转发„支持对PDP PDU的封装和去封装功能用户数据管理„存储、修改和删除当前用户数据并支持HLR插入或删除用户数据移动性管理„附着、分离、位置管理、清除、业务请求计费话单处理„ 话单采集、话单格式转换„ 话单存储„GPRS寻呼、Gs联合寻呼、RNC无线资源管理无线资源管理q 路由选择与转发、地址翻译和映射q 封装和隧道传输q 用户数据管理q 会话管理、互通功能q IP地址管理q 计费信息收集q 用户认证，支持透明/非透明的Internet接入功能GGSN主要功能主要功能CG的功能的功能计费中心BSGPRS BoreTCP/IP网络SGSN/GGSNSGSN/GGSNCGTCP/UDPGTP'协议FTAM/FTPFTAM/FTPCG OMM ServerCG OMM ClientCG OMM ClientSGSNGGSNBackbone Backbone NetworkNetworkS-SMT-CDRS-CDRM-CDRS-SMO-CDRG-CDRCG处理的的话单类型处理的的话单类型GSM/UMTS PS基本基本原理原理PS基基础PS基本知识信令流程接口协议PS组网相关技术接口协议•主要内容•IuPS：RANAP•Gn/Gp：•Gi：•Ga•Gs•Gb：与3G的区别PS域主要接口No.7No.7相关接口相关接口相关接口相关接口WCDMA PS域接口描述SGSNSCPRNCRNCBSC/PCUBSC/PCUMSCMSCHLRHLRSMCInternetInternetGiGiGiGi防火墙防火墙防火墙防火墙RouterRouterGnGnGbGbIupsIupsGaGaGaGaGcGcGrGrGsGsGeGeGdGdCGCGGdGd，，，，GeGe，，，，GsGs，，，，GrGr，，，，GcGcIPIP相关接口相关接口相关接口相关接口GnGn，，，，GiGi，，，，Ga,Gb,Iups.GbGa,Gb,Iups.Gb帧中继接口帧中继接口帧中继接口帧中继接口GbGbATMATM接口接口接口接口IupsIupsGGSN核心网分组域各接口信令SMCGGSNSGSNRNSNO.7HLRMSCGPRS backboneRANAPMAPMAPGTP-CBSSAP+Iu_PS协议结构协议结构SSCF-NNISSCOPAAL5IPSCTPSCCPSSCF-NNIMTP3BM3UARANAPIu UPTransportNetworkLayerControl PlaneUser PlaneUser PlaneControl PlaneRadioNetwork LayerATMAAL5IPGTP-UPhysical LayerATMUser PlaneUDPPhysical Layerq 控制面在无线网络层采用RANAP信令q 用户面采用AAL5适配Iu-PS功能功能 •Iu PS功能•RAB的建立、维护和释放管理•完成切换和SRNS的重定位 •支持小区广播业务 •和用户无关的一般的管理过程 •用户信令管理•用户和CN之间传送NAS信令消息 •支持位置业务 •用户接入PS域Iu-PS接口控制面接口控制面v 控制面在无线网络层采用控制面在无线网络层采用RANAP信令信令v 控制面信令控制面信令在传输网络层采用在传输网络层采用ATM的宽带的宽带SS7信令承载，信令承载，采用采用ATM的的SAAL-NNI（（SSCF-NNI、、SSCOP、、AAL5）适配成）适配成ATM信元；若信元；若Iu-PS 接口采用接口采用IP传输，也可以采用传输，也可以采用SIGTRAN协议承载控制面信令，即采用协议承载控制面信令，即采用IP信令信令L1UuL1GMM/SM/SMSRRCMACRLCIu-PSSAAL-NNIATMSCCPRANAPRANAPMACATMSCCPSAAL-NNIGMM/SM/SMSSGSNMTP3bMTP3bRRCGGSNL1L2IP/UDPGTP-CGnL1L2IP/UDPGTP-CUEUERNSRLCv用户面采用用户面采用AAL5适配，在适配，在Iu-PS接口上采用接口上采用GTP-U（（GPRS隧道传输协议），这隧道传输协议），这是是GPRS和和WCDMA PS域在域在Gb和和Iu-PS接口上的最大区别）接口上的最大区别）L1UEUEUuL1PDCPMACRLCIu-PSATMGTP-UGTP-UMACATMAAL5Eg：：IP, PPPSGSNRNSRLCPDCPIP/UDPAAL5IP/UDPGGSNL1L2IP/UDPGTP-UGnL1L2IP/UDPGTP-UEg：：IP, PPPIu-PS接口用户面接口用户面Gr接口接口——MAP实现实现PS域移动性管理域移动性管理RNCNode BIu-PSIu-PSSGSNSS7HLRSAALATMMTP3bSCCPIu-PSRANAPGMM/SM/SMSGrGrMTP2L1MTP3SCCPTCAPMAPMAPGrMTP2L1MTP3SCCPTCAPMAPMAPGrL1MACRLCRRCGMM/SM/SMSUuGr接口接口HLRHLRSGSNSGSN位置信息签约数据、鉴权信息•GGSN与HLR通信的目的•反向PDP激活时，获取MS所在的SGSN地址，以实现网络侧发起的PDP上下文激活功能 •GGSN与HLR的连接方式•方式一：Gc接口，GGSN与HLR直联•方式二：通过具有GTP－MAP转接功能的GSN节点与HLR相联Gc接口接口 Gc接口接口 GcGcTCAPTCAPMTP2MTP2L1L1SCCPSCCPMTP3MTP3MAPMAPTCAPTCAPMTP2MTP2L1L1SCCPSCCPMTP3MTP3MAPMAPGc——转接方式连接转接方式连接 SGSNSGSNGGSNGGSNTCAPTCAPMTP2MTP2L1L1SCCPSCCPMTP3MTP3MAPMAPTCAPTCAPMTP2MTP2L1L1SCCPSCCPMTP3MTP3MAPMAPGTP-CGTP-CL2L2L1L1TCP/UDPTCP/UDPIPIPGTP-CGTP-CL2L2L1L1TCP/UDPTCP/UDPIPIPHLRHLRGs接口－联合移动管理、寻呼（可选）接口－联合移动管理、寻呼（可选）MSC Server/VLRMSC Server/VLR3 3G-SGSNG-SGSNBSSAP+BSSAP+MTP2MTP2L1L1SCCPSCCPMTP3MTP3BSSAP+BSSAP+MTP2MTP2L1L1SCCPSCCPMTP3MTP3GsGn接口在网络中的地位•Gn/Gp接口定义•Gn：同一个PLMN中GSN节点间的接口•Gp：不同PLMN中GSN节点间的接口•Gn/Gp接口功能•PDP管理•通过Gp口，可以实现用户的漫游（Roaming）， 通过非用户归属PLMN的SGSN开展分组业务；用户跨越PLMN网边界，进行系统的切换和路由更新时，通过Gp口获取用户信息。

