1、3.2 基于GTP的体系架构3GPP系统架构演进（SAE）第3章第2节刘雨丹3.2.1体系结构1 13.2.2网元功能2 23.2.3接口协议3 33.2基于GTP的体系架构体系架构No.3.2.13GPP无线接入系统接入EPS核心网的架构图3GPP接入非漫游架构用户是在归属网络内，没有漫游。UES-GWP-GWE-UTRANMMEHSSGERANUTRANPCRF运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）S1-MMES1-U控制平面用户平面包括UPE和3GPP锚点功能pre-LET系统SGSNUTRAN的用户平面直接隧道方式3.2.1 体系架构用户没有漫游的时候，结构比较简单，信令和媒体都是通
2、过归属网络续接，所有的网元也都是由归属网络提供。LTE系统的控制平面通过S1-MME接口与MME相连，用户平面通过S1-U接口直接与S-GW相连。此处的S-GW包括UPE和3GPP锚点功能。pre-LTE系统可以通过SGSN直接接入到S-GW，也可以通过MME接入EPS系统。UTRAN的用户平面可以直接以直接隧道的方式与S-GW连接。P-GW是系统与外部数据网络的关口局。系统与外部数据网络连接的关口局第一种场景第二种场景第三种场景3GPP接入漫游场景漫游用户的业务控制信令和媒体流数据都回到归属运营商网络。漫游用户的业务控制平面信令和用户平面信令都是通过拜访运营商的SGi接口接入到归属运营商的。
3、漫游用户的业务控制信令和用户平面数据是直接从漫游地网络接续并处理的。本地疏导(Local Breakout)也就是说用户平面的数据从漫游地接续，而不用回到用户的归属网络。优点：减少路由迂回降低传输时延节约系统资源提高宽带第一种场景3GPP接入漫游场景漫游用户的业务控制信令和媒体流数据都回到归属运营商网络。此时HSS和P-GW以及相应的策略控制设备都在归属地，其他设备都在漫游地。UES-GWP-GWE-UTRANMMEHSSGERANUTRANSGSNPCRF运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）HPLMNVPLMNHPLMN第二种场景3GPP接入漫游场景漫游用户的业务控制平面信令和用户平面信
4、令都是通过拜访运营商的SGi接口接入到归属运营商的。此时HSS是在归属地，归属运营商的PCRF也需要参与策略控制，需要把用户的策略控制参数传递给漫游地的PCRF。UES-GWP-GWE-UTRANMMEHSSGERANUTRANSGSN运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）H-PCRFV-PCRF拜访运营商PDNVPLMNHPLMN第三种场景3GPP接入漫游场景漫游用户的业务控制信令和用户平面数据是直接从漫游地网络接续并处理的。此时HSS和归属运营商的PCRF使用情况跟场景二相同。UES-GWP-GWE-UTRANMMEHSSGERANUTRANSGSNH-PCRFV-PCRF拜访运营商的I
5、P服务（例如IMS、PSS等）HPLMNVPLMN用户接入公网的Internet业务，则非常适合采用第三种场景。用户的信令和业务数据都从漫游地接续，达到降低时延、节省资源的目的。采用第一种场景和第二种场景都可以给用户提供相应的服务。但是第三种场景只能给用户提供特定的VPLMN的IMS业务，比如：紧急呼叫的IMS业务。其他IMS业务不适合用第三种场景提供。用户使用IMS业务用户使用非IMS业务EPS系统架构描述的只是承载层的架构，业务可以由IMS系统提供，也可以是非IMS业务，比如Internet浏览业务或者其他的SIP应用。由于IMS业务的控制必须要回到归属地进行，因此IMS中的控制节点S-C
6、SCF还是在归属地。HPLMNVPLMN网元功能No.3.2.2E-UTRAN1 1MME2 2S-GW3 3P-GW4 4SGSN5 5HSS6 6网元UES-GWP-GWE-UTRANMMEHSSGERANUTRANPCRF运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）SGSNPCRF7 7S-GWE-UTRANMMEHSSSGSNP-GWPCRFS-GWE-UTRANMMEHSSSGSNE-UTRANE-UTRAN实体具备以下功能：实体具备以下功能：1.E-UTRANUEUE附着的时候，进行附着的时候，进行MMEMME选择。选择。由于eNB可以与多个MME/S-GW之间存在S1接口，因此在UE
