EPC核心网规划及部署策略研究

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摘要：4G网络的核心网为epc架构，在分组核心网中采用了承载与控制分离、全IP等技术，使得网络结构更加扁平化，但是考虑到需对现有2G/3G网络融合接入，这都导致融合后的核心网组网非常复杂。从电信实际部署出发，对EPC网络规划部署给出建议，以供参考。

关键词：EPC；LTE；网络规划

中图分类号：TN915.02文献标识码：A文章编号：10053824（2014）06008305

0引言

随着移动通信技术的发展，全球众多运营商纷纷选择演进到LTE网络，工信部继去年发放TD-LTE牌照后又于今年6月份发放了LTE FDD试验网牌照，国内运营商们获得了LTE网络规模部署的良机，以满足用户及业务对网络带宽、Qos更多的需求。

4G网络的核心网为EPC架构，其在分组核心网中采用了承载与控制分离的技术以及全IP的技术，从而网络结构更加扁平化，但在实际部署时还需考虑现有2G/3G网络的融合接入，导致融合后的核心网的网络架构比典型EPC组网参考模型更为复杂。本文主要以中国电信CDMA网络下EPC的实际部署出发，对EPC网络的整体架构规划及网元部署进行探讨。其他运营商2G/3G接入EPC网络的难度理论上更小，在此不再一一论述。

1EPC网络概述

1.1EPC架构

在3GPP体系中，EPC中的核心网设备包括移动性管理设备（MME）、服务网关（S-GW）、PDN网关（P-GW）以及用于存储用户签约信息的HSS和用于计费和策略控制的单元（PCRF）等组成[1]。

除了上述标准网元外，运营商还需考虑现有网络的接入，对中国电信来说主要考虑CDMA的升级接入。为此，原有HRPD网络需升级成为eHRPD，通过HSGW连接至EPC网络，而EPC架构中P-GW可作为统一的出口网关，PCRF也作为用户的PCC的统一控制节点。

1.2EPC网元功能

EPC核心网各主要功能实体的功能如下：

1） MME（Mobility Management Entity，移动性管理实体）。

主要功能是处理NAS信令及接入安全验证，跟踪区域（Tracking Area）列表的管理，移动性管理，会话管理（对EPS承载的激活、修改和释放，以及接入网侧承载的释放和建立），PGW和Serving GW的选择，跨MME切换时对于MME的选择，鉴权，漫游控制及IP地址分配，以及UE在ECMIDLE状态下可达性管理（包括寻呼重发的控制和执行）。

2） SGW（Serving Gateway，服务网关）。

面向eNodeB终结S1U接口的网关。SGW对基于GTP的S5/S8接口可以提供的主要功能有当eNodeB间切换时作为本地锚定点并协助完成eNodeB的重排序功能，合法监听以及数据包的路由和前转，根据每个UE，PDN和QCI的上行链路和下行链路的相关计费等。

3） PGW（PDN Gateway，PDN网关）。

面向PDN终结SGi接口的网关。如果UE访问多个PDN，UE将对应一个或多个PDN GW。PDNGW对基于GTP的S5/S8提供的主要功能有基于用户的包过滤，合法监听，UE的IP地址分配，在上行链路中进行数据包传送级标记，上下行服务等级计费以及服务水平门限的控制，和基于业务的上下行速率的控制。同时PDN GW还提供仅基于GTP的S5/S8接口的主要功能有上下行链路承载绑定，上行链路绑定校验等。

同时，PGW还需要支持cdma2000 eHRPD接入方式和基于PMIPV6的会话管理。

4） HSS（Home Subscriber Server，归属签约用户服务器）。

用于存储用户EPC签约信息的数据库，归属网络中可以包含一个或多个HSS。HSS负责保存跟用户相关的信息，例如用户标识、编号和路由信息，安全信息，位置信息，轮廓信息等。HSS同时还负责与不同域和子系统中的呼叫控制和会话管理实体进行联系。