Gn/Gp接口接口Gn/Gp协议栈协议栈GGSNGGSNSGSNSGSNGnGn、、、、GpGpGTP-UGTP-UL2L2L1L1UDPUDPIPIPGTP-UGTP-UL2L2L1L1UDPUDPIPIPGTP-CGTP-CL2L2L1L1UDPUDPIPIPGTP-CGTP-CL2L2L1L1UDPUDPIPIP用户面用户面控制面控制面 Gn/Gp 接口接口 Gn/Gp接口接口GTP-C/GTP-UGTP-C/GTP-UL2L2L1L1UDPUDPIPIPGTP-U协议：用于对所有用户数据进行封装并进行隧道传输；GTP-C协议：负责传送路径管理、隧道管理、移动性管理和位置管理等相关信令消息，用于对传送用户数据的隧道进行控制UDP/IP：用于骨干网内的路由选择；L1/L2：底层传输网络相关的协议，底层传输网络可以是ATM、以太网、DDN、ISDN、帧中继等各种传输网络；Gn/Gp接口数据封装接口数据封装源和目的源和目的IP地址是地址是RNC、、SGSN和和GGSN的的IPIPMSDATAGTP头GTP头IPRNCIP层GTP-U层UDP/IP层Application层AAL5层Segment 1......Segment nSegment 1GTP头Segment n...Segment 1GTP头IPRNCSegment n...源源IP地址是地址是GGSN分配分配给给PDP上下文的上下文的IP目的目的IP地址是应用服务器的地址地址是应用服务器的地址Gn接口协议•Gn接口协议：GTP（GPRS Tunnel Protocol）•GTP-C：GTP控制面•Path           Management•Tunnel       Management•Location    Management•Mobility     Management•GTP-U：GTP用户面•Path  Management•收发SGSN和GGSN间的上下行数据•收发SGSN和SGSN间的切换数据GTP－－GPRS Tunneling Protocol GPRS隧道传输协议隧道传输协议•作用：在要传送的网络层数据包（如IP包、X.25包）之外进行GTP封装，以加入当前移动用户的有关信息（如IMSI、TEID等），并在GTP包之外用UDP/IP封装上源GSN和目的GSN的IP地址，从而以隧道的方式将数据包从源GSN送到目的GSN。

Ga接口接口CGCGGSNGSNGTP‘GTP‘L2L2L1L1UDPUDPIPIPGTP’GTP’L2L2L1L1UDPUDPIPIPGa•GTP’协议－GSN节点与CG间计费数据的传送•路径管理：提供了三条信令用于检测GSN与CG之间的路径是否可用；提供了一对重定向信令用于建立冗余的计费通道 •话单传送：提供一对信令用于正常的话单传输（请求和响应）；提供了两条信令用于重复话单的释放 Ga接口接口Gb接口接口SNDCPSNDCPNETWORKNETWORKSERVICESERVICEL1bisL1bisBSSGPBSSGPLLCLLCNETWORKNETWORKSERVICESERVICEL1bisL1bisBSSGPBSSGPBSSBSS3 3G-SGSNG-SGSNGb2.5G分组域协议结构分组域协议结构GSM RFMACRLCLLCSNDCPL1NetworkServiceBSSGPLLCSNDCPMSBSSSGSNGbUmIPL2IPUDP/TCPIPUDP/TCPGTPL1bi sNetworkServiceBSSGPGSM RFMACRLCRelayIPIPGnGiRelayIPRelayAppli-cationAppli-cationGGSNISPL1L2L2L1L2GTP3G分组域控制面结构分组域控制面结构L1L1GMM/SMGMM/SM/SMS/SMSRRCRRCMSMSUTRANUTRAN3 3G-SGSNG-SGSN3 3G-GGSNG-GGSNL2L2L1L1TCP/UDPTCP/UDPIPIPMACMACRLCRLCRANAPRANAPGTP-CGTP-CAAL5AAL5ATMATMSignallingSignallingBearerBearerSCCPSCCPL2L2L1L1TCP/UDPTCP/UDPIPIPGTP-CGTP-CRRCRRCRANAPRANAPL1L1MACMACRLCRLCAAL5AAL5ATMATMSCCPSCCPSignallingSignallingBearerBearerGMM/SMGMM/SM/SMS/SMSGTP传输传输3G分组域用户面结构分组域用户面结构UuUuMSMSUTRANUTRAN3 3G-SGSNG-SGSN3 3G-GGSNG-GGSNEg:Ip,PPPEg:Ip,PPPEg:IP,PPPEg:IP,PPPL2L2L1L1GTP—GTP—ＵＵＵＵIP/UDPIP/UDPAAL5AAL5ATMATMIP/UDPIP/UDPGTP-UGTP-UL2L2L1L1GTP—GTP—ＵＵＵＵIP/UDPIP/UDPAAL5AAL5ATMATMIP/UDPIP/UDPGTP-UGTP-UMACMACL1L1RLCRLCPDCPPDCPMACMACL1L1RLCRLCPDCPPDCPIu-PSIu-PSGnGnGTP传传输输•3G与2.5G分组域协议结构对比–Iu PS接口控制面与用户面分离，而Gb接口的控制面与用户面协议栈相同–3G分组域中GTP传输在用户面存在于RNC －SGSN－GGSN，控制面存在于SGSN－GGSN；而GPRS协议结构中GTP传输仅存在于SGSN－GGSN中3G PS域和域和GPRS协议栈结构对比协议栈结构对比Gb,Iu-PS接口IP化Gb口协议栈示意Iu-PS口Over IP协议栈示意 GSM/UMTS PS基本基本原理原理PS基基础PS基本知识信令流程接口协议PS组网相关技术PS域相关标识•分组分组TMSI （（Packet-Temporary mobile subscriber identification number，，P-TMSI)•一个分组临时移动用户识别将分配给每个GPRS附着的MS。