7、初始接入到网络时，需要选择一个MME进行附着。54613跟无线资源管理相关的功能跟无线资源管理相关的功能无线承载控制；接纳控制；连接移动性管理；上/下行动态资源分配/调度等。系统广播消息的调度与传系统广播消息的调度与传输输：系统广播消息的内容可以来自MME或者操作维护，eNB负责按照一定的调度原则向控制接口发送系统广播消息。头压缩及用户平面加密，也就是PDCP功能。根据用户的QoS签约信息，进行上行或下进行上行或下行的承载级别的速率行的承载级别的速率调整调整，同时能对上行和下行承载级进行准入控制。2寻呼消息的调度与传输寻呼消息的调度与传输：eNB在接收到来自MME的寻呼消息后，根据一定的调度原
8、则向空中接口发送寻呼消息。UES-GWP-GWE-UTRANMMEHSSGERANUTRANPCRF运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）SGSNS-GWMMEHSSSGSNE-UTRANUES-GWP-GWE-UTRANHSSGERANUTRANPCRF运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）SGSNS-GWE-UTRANMMEHSSSGSN2.MMEMME接入控制移动性管理会话管理网元选择存储用户承载信息2.MMEMME作为控制平面设备，对于：用户是否为合法用户 能否接入到网络中 能否使用网络特定的资源都能进行有效控制。MME会话管理功能指的是对建立会话所必需的承载进行管理，即：建立承载
9、修改已经建立的承载释放承载资源另外，在与pre-R8网络互通时，由于两个系统中承载参数不一样，MME还要能够将SAE承载与GPRS网络中的PDP上下文之间进行相互映射，保证两个系统中会话的连续性。MME作为控制平面实体，还需要给用户选择相应的用户平面网元，包括P-GW和S-GW。在发生漫游切换时，还要为用户选择一个新的MME/S4 SGSN，为用户提供服务。MME需要保存用户在ECM-IDLE/ECM-CONNECTED状态以及EMM-DEREGISTERED状态下的MM上下文和EPS承载上下文信息。主要包括：用户标识、跟踪区信息、鉴权信息、安全算法、对端通信实体的地址、用户的PDN连接参数、
10、用户的QoS参数等。MMEMME是核心网络唯一的控制平面的设备，它的主要功能包括：是核心网络唯一的控制平面的设备，它的主要功能包括：业务连续性MME还支持EPS与传统2G/3G系统间的业务互通，包括CSFB和SRVCC功能等。如支持SRVCC功能的MME能够把语音业务和非语音业务区分开。MME支持的移动性管理程序包括：附着 去附着 跟踪区更新 切换 清除用户S-GWMMEUES-GWP-GWE-UTRANHSSGERANUTRANPCRF运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）SGSNE-UTRANMMEHSSSGSN3.S-GW1会话管理S-GW也能对承载进行建立、修改和释放。另外，S-GW
11、还应能存储和处理处于空闲的连接状态下终端的EPS承载上下文等。2路由选择和数据转发S-GW应具有将从上一个节点接受到的数据转发给路由中下一个节点功能。如果发生了eNB间的切换，则S-GW是本地锚定点。如果发生了3GPP内不同接入技术之间的切换，则S-GW也是移动性锚点。3QoS控制S-GW支持EPS承载的主要Qos参数。4计费S-GW应能搜集基于用户的计费信息等。5信息存储S-GW需要保存用户的EPS承载上下文信息。包括：用户标识、隧道标识、承载级QoS、对端通信实体的地址、计费信息等。3.S-GWS-GW位于用户平面，是面向E-UTRAN侧的网关，对每一个接入到E-UTRAN的UE，一次只能
12、有一个S-GW为之服务。S-GW的主要功能是：P-GWS-GWS-GWMMEUEE-UTRANHSSGERANUTRANPCRF运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）SGSNE-UTRANMMEHSSSGSN4.P-GWP-GW1IP地址分配EPS中用户的IP地址是由P-GW来分配的。2会话管理P-GW应支持EPS承载管理功能。3PCRF选择在归属地或者漫游地服务的场景下，P-GW应能对PCRF进行选择。4路由选择和数据转发功能P-GW应具有将从上一节点接收到的数据转发给路由中下一个节点的功能等。4.P-GW5QoS控制P-GW中包含的EPS承载QoS参数主要有QCI、ARP、GBR、MBR