5） CG（Charging Gateway，计费网关）。

通过Ga接口与核心网络中的计费实体如PGW和SGW等通信，用于收集各网元发送的计费数据记录。

6） PCRF（Policy and Charging Rule Function，策略和计费规则服务器）。

该功能实体包含策略控制决策和基于流计费控制的功能，向PCEF提供关于业务数据流检测、门控、基于QoS和基于流计费（除信用控制外）的网络控制功能。

7） HSGW（HRPD Serving Gateway，HRPD服务网关）。

HSGW为UE路由其需要发送或者接收的分组数据业务。同时，HSGW会建立、维护和终止与UE的链路层会话。HSGW为UE提供互联互通相关的架构性和协议，这些功能包括：支持移动性、支持策略控制和计费、支持接入鉴权和漫游等。HSGW还支持基于S2a（PMIPv6）接口的跨HSGW的切换，并且支持传递和不传递HSGW上下文的两种切换模式。

8） 3GPP AAA。

对从eHRPD网络接入的用户进行认证。

9） DNS（Domain Name Server，域名服务器）。

负责提供核心网内部MME、SGW、PGW逻辑名以及APN的解析。

2EPC部署建议原则及建议

EPC网络规划的重点是EPC核心网的建设规划，包括网络组织架构、网元设置规划、路由规划等，需从业务需求、运营管理能力、设备能力等方面统筹考虑。

2.1总体部署建议

LTE作为新一代移动通信技术，其技术特点既决定了业务定位的特殊性，也决定了网络部署建设的特殊性。在基于电信CDMA现网资源、采用TDLTE和LTE FDD两种接入技术混合组网的情况下，这些特殊性显得尤为突出。

TDLTE与LTE FDD是两种不同的接入技术，2者的区别仅仅体现在无线空口上，在核心网以及核心网互操作的标准和规范上完全一致。因此，在核心网侧，TDLTE和LTE FDD可以共享同一张核心网；在无线侧，则可根据TDLTE和LTE FDD二者的技术特点、业务承载定位等分别部署，采取混合组网的策略，TDLTE和LTE FDD分别作为一张网中的2种无线接入方式。

此外，为满足业务承载策略的要求，LTE网络与CDMA现网还应采用统一的PCC策略控制，要求PCRF能够同时支持对eHRPD和LTE两种接入进行策略调度、分发和控制，从而为用户提供统一的策略控制。

根据国家4G政策导向、LTE技术产业现状和发展诉求，对于核心网规划及部署建议遵循以下部署策略：

1）建议采用“混合组网，同步部署”的建网策略，即采用共核心网的方式，同时支持TDLTE和LTE FDD两种无线接入方式。

2）LTE网络是一个逐步建设的过程，为保证用户的业务体验和业务连续性，还需实现LTE网络到3G网络的切换，需要将现有的HRPD网络升级为eHRPD网络。无线网络主要采用软件升级方式；核心网还需建设HSGW、3GPP AAA网元，为尽量减少对现网分组域的影响，采用新建方式。

3）LTE和CDMA采用统一的PCC策略控制，要求PCRF能够同时支持对DO和LTE两种接入进行策略调度、分发、控制。PCRF的建设规模需同时满足LTE网络和CDMA网络的需求。

4）EPC/eHRPD核心网设备采用大容量、少局所、集中化部署原则，所有网元原则上异局址双节点部署，考虑与现有3G分组域设备同机房。

2.2总体网络架构

EPC组网需要从业务需求、覆盖方案范围、设备能力等多角度综合考虑。根据我国实际情况及用户规模，eNodeB的数量将达到几十万甚至上百万的规模，因此，远期来看，各大运营商的EPC网络要满足接入需求，网络规模将非常庞大，需要在规划初期即制定适合未来发展的组网架构。

EPC网络的主要特点之一是全IP的扁平化结构，结合接入规模、IP承载网布局及能力、区域划分、网络安全、设备能力、管理能力综合考虑，EPC网络架构主要包含全网集中设置方式和区域（省）设置方式两类架构。

根据我国用户整体规模，未来各运营商网络都将达到亿级的用户规模，限于单网元能力，集中设置方式不利于远期架构的发展。因此，建议采用分区域的部署方式，如按省或按大区设置网络。

