分组域核心网组网
5G SA核心网信令组网方式分析
5G SA 核心网信令组网方式分析卜忠贵，冯征，牛芳，刘蕾（中国移动通信集团设计院有限公司，北京 100080）摘 要 随着信息通信技术的不断发展，移动通信网络逐步向5G演进。
5G SA网络采用基于服务化接口的新型网络架构，各功能实体间采用基于HTTP2.0协议的信令消息，信令网络如何组网成为5G核心网规划和建设的关键。
本文通过分析5G信令的特点，提出信令组网的可行方案，为5G信令网组网提供建议和借鉴。
关键词 STP；DRA；HTTP Proxy；NRF中图分类号 TN919 文献标识码 A 文章编号 1008-5599（2019）08-0030-06收稿日期：2019-02-01信令网是移动通信的神经网络，2G/3G 网络中主要使用TDM 承载的7号信令进行通信。
随着4G 和VoLTE 网络的引入，通信网中越来越多的引入了基于IP 的信令，IP 信令点和新的信令协议随之出现。
其中，软交换网络中引入了H.248和BICC 信令；IMS 网络中引入了SIP 和Diameter 信令；核心网分组域、EPC、PCC 引入Diameter 信令。
5G SA 网元间互通采用全新的服务化接口，基于HTTP2.0协议消息进行通信，各网络功能实体间如何组网成为5G 信令网规划建设的关键。
本文通过对5G 信令协议的分析及与现有信令组网方式的比较，提出满足5G 信令疏通需求的组网方案。
1 移动通信网信令类型按信令种类划分， 2G/3G/4G 移动通信网中的信令消息包括7号信令、SIP 信令、GTP 信令和Diameter 信令等。
按信令承载方式划分，包括TDM 信令和IP 信令，目前除部分7号信令消息仍保留原有TDM 承载方式，大部分信令已经完成承载IP 化和信令本身IP 化的演进。
2G/3G/4G 移动通信网各类型信令中，7号信令和Diameter 信令属于鉴权、移动性管理类信令，基于用户码号进行信令路由，需要支持全国范围的漫游和鉴权管理，涉及信令点的全网组网。
EPC技术原理
商用EPC的主要运营商： 美国Verizon、AT&T 日本NTT DoCoMo、SoftBank 德国O2、Vodafone、… 西班牙Telefonica
6
目录
一
EPC引入背景
二
EPC基本原理
三
EPC关键技术
7
目录
二
EPC基本原理 1.网络架构 2.系统特点 3.基本概念
8
EPC网络架构
UTRAN SGSN GERAN S3 S1-MME S6a MME S11 LTE-Uu UE E-UTRAN S1-U S10 S12 S4 Serving Gateway S5 Gx PDN Gateway SGi PCRF Rx Operator's IP Services (e.g. IMS, PSS etc.) HSS
GTPv2-C 控制面
S10 S11 S6a
Diameter
Gx Rx S1-U
用户面
GTPv1-U S12 S4 GTPv2-C GTPv1-U S5/S8
控制面 +用户面
与2G/3G分组域的网元和接口映射
SMS-GMSC SMS-IWMSC E Gd MSC/VLR A R TE MT Iu Uu UTRAN Gb TE R MT Um SGSN BSS Gn Gp CGF GGSN Other PLMN Signalling Interface (including SMS) Signalling and Data Transfer Interface Gf EIR Gs Iu SGSN Gn Ga D Ge Gr HLR Gc Gi GGSN Ga Billing System PDN TE C SMS-SC gsmSCF
核心网、骨干网、支撑网、接入网和站网
核心网，骨干网，支撑网，接入网与驻地网长途网＋中继网＋支撑网＝核心网，核心网＋接入网＝公共电信网，驻地网＋公共电信网＝通信网（？）核心网CN解释：Core Network -- 核心网定义：将业务提供者与接入网，或者，将接入网与其他接入网连接在一起的网络。
通常指除接入网和用户驻地网之外的网络部分。
所属学科：通信科技（一级学科）；通信网络（二级学科）本内容由全国科学技术名词审定委员会审定公布简单点说，可以把移动网络划分为三个部分，基站子系统，网络子系统，和系统支撑部分比如说安全管理等这些。
核心网部分就是位于网络子系统内，核心网的主要作用把A口上来的呼叫请求或数据请求，接续到不同的网络上。
主要是涉及呼叫的接续、计费，移动性管理，补充业务实现，智能触发等方面主体支撑在交换机。
至于软交换则有两个很明显的概念，控制与承载的分离，控制信道与数据信道的分离。