13、和AMBR。6计费功能P-GW能与离线计费系统进行通信，并为每个UE提供计费功能。7策略和计费执行功能PCEF(策略和计费执行功能)实体位于P-GW中。8信息存储P-GW保存的也是用户的EPS承载上下文信息。P-GW位于用户平面，是面向PDN终结于SGi接口的网关。如果UE访问多个PDN，UE将对应一个或多个P-GW。不管是2G/3G用户还是LTE用户，P-GW都能够给其提供PDN连接。P-GW的主要功能包括：SGSNP-GWS-GWS-GWMMEUEE-UTRANHSSGERANUTRANPCRF运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）SGSNE-UTRANMMEHSS5.SGSN为了实现和
14、EPS系统的互通，GPRS网络中的SGSN设备需要增加下列功能：在互通方面。S4-SGSN需要支持：5.SGSN支持与MME和S-GW之间的接口的信令能够进行P-GW和S-GW的选择当UE切换到E-UTRAN网络时，能够选择MME此时SGSN既需要支持S3接口和S4接口，又需要支持Gn/Gp接口和S16接口。1.S1-SGSN与MME之间的位置区更新与TAU（跟踪区更新）2.S4-SGSN与MME之间的切换3.S4-SGSN与Gn/Gp SGSN之间的路由区更新4.S4-SGSN与Gn/Gp SGSN之间的切换5.S4-SGSN与S4-SGSN之间的路由区更新6.S4-SGSN与S4-SGSN
15、之间的切换HSSSGSNP-GWS-GWS-GWMMEUEE-UTRANHSSGERANUTRANPCRF运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）E-UTRANMME6.HSS1用户签约数据的管理在EPS网络中，HSS应能保存和管理EPS用户的用户数据，通知MME对用户的数据进行更新，还能通知MME删除其保存用户数据的一部分。2用户位置信息管理HSS应能保存、更新、删除用户的位置信息，并通知相应的MME。3移动性管理支持MME和HSS之间S6a接口的移动性管理程序4接入限制可对用户能否接入到GERAN/UTRAN/E-URTAN系统进行限制6.HSSHSS是用于存储用户签约信息的数据库。归属网
16、络中可以包含一个或多个HSS。HSS主要功能包括：PCRFHSSSGSNP-GWS-GWS-GWMMEUEE-UTRANGERANUTRAN运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）E-UTRANMME7.PCRFPCRF7.PCRF7.PCRFPCRF包含策略控制决策和基于流计费控制的功能，向PCEF提供关于服务数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费的网络控制功能。1用户签约数据管理功能2策略控制功能3计费策略控制功能4时间触发条件定制功能6Gx会话功能7H-PCRF功能H-PCRF实现在家乡网络和拜访网络的策略控制与计费控制功能。8V-PCRF功能V-PCRF实现在拜访网络的策略控制与计费
17、功能。9业务优先级与冲突处理功能5Rx会话功能10QoSPCRF不仅需要支持EPS系统的QoS机制，还需要支持UMTS系统的QoS机制。接口协议No.3.2.3S1-MMES1-MME接口接口1 1S1-US1-U接口接口2 2S3S3接口接口3 3S4S4接口接口4 4S5/S8S5/S8接口接口5 5S6aS6a接口接口6 6S9S9接口接口7 7S10S10接口接口8 8S11S11接口接口9 9S12S12接口接口S13S13接口接口SGiSGi接口接口101011111212GxGx接口接口RxRx接口接口13131414接口协议GERANPCRFUTRANHSSSGSNP-GWS-
18、GWUEE-UTRAN运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）E-UTRANMMES1-MMES1-US11S4S12S4 S6aS5S7SGiRxeNB和MME之间的控制平面接口，用于控制UE和网络间的E-RAB的连接以及NAS消息的透明传送eNB和S-GW间用户平面的参考点，提供eNB和S-GW间的用户平面PDU通过隧道进行无保证的传送。S3SGSN和MME之间的参考点，可以用于不同的3GPP接入系统间用于2G/3G无线系统接入EPS网络的时候，在SGSN和S-GW间提供控制和移动性功能UTRAN和S-Gw之间用户平面的参考点，用于传递通过UTRAN系统接入EPS的用户的用户面数据(直接隧