P-TMSI为一个4字节的BCD编码在3G TS 23.003中定义•在MSC和SGSN都覆盖的区域中，SGSN分配的P-TMSI最高两比特为11，MSC分配的TMSI最高两比特为00、01和10PS域相关标识•GSN号码（号码（ GSN number ））•每个SGSN应有一个SGSN号码用于与HLR和EIR通信•每个可选地支持基于SS7信令的Gc接口的GGSN应有一个GGSN号码用于与HLR通信•GSN地址（地址（ GSN Address ））•每个SGSN和GGSN应有一个IP V4类的IP地址，或可选地有一个IP V6类的IP地址，用于在骨干网上内部通信•全部PLMN的GSN和其他骨干节点的IP地址建立了一个从公众Internet不能访问的私有地址空间PS域相关标识•路由区路由区 (Routing Area Identity ,RAI)•一个路由区是一个且只有一个位置区的子集，意味着一个RA不能扩展到多个LA•一个RA只由一个SGSN提供服务 PS域相关标识•网络层业务接入点标识符（网络层业务接入点标识符（ Network Service Access Point Identifier ,NSAPI)•网络层业务接入点标识符（NSAPI）和IMSI用于网络层路由。

一个NSAPI/IMSI对用来指配一个隧道端点标识符（TEID） •在MS，NSAPI标识PDP-SAP；在SGSN和GGSN，NSAPI标识与一个MM上下文相关联的PDP上下文PS域相关标识•无线接入承载无线接入承载(Radio Access Bearing ID ,RAB ID)•CN通过Iu-PS与RNC的通信，RAB ID用来标识无线接入承载，并且信息单元应设置为与NSAPI的值相一致•在NSAPI、无线接入承载和PDP上下文之间存在一对一关系•当MS发起PDP上下文激活时，MS选取一个未用的NSAPI当SGSN发起一个RAB指配过程时，SGSN将在RAB ID信息单元中包括NSAPIPS域相关标识•隧道端点标识符隧道端点标识符 (Tunnel Endpoint ID,TEID) •隧道端点标识符由GPRS隧道协议用来在GSN之间、RNC和SGSN之间，在接收GTP-C或GTP-U协议的实体中标识一个隧道端点，和标识一个PDP上下文.•GTP隧道的接收端本地分配TEID的值，发送端必须应用该值隧道两端用GTP-C（或在Iｕ口的RANAP）消息交换TEID的值•TEID基于NSAPI和IMSI（或在Iｕ口的RAB ID和IMSI）分配。

在一个逻辑节点如RNC，SGSN，或GGSN的一个IP地址内TEID是一个唯一的标识PS域相关标识•APN(接入点名，接入点名，Access Point Name)•1.在骨干网，接入点名是对使用的GGSN的一个参考并且，接入点名在GGSN可以标识外部网络和可选地一个提供的业务• •2. APN网络标识符是必备的，是一个标签（例如“corporation”或“service”）或一组由点分割的标签：一个依据DNS命名规则的正式域名（例如“”或“”） •3. APN营运者标识符是可选的它是一个依据DNS命名规则的正式域名，由三个标签组成APN营运者标识符应以“.gprs”结尾 APN correspond to a GGSN domain .mnc.mcc.gprsAPN网络标识符APN营运者标识符RNCNode BSGSNHLRGGSN123•MS发起的分组数据业务过程3. 分组数据传送 1.GPRS附着•附着请求•鉴权加密•位置更新•P-TMSI 重分配2.PDP 上下文激活PS域业务介绍域业务介绍•网络发起的分组数据业务7. Transmission of packet data 1.GGSN收到 PDP PDU2.GGSN从HLR获得MS路由信息6.PDP 上下文激活UTRANSGSNHLRGGSNPDNMS3.GGSN通知SGSN收到外部网络 PDP PDU4.在RA对MS寻呼5.SGSN向MS请求激活PDPPS域业务介绍域业务介绍•GMM基本概念–GMM指GPRS移动性管理，它与CS域移动性管理相对应，3GPP制定了一系列协议规程对用户在PS网络中的位置进行管理。

