基本概念

演進(jìn)歷史

演進(jìn)分組系統(tǒng)EPS是3GPP標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)制定的3G UMTS最新演進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括無線接口長期演進(jìn)(Long Term Evolution，LTE)和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)演進(jìn)(System Architecture Evolution，SAE)。

3GPP在2004年底經(jīng)過認(rèn)真討論后決定的在3G頻段采用之前為B3G或4G發(fā)展的技術(shù)，以便于占有寬帶無線接入市場，并制訂了長期演進(jìn)計(jì)劃（LTE）。除了對無線接入網(wǎng)演進(jìn)的研究，3GPP還要研究系統(tǒng)架構(gòu)方面的演進(jìn)，并將其定義為SAE（系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)）。因此整個(gè)計(jì)劃按照結(jié)構(gòu)劃分為兩個(gè)部分：無線側(cè)（即LTE）和網(wǎng)絡(luò)側(cè)（SAE）。3GPP LTE在接入網(wǎng)體系結(jié)構(gòu)方面，考慮到最終將要實(shí)現(xiàn)所有業(yè)務(wù)通過分組域傳輸，如何保證各種分組業(yè)務(wù)、特別是實(shí)時(shí)性要求較高的分組業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，原有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)已無法滿足要求，所以需要進(jìn)行調(diào)整與演進(jìn)。

無線側(cè)的工作目標(biāo)主要包括以下幾個(gè)方面：頻譜利用率、用戶吞吐量、時(shí)延上的性能提高；無線網(wǎng)絡(luò)簡化；對基于分組的業(yè)務(wù)MBMS及IMS等的有效支持。

網(wǎng)絡(luò)側(cè)的工作目標(biāo)主要包括以下幾個(gè)方面：時(shí)延、容量、吞吐量的性能提高；核心網(wǎng)簡化；基于IP業(yè)務(wù)和服務(wù)的優(yōu)化；對非3GPP接入技術(shù)的支持和切換的簡化。

系統(tǒng)架構(gòu)

整個(gè)EPS系統(tǒng)由核心網(wǎng)（EPC）、基站（eNode B）和用戶設(shè)備（UE）3部分組成。其中，EPC負(fù)責(zé)核心網(wǎng)部分，EPC的信令處理部分稱MME（移動(dòng)性管理實(shí)體）；數(shù)據(jù)處理部分稱為服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）；eNode B負(fù)責(zé)接入網(wǎng)部分，也稱E-UTRAN；UE指用戶終端設(shè)備。EPS系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)（即LTE系統(tǒng)）

LTE系統(tǒng)

LTE中采用了簡化、扁平的結(jié)構(gòu)，也就是說：eNode B本身就具有獨(dú)立的資源管理功能，各個(gè)eNode B之間通過直接的互聯(lián)實(shí)現(xiàn)相互的協(xié)調(diào)與合作。這樣簡化的結(jié)構(gòu)能有效地提高系統(tǒng)的整體通信效率，為系統(tǒng)新引入的全分組交換的設(shè)計(jì)理念提供更好的配合。

• eNode B與MME/S-GW通過S1接口連接，類似于Iu接口；
• eNode B之間通過X2接口連接，類似于Iur接口；
• eNode B與UE之間通過Uu接口連接。
• 和UMTS相比，由于Node B和RNC融合為網(wǎng)元eNode B，所以LTE系統(tǒng)少了Node B和RNC之間的Iub接口。

LTE系統(tǒng)中，eNode B的功能包括：RRM（無線資源管理）功能；IP頭壓縮及用戶數(shù)據(jù)流加密；UE附著時(shí)的MME選擇；尋呼信息的調(diào)度傳輸；廣播信息的調(diào)度傳輸；設(shè)置和提供eNode B的測量等。

MME的功能包括：尋呼消息發(fā)送；安全控制；空閑態(tài)（Idle）的移動(dòng)性管理；SAE承載管理；NAS（非接入層）信令的加密及完整性保護(hù)等。