19、道机制)MME和HSS之间的接口，用于交换用户的位置信息和管理信息MME和S-GW之间的参考点，用于支持移动性和承载管理程序S-GW和P-GW之间的接口，提供用户面隧道和隧道管理。用于支持跟PCC漫游相关的功能P-GW和分组数据网络之间的接口，P-GW需要通过SGi接口连接到外部的服务器给用户分配IP地址用于AF传递应用层会话信息给PCRFS1-MME接口S1-MME接口是eNB和MME之间的控制平面接口，用于控制UE和网络间的E-RAB的连接以及NAS消息的透明传送。该接口采用S1AP。S1AP提供的E-UTRAN和EPC间的信令业务，包括与UE无关的业务以及与UE相关的业务。前者跟单个UE
20、的业务是无关的，与eNB和MME间的整个S1接口的信令连接相关；后者则仅与单个UE的信令连接相关。L1L2IPSCTPS1-APL1L2IPSCTPS1-APeNode BMMES1-MMES1-MME接口协议栈S1AP能够提供以下功能能够提供以下功能：1.E-RAB管理功能：建立/修改/释放E-RAB2.初始上下文传送功能：在eNB中建立一个S1 UE上下文，建立默认的IP连接，建立一个或多个E-RAB，把跟NAS信令相关的信息传给eNB.3.UE能力指示功能：从UE收到UE的能力信息后提供给MME4.给LTE_ACTIVE状态的UE提供移动性功能5.寻呼功能：使得EPC能对UE寻呼6.S1
21、接口管理功能：复位/差错指示/负载指示/S1建立/eNB和MME配置更新功能7.UE和MME间的NAS信令传送功能8.S1 UE上下文释放功能9.UE上下文修改功能10.状态传送功能：LTE内切换时，把PDCP SN状态信息从源eNB传送给目标eNB。11.跟踪功能：控制ECM_CONNECTED状态的UE的跟踪记录12.位置报告功能：使得MME能知道UE的当前位置13.S1 cdma2000隧道功能：使得S1接口能携载UE和cdma2000网络间的cdma2000信令14.RAN信息管理（RIM）功能15.配置传送功能：用于通过核心网在两个RAN节点间请求和传送RAN配置信息。（1）S1-M
22、ME接口S1-U接口是eNB和S-GW间用户平面的参考点，提供eNB和S-GW间的用户平面PDU通过隧道进行无保证的传送。S1-U接口基于GTP-U协议，协议栈如图所示，基于UDP/IP层传输用户平面的PDU。（2）S1-U接口S1-U接口L1L2IPUDPGTP-UL1L2IPUDPGTP-UeNBS-GWS1-US1-U接口协议栈S3接口是SGSN和MME之间的参考点，可以用于不同的3GPP接入系统间，交换空闲和激活状态的用户信息和承载信息，这些信息包括激活的PDN连接信息、控制平面的地址和TEID、EPS承载上下文、安全信息等，也可以用于报告切换的进程，或者切换取消的时候告诉对端实体。S
23、3接口还可以用于在TAU/RAN过程中，去原来的MME/SGSN获取UE的MM(移动性管理)和EPS承载上下文。如果UE在去附着后改变了SGSN/MME，则一旦它是用临时标识再次附着到网络时，新的MME/SGSN可以通过S3接口去原来的SGSN/MME获取用户的IMSI。（3）S3接口S3接口L1L2IPUDPGTP-CL1L2IPUDPGTP-CSGSNMMES3S1-3接口采用GTPv2-C协议S4接口用于2G/3G无线系统接入EPS网络的时候，在SGSN和S-GW间提供控制和移动性功能。（4）S4接口S4接口L1L2IPUDPGTP-CL1L2IPUDPGTP-CSGSNS-GWS4S1
24、-4接口控制平面协议栈如果UTRAN系统使用直接隧道机制，则S4接口只传递控制平面消息，采用GTPv2-C协议。但如果没有采用直接隧道机制，那么S4接口除了控制平面消息外，还需要提供用户平面数据传递，采用GTPv1-U协议。S4接口的控制平面的消息主要用于承载的建立、修改或释放等。S4接口的用户平面主要用于传送用户数据，也包括一些隧道管理消息。UE从UTRAN接入时的用户平面的协议栈UE从GERAN接入时的用户平面协议栈1S5接口S5接口是S-GW和P-GW之间的接口，提供S-GW和P-GW间的用户面隧道和隧道管理功能。该接口用于S-GW和P-GW分设时，S-GW建立到P-GW连接过程以及在用