–分组域的移动性管理的功能，主要是依靠MS、SGSN和HLR结合相应用户的MM上下文来配合实现的 MS和SGSN存储了用户的MM上下文GMM及相关信令流程及相关信令流程•MM上下文–MM状态及相关信息就组成了MM上下文；一个用户（或IMSI)对应唯一的一个MM上下文，MM上下文存在于MS、SGSN中 GMM及相关信令流程及相关信令流程•GMM状态转移图PMM-DETACHEDPS AttachPS SignalingConnection ReleasePS SignalingConnection EstablishPS DetachPMM-CONNECTEDPMM-IDLEDetach,PS Attach Reject,RAU RejectMS MM StatesMS MM StatesSM-ACTIVE orINACTIVESM-ACTIVE orINACTIVEPMM-DETACHEDPS DetachPMM-CONNECTEDServing RNCrelocation3G-SGSN MM States3G-SGSN MM StatesSM-ACTIVE orINACTIVESM-ACTIVE orINACTIVEDetach,PS Attach Reject,RAU RejectPS AttachPS SignalingConnection EstablishPS SignalingConnection ReleasePMM-IDLEGMM及相关信令流程及相关信令流程•分组移动性管理分离（PMM-DETACHED）状态：–MS和SGSN上下文中没有有效的MS位置或路由信息，MS不可及 •分组移动性管理空闲（PMM-IDLE）状态：– MS和SGSN中的MM上下文已建立，可在RA的层次上对MS进行管理，对MS进行寻呼等•分组移动性管理连接（PMM-CONNECTED）状态：–MS的位置可由SRNC跟踪，可在小区的层次上对MS进行移动性管理GMM及相关信令流程及相关信令流程•分组基本信令流程•GPRS移动性管理GMM•Attach/Detach•路由更新•业务请求•RNC重定位•会话管理SM•PDP建立、删除、修改PS域业务介绍域业务介绍GMM及相关信令流程及相关信令流程•附着的信令流程n分离（MS发起）信令流程GMM及相关信令流程及相关信令流程GMM：网络发起的DetachGMM：：HLR发起的发起的Detach•路由更新在分组系统中，移动用户的位置是按路由区RA来进行位置管理的。

路由区是位置区的子集，即一个位置区可以作为一个路由区，也可进一步划分为几个路由区每个路由区都只有一个SGSN对其提供服务 当用户的路由区RA变化了，会发起路由更新流程GMM及相关信令流程及相关信令流程•路由更新（按路由更新发生的范围）•局内（Intra SGSN）•局间（Inter SGSN）•路由更新（按系统运行模式是否存在Gs接口）•路由更新•联合路由/位置更新RNCNode BSGSN2RNCNode BSGSN1SS7HLRGGSNGPRS骨干网骨干网1路由更新请求路由更新请求索取索取MS上下文上下文2PDP上下上下文更新文更新34通知通知SGSN插插入用户数据入用户数据• 路由更新示意GMM及相关信令流程及相关信令流程GMM：局间路由更新流程（GSM）GMM：MS发起的业务请求流程nPMM-IDLE状态的MS利用业务请求程序向SGSN请求建立一条安全的连接，用于发送上行链路信令消息或用户数据nMS在PMM-CONNECTED状态时也可为已激活的PDP上下文请求资源预留n当SGSN要通知MS完成某个操作如网络分离，发现用户处于PMM-IDLE状态，nSGSN将向UTRAN发出寻呼请求，该寻呼请求将触发MS中的业务请求程序。

业务流程如图GMM：重定位示意图服务RNC重定位过程在PMM-CONNECTED状态执行用于将MS与原RNC（即源RNC）的信号连接转移到与另一个新的RNC（目的RNC）上来该过程分为两个步骤1．资源预留：数据业务流的路径不改变2．服务RNC的切换阶段：UTRAN的连接点移到目标RNC，下行业务流从原服务RNC转发到目标RNC •SRNC重定位（按是否存在RNC间的Iur接口）•SRNC重定位（软切）•硬切换SRNC重定位（硬切）•SRNC重定位GMM及相关信令流程及相关信令流程Before…After…GMM：重定位流程•SM基本概念会话管理SM:管理用户PDP（分组数据传输）上下文•接收从MS发来的PDP会话请求，建立、修改、删除SGSN中对应的PDP上下文；同时根据MS的不同请求向GGSN发起各类PDP会话上下文，完成对应MS的分组数据传输的激活去活和传输参数修改 •接收执行GGSN侧发起的PDP反向激活请求 ，完成向MS的分组数据传输SM及相关信令流程及相关信令流程•PDP上下文–PDP状态及相关的描述信息–包括•PDP context Identifier•PDP Type、PDP State、PDP Address•APN•TEID for Gn•TEID for Iu•Qos•Send/Receive PDU Number等SM及相关信令流程及相关信令流程•PDP状态转移图Deactivate PDP ContextorMM state change to IDLEor PMM-DETACHEDActivate PDP ContextINACTIVEINACTIVEACTIVEACTIVESM及相关信令流程及相关信令流程分组数据业务流程                       －－PDP上下文激活1PDP上下文激活请求（NSAPI，type , APN等） 2DNS_query (APN)和DNS Response（IP Of GGSN）3Create_PDP_Req（Type of PDP,APN）和Res（IP of MS)SGSNSGSNDNSDNSGGSNGGSNRNSRNSBackboneSM：激活流程ü解析解析GGSNGGSNn(1) SGSN从DNS得到GGSN IP地址lAPNAPN映射映射GGSN IPGGSN IP地址地址n(2) SGSN 发送“建立PDP上下文请求”到GGSNlPDPPDP类型（如类型（如IPIP））lPDPPDP地址（动态或静态）地址（动态或静态）lAPNAPNlQoSQoS和其他参数和其他参数分组数据业务流程（分组数据业务流程（1））üSGSNSGSN检验检验n发送“PDP激活请求”到SGSNl接入点名接入点名APNAPNlPDP PDP 类型类型 ( (如如IP)IP)lPDPPDP地址请求地址请求lQoS QoS 和其他选项和其他选项nSGSN 检验用户数据l接入点名接入点名APNAPNl动态动态/ /静态静态IPIP地址地址ü选择接入点选择接入点nAPN标识用户希望使用的外部数据网lGGSNGGSN的物理或逻辑接口的物理或逻辑接口n动态地址的分配：可由GGSN或外部RADIUS或DHCP服务区分配分组数据业务流程（分组数据业务流程（2））ü上下文激活上下文激活n用户鉴权通过 n动态地址分配：由GGSN内部地址池或外部DHCP服务器分配。