S-GW的功能包括：數(shù)據(jù)的路由和傳輸，以及用戶面數(shù)據(jù)的加密等。

EPC（SAE）系統(tǒng)

EPS中的核心網(wǎng)由移動(dòng)性管理實(shí)體（MME）、服務(wù)網(wǎng)關(guān)（S-GW）、PDN網(wǎng)關(guān)（P-GW）、服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)（SGSN）、用于存儲(chǔ)用戶簽約信息的HSS（歸屬用戶服務(wù)器）以及策略和計(jì)費(fèi)控制單元（PCRF）等組成。EPC是一個(gè)提供全I(xiàn)P連接的承載網(wǎng)絡(luò)，對所有的基于IP的業(yè)務(wù)都是開放的，能提供所有基于IP業(yè)務(wù)的能力集。

• MME的主要功能是支持NAS（非接入層）信令及其安全、跟蹤區(qū)域（TA）列表的管理、P-GW和S-GW的選擇、跨MME切換時(shí)進(jìn)行MME的選擇、在向2G/3G接入系統(tǒng)切換過程中進(jìn)行SGSN的選擇、用戶的鑒權(quán)、漫游控制以及承載管理、3GPP不同接入網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的移動(dòng)性管理（終結(jié)于S3節(jié)點(diǎn)），以及UE在ECM_IDLE狀態(tài)下可達(dá)性管理（包括尋呼重發(fā)的控制和執(zhí)行）。
• S-GW是終止于E-UTRAN接口的網(wǎng)關(guān)，其主要功能包括：進(jìn)行eNode B間切換時(shí)，作為本地錨定點(diǎn)，并協(xié)助完成eNode B的重排序功能；在3GPP不同接入系統(tǒng)間切換時(shí)，作為移動(dòng)性錨點(diǎn)（終結(jié)在S4接口，在2G/3G系統(tǒng)和P-GW間實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)路由）；執(zhí)行合法偵聽功能；進(jìn)行數(shù)據(jù)包的路由和前轉(zhuǎn)；在上行和下行傳輸層進(jìn)行分組標(biāo)記；用于運(yùn)營商間的計(jì)費(fèi)等。
• P-GW是面向PDN終結(jié)于SGi接口的網(wǎng)關(guān)，如果UE訪問多個(gè)PDN，UE將對應(yīng)一個(gè)或多個(gè)P-GW。P-GW的主要功能包括基于用戶的包過濾功能、合法偵聽功能、UE的IP地址分配功能、在上行鏈路中進(jìn)行數(shù)據(jù)包傳送級標(biāo)記、進(jìn)行上下行服務(wù)等級計(jì)費(fèi)以及服務(wù)水平門限的控制、進(jìn)行基于業(yè)務(wù)的上下行速率的控制等。
• SGSN除了3GPP TS 23.060中定義的功能外，還可以用于2G/3G和E-UTRAN 3GPP接入網(wǎng)間移動(dòng)時(shí)，進(jìn)行信令交互，包括對P-GW和S-GW的選擇，同時(shí)為切換到E-UTRAN 3GPP接入網(wǎng)的用戶進(jìn)行MME的選擇。
• HSS是用于存儲(chǔ)用戶簽約信息的數(shù)據(jù)庫，歸屬網(wǎng)絡(luò)中可以包含一個(gè)或多個(gè)HSS。HSS負(fù)責(zé)保存跟用戶相關(guān)的信息，例如用戶標(biāo)識、編號和路由信息、安全信息、位置信息、概要（Profile）信息等。
• PCRF（策略和計(jì)費(fèi)規(guī)則功能）終結(jié)于Rx接口和Gx接口，非漫游場景時(shí)，在HPLMN中只有一個(gè)PCRF跟UE的一個(gè)IP-CAN會(huì)話相關(guān)；在漫游場景并且業(yè)務(wù)流是本地疏導(dǎo)時(shí)，可能會(huì)有兩個(gè)PCRF跟一個(gè)UE的IP-CAN會(huì)話相關(guān)。