25、户移动性管理中S-GW重定位过程。2S8接口S8接口是在用户漫游的时候，VPLMN的S-GW和HPLMN的P-GW间的参考点，其功能与S5接口相同。（5）S5/S8接口S5/S8接口的控制平面与S4接口的控制平面功能基本相同。控制平面采用GTPv2-C协议，用户平面采用GTPv1-U协议。S6a接口是MME和HSS之间的接口，用于交换用户的位置信息和管理信息。MME把用户的位置信息告诉HSS，然后由HSS保存。HSS则把用户支持业务所要用到的签约信息告诉MME。（6）S6a接口S6a接口L1L2IPSCTP/TCPDiameterL1L2IPSCTP/TCPDiameterMMEHSSS6aS
26、6a接口基于Diameter协议S6a接口的主要消息流程的功能：1.位置管理功能：支持位置更新、位置删除、和清除UE过程2.用户数据处理功能：支持插入和删除用户数据过程用户鉴权功能故障恢复功能通知功能：使得MME可以向HSS上报更新的终端信息等。7S9接口8S10接口9S11接口10S12接口11S13接口12SGi接口13GX接口14Rx接口S9接口是H-PCRF和VPCRF间的参考点，用于支持跟PCC漫游相关的功能。采用GTPv2-C协议。S10接口MME之间的控制面接口，用于传递MME重定位和MME之间的信息。采用GTPv2-C协议。S11接口是MME和S-GW之间的参考点，用于支持移动
27、性和承载管理程序。采用GTPv2-C协议。如果UTRAN和S-GW之间用直接隧道机制，S12接口就是UTRAN和S-GW之间用户平面的参考点，用于传递通过UTRAN系统接入EPS的用户的用户面数据。采用GTPv1-U协议。S13接口是MME和EIR之间的接口，用于检查用户的IMEI(国际移动设备标识)标识是否合法，功能简单，只有一条消息ME标识检查。基于Dimeter协议。SGi接口是P-GW和分组数据网络之间的接口。P-GW需要通过SGi接口连接到外部的服务器给用户分配IP地址。支持DHCP、RADIUS、IPSec、L2TP和GRE等协议。Gx接口位于PCRF和PCEF之间。Gx接口可用于
28、计费控制、策略控制等。采用Diameter协议。Rx接口是AF和PCRF间的参考点，用于AF传递应用层会话信息给PCRF。研讨会补充1GPRSTunnellingProtocolGPRS隧道协议GTP是一组基于IP的，用于在GSM和UMTS网络中支持通用分组无线服务(GPRS)的通讯协议。3Mobility Management Entity移动管理节点功能是3GPP协议LTE接入网络的关键控制节点，负责信令处理部分5PDN GateWayPDN网关是面向PDN终结于SGi接口的网关2Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network演进的UMTS陆地无
29、线接入网即LTE中的移动通信无线网络4Serving GateWay服务网关是终止于E-UTRAN接口的网关6Policy and Charging Rules Function策略与计费规则功能单元是业务数据流和IP承载资源的策略与计费控制策略决策点，它为PCEF（策略与计费执行功能单元）选择及提供可用的策略和计费控制决策本小结重点缩写总结1Home Subscriber Server归属签约用户服务器是支持用于处理调用/会话的IMS网络实体的主要用户数据库2Serving GPRS SUPPORT NODE网关整合封包无线电服务服务/支持节点是GPRS/TD-SCDMA(WCDMA)核心网
30、分组域设备重要组成部分3是IP多媒体子系统是一种全新的多媒体业务形式，它能够满足现在的终端客户更新颖、更多样化多媒体业务的需求。本小结重点缩写总结问题小结：漫游漫游漫游（roaming）指移动台离开自己注册登记的服务区域，移动到另一服务区后，移动通信系统仍可向其提供服务的功能。如同大哥大一般，可漫游在不同的基地台之间，无线网络工作站亦可漫游在不同的AP之间，只要AP群的ESSID定义一样，则自然无线网络工作站可自由的漫游于无线电波所能含盖之区域。漫游只能在网络制式兼容且已经联网的国内城市间或已经签署双边漫游协议的地区或国家之间进行。注：此处漫游指在移动电话业务中UES-GWP-GWE-UTRANMMEHSSGERANUTRANSGSNPCRF运营商的IP服务（例如IMS、PSS等）VPLMNHPLMNTHANKS！