nGGSN返回“创建PDP上下文响应”到SGSNnSGSN向返回“激活PDP上下文”nSGSN可建立与SGSN间的路由SM：MS向外部数据网发送数据SM：外部数据网向MS发送数据PS域组网相关技术域组网相关技术•DNS—域名管理系统DNS（Domain Name System） 是域名解析服务器的意思.它在互联网的作用是：把域名转换成为网络可以识别的ip地址DNS服务器202.108.42.72 •NAT- Network Address Translator（网络地址转换）• 用于将一个地址域（通常是专用Intranet）地址映射为另一个地址域（通常是Internet）地址的方法• NAT使一个专用企业网中的主机能透明地连接到公网中的主机，无需私网内部主机拥有注册的Internet地址对于动态NAT和NAPT方式，可以节省公网IP地址PS域组网相关技术域组网相关技术Public NetworkPrivate NetworkLocal AreaNetworkInternetOutgoingOutgoingIncomingIncoming•Radius－Remote Authentication Dial In User Service远程身份验证拨入用户服务• 提供对用户的认证，授权和计费功能 PS域组网相关技术域组网相关技术•Radius消息类型 Radius ClientRadius ServerAccess RequestAccess Accept/Reject/ChallengeAccounting RequestAccounting ResponsePS域组网相关技术域组网相关技术•VPN-Virtual Private Network(虚拟专用网络)–在公共网络（Internet、frame relay或ATM ）载体上模拟私有网络，实现数据的安全传输–透明包传输（IP隧道技术）–数据安全–服务质量PS域组网相关技术介绍域组网相关技术介绍•VPN协议分类–VPN的具体实现是采用隧道技术，在公网中建立企业之间的链接，将用户的数据封装在隧道中进行传输。

•一个隧道协议通常包括以下几个方面： 乘客协议——被封装的协议，如PPP、SLIP； 封装协议——隧道的建立、维持和断开，如L2TP、IPSec等； 承载协议——承载经过封装后的数据包的协议，如IP和ATM等 •常见隧道协议分类：• 二层隧道协议：VLAN，L2TP，PPP•    三层隧道协议：GRE, IPSec,MPLSPS域组网相关技术域组网相关技术 GPRS/UMTS核心网PS域的PPP/L2TP应用和组网1.GPRS/UMTS核心网核心网PS域的域的PPP/L2TP应用和组网应用和组网 GPRS/UMTS核心网PS域的PPP/L2TP应用和组网 L2TP流程（3GPP TS 29.061） GSM/UMTS PSGSM/UMTS PS基本基本基本基本原理原理原理原理EPCEPC介绍介绍介绍介绍 汇汇 报报 提提 纲纲移动分组业务正有节奏地向宽带多媒体迈进移动分组业务正有节奏地向宽带多媒体迈进用￿户￿需￿求uWAP/短信/彩信u音乐下载/游戏下载/移动多媒体/电视u极速移动多媒体体验终￿端￿能￿力u多媒体能力u丰富的网络应用软件u3G/HSPA/WIFI等多种无线宽带接入能力接￿入￿技￿术u无线接入技术的带宽的量级从10k→100k→1M→10M→100M不断提升u系统容量和分组业务频谱利用率的不断提升使得 每bit分组业务承载成本逐步降低u多种无线接入技术长期共存1999-2002 2003-2005 2006-2007 2008-2009 2009-2010 >201016K~144K16K~144K(bps)(bps)GSM/GPRSUL: 384KUL: 384KDL:384KDL:384K(bps)(bps)EDGE/R4UL:384KUL:384KDL:2.8MDL:2.8M(bps)(bps)HSDPAUL:2.2MUL:2.2MDL:.19.8MDL:.19.8M(bps)(bps)HSPAUL:10MUL:10MDL:40MDL:40M(bps)(bps)HSPA+UL:50MUL:50MDL: 100MDL: 100M(bps)(bps)LTE向向LTE核心网核心网(EPC)的演进的演进——主流运营商的选择主流运营商的选择EuropeJapanKoreaChinaWCDMA to HSPA to LTENorthAmericaCDMA to LTEWCDMA to HSPA to HSPA+ to LTECDMA to UMTS (HSPA) to LTEHSPA to LTETD-SCDMA to LTE TDDCDMA to LTEu3GPP在SAE的开发过程中明确了三大工作目标：一是提升用户的感知体验，降低时延，增加用户数据速率；u二是实现一个基于IP的网络实施，提高系统容量和覆盖率，减少运营成本；u三是集成其他非3GPP的接入技术，实现更灵活的移动性，从而在未来10年或者更长一段时间确保3GPP系统的竞争力。