核心网从协议上规定就是其到核心交换或者呼叫路由功能的网元，对于2G/3G 核心网一般都是一样，在R4架构比如MSC SERVER MGW ，HLR，VLR ，EIR ，AUC等，主要作用是整个呼叫信令控制和承载建立。
核心网的发展方向核心网全面进入“IP”时代，IP、融合、宽带、智能、容灾和绿色环保是其主要特征。
从电路域看，移动软交换已经全面从TDM的传输电路转向IP；从分组域看，宽带化、智能化是其主要特征；从用户数据看，新的HLR被广泛接受，逐步向未来的融合数据中心演进。
另外，运营商纷纷将容灾和绿色环保提到战略的高度；移动网络在未来发展和演进上殊途同归，在4G时代，GSM和CDMA两大阵营将走向共同的IMS＋SAE＋LTE架构。
支撑网定义：利用电信网的部分设施和资源组成的，相对独立于电信网中的业务网和传送网的网络。
支撑网对业务网和传送网的正常、高效、安全、可靠的运行、管理、维护和开通(OAM&P)起支撑和保证作用。
支撑网（supporting network），现代电信网运行的支撑系统。
4G核心网介绍-LTE和EPC介绍
BTS
• 真正实现控制和承载分离，用户面 eNodeB ->SGW • MME（Mobility Management Entity）功能：移动性管理、会话管理，用户接入鉴权； • S-GW（Serving Gateway）功能：终结无线接入部分的接口，E-NodeB间切换的锚点， 基于用户和承载的计费，服务网关，功能类似于SGSN。 • PDN-GW（PDN Gateway)功能：终结面向PDN的SGi的接口，3GPP/非3GPP的铆点，基 于业务的计费，连接外网的网关，功能类似GGSN。
HSS
S6a
PCRF
S9
TD
NodeB
RNC
S1-MME
MME
S12 S1-U
S11
Gx
LTE
S5/8
SGi
Internet
eNodeB
S-GW
P-GW
热点商用部署阶段目标：
实现核心网2G/TD/LTE融合组网 验证核心网统一计费，统一运维 部署Diameter信令网；引入新号段，用于发展LTE用户 现网SGSN升级为SGSN/MME，GGSN升级为S-GW/P-GW 统一进行网管部署 与计费平台对接
S3 S10 S4 S6a
GPRS
BTS
BSC/PCU
Iu
HSS
PCRF
S9
UMTS
NodeB
RNC
S1-MME
MME
S12
S11 S5/8
Gx SGi
Operator Service Network
LTE
S1-U
Internet
eNodeB
Non-3GPP
S2a
Serving GW
移动通信网络体系架构
移动通信网络体系架构作者：朱湘琳来源：《移动通信》2013年第13期【摘要】介绍了目前移动通信网络的2G和3G融合网络架构、3GPP标准演进过程，以及4G LTE网络架构，分析了LTE语音解决方案，重点论述了移动通信网络发展演进方向：统一核心网和统一无线接入网，最后提出了军用移动通信网络发展方向：支持多种接入且集成度很高的网络融合设备和MVNO。
【关键词】融合网络架构统一核心网统一无线接入网中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010（2013）-13-0047-051 前言移动通信发展已经经历了第一代模拟移动通信和第二代数字移动通信2G时代，目前正处于第三代移动通信3G应用阶段，第四代移动通信4G正处于规模试验和试商用阶段。
2G中典型的有GSM和CDMA，3G中有WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000以及WiMAX，4G则以LTE为代表。
多种接入制式将长期并存发展，造成了移动通信网络架构及设备管理的复杂性。
统一核心网和统一无线接入网的推出，可以在快速建网的同时降低建网成本，并实现设备管理的高效运作。
2 2G和3G融合网络架构目前，移动通信网处于2G和3G共同组网、融合发展阶段。
图1为2G和3G融合网络架构，网络系统架构依次分为用户终端、无线接入网、核心网和互通网络。
统一核心网能够兼容2G和3G无线接入网。
核心网分为电路域（CS）和分组域（PS），电路域实现语音视频通话和短信业务，分组域实现数据类如网页浏览、上传下载等业务。
电路域网元主要有MSC/VLR和GMSC，分组域主要有SGSN和GGSN，HLR和短信服务器（SMS）为电路域和分组域共用。