中国电信EPC核心网络按此进行规划建设，整体EPC核心网络由全国骨干层（含国内国际漫游）及省层组成。各省的核心网设备包括MME、SAEGW（PGW与SGW合设）、HSS、DNS、CG、PCRF和HSGW、3GPP AAA等，国际漫游系统主要包括DRA（iDRA及在线计费DRA），iPGW/GGSN，DNS（iDNS/根DNS），iCG，BG等网元。核心网总体架构如下图所示。

1） 骨干网网络。

国内骨干层的网元主要包括根DNS，根DNS主要负责漫游用户APN解析和PGW地址解析消息的路由。对于国际漫游来说，经过BG（数据边界网关）通过数据网与海外运营商、与国际GRX/IPX运营商互联，并设置相应的iPGW，iDRA，iDNS，iCG等国际对接设备。

2） 省网网络架构。

省内的核心网设备主要包括MME，SAE GW（PGW，SGW），HSS，PCRF，DRA，CG和DNS。考虑到与CDMA网络的互操作，核心网的相关网元还包括3GPP AAA、HSGW。其中MME采用POOL模式组网，SAE GW采用Serving Area方式组网。

为了实现LTE网络与DO网络的互操作，需要将HRPD无线网络全部升级为eHRPD网络，EVDO网络的BTS、PCF需软件升级支持eAN功能。

2.3网络漫游及路由建议

LTE网络主要承载数据业务，在用户漫游场景下，在用户业务数据的路由分为归属地路由和拜访地路由两种方式，根据用户业务类型采用不同的路由方式。

1） 归属地路由方式。

用户在漫游时，数据需流回归属地后统一出口，采用归属地路由方式的用户主要包括预付费、内容计费及需进行归属地策略控制的用户。

用户业务数据路由为：拜访地eNodeB拜访地SGW/HSGW归属地PGW。

在实现上，网络采用用户签约带省份标识的APNOI replacement的方式，控制用户业务数据回归属地。此类用户签约了带省份标识的APNOI replacement，HSS向MME/HSGW下发此参数，MME/HSGW把此参数作为APN OI构建APN，向DNS查询出归属省份的PGW地址，由此建立回归属地路由。

2） 拜访地路由方式。

其他用户采用拜访地路由方式，即用户在拜访地直接出局，此类用户开户时IT系统不下发APNOI replacement参数。

用户业务数据路由为：拜访地eNodeB拜访地SGW/HSGW拜访地PGW。

2.4网元设置建议

1）MME的设置。

MME：主要负责控制层面的信息处理，为信令节点，不需要转发媒体数据，建议以省为单位集中设置。

当省内存在多个MME时，可以组成MME pool，即eNodeB与一组MME连接，MME设置权重因子，通知给eNodeB，eNodeB根据权重因子来选择MME，这样可以由一组MME共同处理业务，具有容灾备份的能力，提高网络的安全可靠性，MME同时可以向eNodeB反馈负荷状态，eNodeB可以根据MMEpool内的MME的负荷和权重因子来选择MME，可以使pool内MME的负荷相对均衡，提升资源的利用率。

图5MME pool方式组网示意图MME pool的方案提升了网络的安全性、提升网络资源利用率。所以，从网络安全性的角度看，建议采用MME pool的方案，在省内设置MME pool或分区域设置MME Pool，eNode B与pool内的MME通过IP网络连接。

MME pool的设置原则：

建议以省单位设置MME POOL，初期业务量较小，可以设置1个MME POOL，对于业务量较大的省，可以分区设置2个MME POOL；

POOL内的MME建议设置在同城异局止，以增强安全容灾能力；

POOL内的所有的MME需要与所服务的所有的eNodeB连接；

MME Pool边界选择在非频繁切换的区域，选择切换较少的的区域边缘作为Pool区边缘，可以减少Pool间的切换；

MME Pool区需要包含完整的TA List覆盖区域；

Pool内的MME的容量尽量保持一致。

2）HSS的设置。

HSS负责存储用户数据，进行鉴权管理，HSS建议采用以省为单位集中设置的原则。

HSS采用大容量、少局所、集中化部署原则设置，建议集中在省会城市成对设置，采用1+1互备方式进行容灾备份。

3）SGW，PGW设置。

SGW负责联接eNode B，以及eNodeB之间的漫游切换。SGW负责用户媒体流的疏通。PGW主要负责连接外部数据网络，以及用户IP地址管理、内容计费，在PCRF控制下完成策略控制。根据设备及网络情况，PGW和SGW采用合设方式，即SAE GW。