￿几个常见的英文缩写解释EUTRANlEvolved Universal Terrestrial Radio Access Network, 仅指无线侧EPClEvolved Packet Core, 仅指核心网EPSLTElLong Term Evolution=EUTRAN仅指无线侧SAElSystem Architecture Evolution=EPC, 仅指核心网EPC的基本结构和网元SGSNHSSMMESGWPGWBSCRNCBTSNodeBeNodeBOperator's ServicesPCRFControl plane trafficUser plane trafficEPCS6dS6aS3S4S10S11S1-MMES1-US5 (GTP)RxGxSGiSAE-GW:SGW+PGWn基本网元：HSS，MME，SAE-GW实现LTE的直接接入以及与Non￿3GPP网络的互通能力n和传统互通：S4￿SGSN保留UTRAN&GERAN的接入能力n非3GPP接入：￿ePDG、AAA、PCRF增强QoS、安全和Non￿3GPP网络的接入能力扁平网络扁平网络 & 多种接入能力多种接入能力 & 控制承载分离控制承载分离 & ALL IPNon 3GPPAccess NetworkePDGS2bS2a/c支持3GPP接入，EPC新增网元的主要功能点MMEServing￿GWPDN GWØNAS信令处理ØNAS信令的安全保护Ø3GPP内不同节点之间的移动性管理Ø空闲移动终端的跟踪和可达ØTA List管理ØPDN GW和Serving GW选择ØMME和SGSN的选择Ø合法监听Ø漫游控制Ø安全认证Ø承载管理ØeNodeB之间的切换的本地锚点ØE-UTRAN空闲模式下数据缓存以及触发网络侧Service Request流程Ø合法监听Ø数据包路由和转发Ø上下行传输层数据包标记Ø基于用户和QCI力度的统计（用于运营商间计费）Ø基于用户、PDN和QCI力度的上行和下行的计费Ø基于用户的包过滤Ø合法监听ØIP地址分配Ø上下行传输层数据包标记ØPCCØnon-GBR的基于AMBR的下行速率控制ØGBR的基于MBR的下行速率控制ØDHCPv4和DHCPv6（client、server）Ø上行和下行的承载绑定Ø上行承载绑定校验类似SGSN的控制面功能类似SGSN的用户面功能类似GGSN的功能UE——EPC控制面协议栈和3G网络对比EUTRAN&UTRAN对比uS1-MME明确基于IPuS1-MME更简单UE——EPC用户面协议栈和3G网络对比EUTRAN&UTRAN对比uS1-U和Iu-PS用户面基本相同EPC控制流和用户流与3G网络对比MMEMMEENodeBENodeBNodeBNodeBNodeBNodeBRNCRNCSGSNSGSNGGSNGGSNSGW/PGSGW/PGWW3G Domain3G DomainIPIPEPS DomainEPS DomainServiceIPIPService控制流控制流用户流用户流非非DT方式的用方式的用户流户流DT方式的用户方式的用户流流控制流控制流EPC&3G对比n3G在DT方式下，其用户流与EPC的用户流路径相同nEPC的控制流和3G的控制流基本相同用户流用户流用户流用户流控制流控制流控制流控制流EPC与2/3G核心网比较总结核心网类别核心网类别网络差异性网络差异性评价评价EPC核心网核心网n控制面与用户面完全分离，网络趋向扁平化；n核心网中不再有CS域，EPC成为移动电信业务的基本承载网络；n最大支持下行速率>100Mbpsn支持3GPP与non 3GPP多种方式的接入★★★★3G核心网核心网n核心网分为CS和PS两部分，语音业务主要通过CS网络提供，数据业务主要由PS网络提供n采用HSDPA后，最大下行速率可达到>10Mbpsn引入DT模式后，控制面与用户面部分分离，部分应用场景下网络趋向扁平化；★★★2G核心网核心网n核心网分为CS和PS两部分，语音业务主要通过CS网络提供，数据业务主要由PS网络提供n控制面与用户面合一；nEDGE最大速率为460kbps；★★移动性管理ØEPS Mobility Management (EMM) 关注点：关注点：用户移动性状态。

状态：状态：EMM-DEREGISTERED在该状态下，MME没有UE的位置和路由信息对MME来说，UE是不可达的，因为MME不知道UE的位置信息此时，一些UE上下文仍然可以储存在UE和MME中，例如，可以避免在每次附着流程都运行AKA流程 EMM-REGISTEREDUE在成功运行登记过程（Attach过程或者跟踪区更新过程）之后，将进入EMM-REGISTERED状态在此状态下，UE能够使用那些需要在EPS登记的业务MME能够知道UE的位置信息，该位置信息至少能够达到分配给UE的TA列表的精度可执行TA更新、周期性TA更新、寻呼、业务请求 流程：流程：附着、TA更新、分离等 移动性管理状态变化EMM state model in UEEMM state model in MMEq 移动性管理状态模型移动性管理状态模型 附着流程UE发起去附着流程HSS发起去附着he HSS uses this procedure for operator-determined purposes to request the removal of a subscriber's MM and EPS bearer at the MME. MME发起去附着The MME initiated detach procedure is either explicit or implicit. The MME may implicitly detach a UE, if it has not had communication with UE for a long period of time. The MME does not send the Detach Request (Detach Type) message to the UE in case of implicit detach. The MME may explicitly detach the UE by sending a Detach Request message to the UE. The Detach Type may be set to re-attach in which case the UE should re-attach at the end of the detach process. 移动性管理相关流程附着附着在E-UTRAN 启动 需要建立承载在UTRAN/GERAN 启动2/3G attach+2/3G pdp激活TA更新更新TA更新（LTE内MME、SGW不改变）UE进入没有注册的TATA更新（LTE内MME和/或SGW改变）RA更新（E-UTRAN 到UTRAN Iu Mode） UE从EUTRAN进入UTRAN没有注册的RATA更新（UTRAN Iu mode 到 E-UTRAN ） UE从UTRAN进入EUTRAN没有注册的TARA更新（E-UTRAN到 GERAN）UE在EUTRAN和GERAN间移动TA更新（GERAN A/Gb mode到 E-UTRAN） 分离分离UE发起UE关机MME发起HSS请求等原因HSS发起签约数据改变，用户欠费HSS用用户数据户数据管理管理PurgeMME和HSS之间交互，和2/3G功能一致插入用户数据寻呼寻呼用于和idle状态UE通信业务请业务请求求UE 触发进入connect状态，建立信令连接Network 触发通过paging消息触发UE请求S1释放释放UE触发MME触发承载管理——承载分类u 默认承载－－－类似一次激活默认承载－－－类似一次激活n 一个永久有效的承载，该承载在用户attach时建立。

n APN使用的是HSS中签约的默认APN，PCC规则使用PCRF下发的或P-GW上配置的默认规 则，地址由P-GW分配n 一定是非GBR（Guaranteed Bearer Rate）承载n 一般是低带宽、低时延、可用于访问DHCP服务器、IMS注册等u 专用承载－－－类似二次激活专用承载－－－类似二次激活n 在默认承载建立后根据用户或应用层需要而建立，可以由网络侧或MS发起n 在默认承载基础上建立的到同一PDN的不同QoS的承载n 可以是GBR或非GBR承载u 多多PDN问题－－－类似激活第二个问题－－－类似激活第二个PDP 当UE需要接入一个新PDN的时候，UE将新的APN带给MME，MME可能重新选择一个新的PDN GWEPS系统支持一个PDN GW接入多个PDN，也支持多个PDN GW分别接入多个PDN EPS bearer with GTP-based S5/S8 EPS Bearer with PMIP-based S5/S8 eNB PDN GW UE  Service Data Flows UL Packet Filter UL -PF ?RB -ID   Service Data Flows DL Packet Filter DL -PF ?S1 -TE -ID RB -ID ?S1 -TE -ID Ra dio Bearer S1 Bearer Application / Service Layer IP Transport Leg Serving GW  DL Packet Filter DL -PF ?TNL QoS S1 -TE -ID ?TNL QoS 承载管理相关流程承载激活承载激活默认承载激活UE附着时，或者请求PDN接入专用承载激活新发起SDF的QoS要求不能被当前建议的bearer满足UE请求承载资源分配UE发起请求为新的SDF申请承载资源，将触发网络侧的bearer修改或者新建承载修改承载修改PGW发起的承载修改（ 承载 QoS 更新） 根据本地策略MME发起的承载修改（ 承载 QoS 更新）签约参数改变等专用承载修改（ 非承载 QoS 更新）修改TFT承载去活承载去活PGW发起承载去活一般其他网元请求或者UE请求MME发起专有承载去活签约参数改变等UE请求承载资源释放UE结束SDFUE请求专有承载建立PGW决定是否使用原有的承载来传递该业务流，还是使用新的承载来传递该业务流。

如果使用旧的承载，则4步之后发起承载更新流程，如果需要建立新承载，则4步之后发起承载建立流程 PGW发起的承载修改（ 承载 QoS 更新） Bearer Modification Procedure with Bearer QoS Update, UE in active mode (B) (1. PCC Decision Provision) 3. Update Bearer Request MME     Serving  GW  PDN  GW  PCRF 4. Bearer Modify Request   5. Radio Bearer Modify Request 2. Update  Bearer request  6. Radio Bearer Modify Response 7. Bearer Modify Response   8. Update Bearer Response 9. Update  Bearer response   (10. Provision Ack) UE eNodeB    (A) 承载QoS控制u 承载QoS控制u QoS控制粒度都是基于承载（Bearer）u 一个承载一般包括一个或者多个业务数据流（SDF）。

u 对于QoS的动态控制，使用PCC机制，取消QoS协商机制u 将授权QoS参数分成了多个级别，用QCI（QoS class identifier）来标识即一 个QCI就代表 一套QoS参数u 一个承载建立之后，QCI是不能改变的，如果QCI改变则必须重新发起新承载的建立过程 u 承载层QoS参数u QCI (QoS Class Identifier ) 各个节点已经预配置包括eNodeB基于GTP-u时，GTPU包的包头中带有QCI，区分QoS类别在无线的PDU包头中也带有QCI u ARP (Allocation and Retention Priority ) 建立或修改时的优先级，或出现异常时承载是否丢弃建立后包的投递与此无关 u GBR (Guaranteed Bit Rate) UL+DLu MBR (Maximum Bit Rate) UL+DLu AMBR (Aggregate Maximum Bit Rate)会话级参数，与地址相关。