对于业务量不大的省，在初期，建议以省为单位在省会城市设置SAE GW，SAE GW不区分APN（即每个SAE GW要求支持所有的APN），SGW的Service Area与MME POOL范围相同。后续随着业务量的增大、以及实时业务的需求，可以将SAE GW下沉至本地网（城域网），此时SGW的Service Area按本地网范围设置，MME POOL内包括多个SGW的Service Area；对于支持WAP等业务的APN的PGW，建议仍以省为单位集中设置。

4）PCRF的设置。

PCRF主要负责LTE和eHRPD网络的融合QOS控制，建议采用以省为单位集中设置的方式。

PCRF建议采用N+1主备方式进行容灾备份，正常情况下N套PCRF提供业务，当其中一套PCRF发生故障时，备用PCRF提供业务。容量设置上建议备用PCRF设备处理能力等于N个主用PCRF中最大容量，数据库容量等于N个主用SPR容量之和。

5）DNS的设置。

DNS负责提供SAE核心网内部MME、SGW、PGW逻辑名以及APN的解析。LTE/EPC网络内的DNS建议采用两级架构：在全国设置根DNS服务器，负责漫游情况下DNS解析的查询；在省内设置DNS服务器，负责本省的SGW、PGW以及APN的解析。省内DNS采用集中成对设置，采用1+1主备的方式进行容灾备份。

6）3GPP AAA的设置。

3GPP AAA主要实现对从eHRPD网络接入的用户进行认证。新建的3GPP AAA设备应以省为单位集中设置。省内3GPP AAA采用集中成对设置，建议采用1+1互备工作方式。

7）HSGW的设置。

初期，为了减少对现有eHRPD网络的影响，建议在LTE部署省份，新建HSGW支持eHRPD接入；随着业务量增加，后续可考虑升级PSDN为HSGW，并兼容PDSN功能，支持与LTE的互操作功能。针对不能升级的PDSN，可以考虑新建HSGW。

新建的HSGW应以省为单位集中设置，双节点架构，可采用IMSI取模方式实现负荷分担。

8）DRA的设置。

DRA主要完成Diameter信令的转发，网络采用单级结构：每省设置一对DRA，省间DRA采用网状连接，负荷分担。

考虑到各个网元间通过DRA路由可以带来运维配置方便、容灾备份管理简单的优势，对于省内LTE/eHRPD信令（S6a、STa、S6b），省际LTE/eHRPD信令（S6a、STa、S6b）及PCC会话信令（Gx、Gxa、Rx）可都通过本省DRA转接，不采用EPC网元间直连方式。

3总结

在LTE建设期间，各个运营商需对4G网络规划统筹考虑，此外还需要从业务需求、覆盖范围、设备能力等多角度综合衡量，并需考虑现有2G/3G网络接入，实际部署起来较为复杂，而作为新技术的LTE在国内建设经验相对较少。本文以中国电信部署为例，介绍了EPC网络建设规划中需要注意的内容并对网络组织及网元部署细节进行了探讨，以供参考。

参考文献：

[1]唐升敢.EPC核心网融合组网分析[J].信息通信，2014（6）：226228.

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[8]庄重. EPC引入初期分组域核心网组网方式浅析[J].山东通信技术，2012（3）：1720.

作者简介：

李伟（1986），男，湖北黄冈人，工程师，学士，主要从事移动网络规划设计工作；陶伟宜（1978），女，江西萍乡人，高级工程师，硕士，主要从事核心网规划设计及软课题研究工作；杨佳宜（1982），女，湖南人，工程师，学士，主要从事核心网规划设计工作。