对所有的Non-GBR承载有效，与GBR承载无关上行在eNodeB控制，下行在PGW控制到所有PDN的AMBR在HSS中签约，在attach时全部通知MME；在默认承载建立时通知eNodeB和PGW QCI特性QCIResourceTypePriorityPacketDelayBudget(NOTE 1)PacketLossRate(NOTE 2)Example Services1GBR2100 ms10-2Conversational Voice24150 ms10-3Conversational Video (Live Streaming)35300 ms10-6Non-Conversational Video (Buffered Streaming)4350 ms10-3Real Time Gaming5Non-GBR1100 ms10-6IMS Signaling67100 ms10-3Voice,Video (Live Streaming) Interactive Gaming76Video (Buffered Streaming)88300 ms10-6TCP-based(e.g., www, e-mail, chat, ftp,p2p file sharing, progressive video, etc.)99切换流程EUTRAN内内切换切换 Inter eNodeB handover without MME relocation UE 处于connected状态Inter eNodeB handover with MME relocation 3GPP系统间系统间切换（切换（2/3G与与LTE））E-UTRAN to UTRAN Iu mode Inter RAT handover UE 处于connected状态UTRAN Iu mode to E-UTRAN Inter RAT handover E-UTRAN to GERAN A/Gb mode Inter RAT handover UE 处于connected状态，需要BSS支持PFM（Packet Flow Management）GERAN A/Gb mode to E-UTRAN Inter RAT handover2/3G网络为网络为Pre R8网络网络MME to 3G SGSN handover and SRNS relocation MME和pre-R8 SGSN功能类似，PGW类似Pre-R8 GGSN3G SGSN to MME combined hard handover and SRNS relocation MME to SGSN Routeing Area Update Pre Rel-8 SGSN to MME Tracking Area Update Non-3GPP与与3GPP间切间切换换基于S2a，S2b，S2c实现non-3GPP与3GPP系统之间的切换S2a用于trusted non-3GPP，S2b用于untrusted non-3GPP，基于PMIP/MIPv4，是non-3GPP GW与SAE-GW之间接口；S2c是UE与PGW之间接口，基于DSMIPv6Non-3GPP与与3GPP间切间切换切换优化换切换优化（（CDMA与与EUTRAN））新增S101，S103接口，实现CDMA与EUTRAN之间的切换优化 S101用于信令透传，提前注册，建立承载；S103用于下行报文传递，见效切换过程中的丢失切换的相关流程切换的相关流程Intra-EUTRAN handover Inter eNodeB handover without MME relocation Inter eNodeB handover with MME relocation Inter RAT handover E-UTRAN to UTRAN Iu mode Inter RAT handover UTRAN Iu mode to E-UTRAN Inter RAT handover E-UTRAN to GERAN A/Gb mode Inter RAT handover GERAN A/Gb mode to E-UTRAN Inter RAT handover Inter system handover 3GPP  to non-3GPP Inter RAT handover MME/S-GW切换的切换的E-UTRAN内部切换流程内部切换流程TAU procedureUESource eNodeBSource MMESource Serving GWPDN GWTarget MMETarget Serving GWTarget eNodeBDetach from old cell and synchronize to new cellHSS16a. Update Bearer Request17. Update Bearer Response15. Update Bearer RequestDownlink data2. Relocation RequiredDownlink data1. Decision to trigger a relocation via S13. Forward Relocation Request4a. Create Bearer Request4b. Create Bearer Response5a. Relocation Request5b. Relocation Request Acknowledge7. Forward Relocation Response9. Relocation Command10. Handover Command11(a,b). Direct or indirect forwarding of data12. Handover ConfirmDownlink dataUplink data13. Relocation Complete14a. Forward Relocation Complete14b. Forward Relocation Complete Acknowledge18a. Release Resources19. TAU Request20. Authentication21a. Update Location21b. Cancel Location21c. Cancel Location Ack21d. Update Location Ack21e. Delete Bearer Request21f. Delete Bearer Response23. TAU Complete22. TAU Accept16b. Update Bearer ResponseDownlink data6a. Update Bearer Request6b. Update Bearer Response8a. Update Bearer Request8b. Update Bearer Response18b. Delete Bearer Requests18c. Delete Bearer Response(A)(B)(B)MME/S-GW切换的切换的E-UTRAN内部切换流程说明内部切换流程说明u 步骤步骤1～～9为切换准备阶段为切换准备阶段在此阶段，源eNodeB决定发起切换，通知源MME；源MME通知目标eNodeB所属的目标MME；目标MME选择目标S-GW并请求创建承载资源，同时通知目标eNodeB作切换准备；准备就绪后，通知源eNodeBu 步骤步骤10～～17为切换执行阶段为切换执行阶段源eNodeB通知UE进行切换，其后将收到的下行数据报文转发给目标eNodeB；UE接入目标eNodeB，可接受目标eNodeB转发的下行数据报文，并可向目标eNodeB发送上行数据报文（此报文可经目标S-GW至P-GW）；目标eNodeB通知目标MME已接入UE，目标MME通知目标S-GW发起向P-GW的承载更新，此后P-GW将用户的下行数据报文发送给目标S-GW；其中，在eNobeB之间的下行数据报文转发可分为直接转发（direct forwarding）和间接转发（indirect forwarding）。

直接转发是指，如果源和目的eNodeB之间有X2接口存在，则分组包直接在源eNodeB和目的eNodeB之间传送；如果没有X2接口存在，则通过源和目的S-GW转发采取哪种形式，由源eNobeB通知源MMEu 步骤步骤18～～23为切换后期为切换后期源MME发起释放源eNodeB与源S-GW的承载资源；UE发起TA更新流程（TAU），HSS记录目标MME标识，并通知源MME删除用户数据。