2G无线接入网BSS（基站系统）包括BSC（基站控制器）和BTS（基站收发信台），BSC通过A接口与电路域核心网相连，通过Gb接口与分组域核心网相连；3G无线接入网UTRAN（UMTS陆地无线接入网）包括RNC（无线网络控制器）和Node B（基站），RNC 通过Iu-CS接口与电路域核心网相连，通过Iu-PS接口与分组域核心网相连。
3G核心网组网方案的比较和建议
括 无 线 接 入 网 络 （ Ａ 和 核 心 网络 （ Ｎ）Ｒ Ｎ 处理 所 有 与 无 Ｒ Ｎ） Ｃ 。Ａ
线有关的功能 ， 核 心网处理 Ｕ 而 ＭＴ Ｓ系 统 内 所 有 的 语 音 呼 叫 和 数据 连 接 ， 实 现 与 外 部 网络 的 交换 和路 由功 能 。 心 网从 并 核 逻辑 上 分 为 电 路 交换 域 （ Ｓ） 分组 交换 域 （ Ｓ） Ｃ 和 Ｐ 。 ３ Ｐ Ｇ Ｐ已 分 别 于 ２ ０ ０ ０年 ３月 、 ０ １年 ３月和 ２ ０ ：０ ２ ０ ２年 ６ 月推出 Ｒ ９Ｒ ９ 、 ４和 Ｒ ５三 个标 准 版 本 。 １１ Ｒ ９版 本 ， ９
维普资讯
ｎ ｒ ａｉ ｒ ｆ ｍ ｔｎ ａ ｏ ｏＥ
杨娜
（ 天津移动通信有限责任公司数据交换中心 天津 ３０２ ） ００ １
３ 核心 网组 网方案 的比较和建议 Ｇ
【 要】 ■ 随着多媒体业务和高速率数据业务需求的增加 ， 第三代移动通信系统成为满足广大客户需求的首选方式
Ｃ Ｓ域 的 呼 叫 和 承 载 分 开 ； 持 包 数 据 流 业 务 ； 持 实 时 业 务 支 支
的 Ｐ Ｓ域 核 心 网 切 换 ：支 持 ＧＥ Ａ ／ Ｔ ＡＮ 中 的 头 压 缩 ： Ｒ ＮＵ Ｒ ＧＥ Ａ 中 Ｇｂ 口的 ｌ 输 和 Ｇ Ｒ Ｎ 接 Ｐ传 ｂ接 口增 强 等 。 １ １ ． ： ３ １ 本 ５版
统最 显著 的 特 性 是 其 具 有 更 高 的 用 户 比特 率 ， 电路 交 换 连 接
方式 为 ３ ４ ｋ ｐ ， 组 交 换 连 接 方式 则 能 达 到 ２Ｍｂ ｓ 高 比 ８ ｂ ｓ 分 ｐ。
特率 为 新 业 务 的 开 发 提 供 了便 利 ， 过 有 效 利 用 带 宽 ， 通 能够 顺
LTE网络概述及原理
S1 MME NAS安全 空闲态移动性管理
EPS承载控制
EPC通过MME、S-GW和 PSW等控制面节点和用户面节 点完成NAS信令处理和安全管 理、空闲的移动性管理、EPS 承载控制以及移动锚点功能、 UE的IP地址分配、分组过滤等 功能。
S-GW
P-GW
移动锚点
UE IP地址分配
S1
分组过滤
带宽灵活配置，能够支持1.4MHz，3MHz，5MHz， 10MHz，15MHz，20MHz等不同系统带宽，并支 持成对(paired)和非成对(unpaired)的频谱分配，系 统部署更灵活。
移动性： 能为低速移动（0~15km/h）的移动用户提供最优的 网络性能； 能为15~120km/h的移动用户提供高性能的服务； 对120~350km/h（甚至在某些频段下，可以达到 500km/h）速率移动的移动用户能够保持蜂窝网络的 移动性。
3G：第三代移动通信技术，移动多媒体蜂窝通讯技术，实现无线通信和国际互联网融合，提供语音、图像、音 乐、视频等各种多媒体数据业务，要求提供2Mbps标准用户速率（室内）或144Kbps速率（高速移动）。目前 3G标准有4个：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA（由中国制定的3G标准），以及WiMAX（802.16系列 标准）
4G： 第四代移动通信技术，宽带大容量的高速蜂窝系统，支持100Mbps~150Mbps下行网络带宽，提供交互多 媒体业务，高质量影像，3D动画和宽带互联网接入等业务，用户体验最大能达到20Mbps下行速率。
LTE：长期演进LTE（Long Term Evolution）是3GPP组织主导的新一代无线通信系统，也称之为演进的UTRAN （Evolved UTRA and UTRAN）的研究项目，全面支撑高性能数据业务，“未来10年或者更长时间内保持竞争 力”，3GPP的LTE标准在无线接入侧分为LTE FDD和TD-LTE。
LTE核心网基本原理及关键技术
TAI/TA list
RAI
位置标识
EPC网元域名标识（FQDN）
SGSN Number、HLR Number
网元标识
新引入码号：GUTI 全球唯一临时标识（Globally Unique Temporary UE Identity），类似RAI+P-TMSI
<GUTI> = <MCC><MNC><MME Group ID><MME Code><M-TMSI>, 2G/3G与LTE进行互操作时，GUTI与RAI+P-TMSI需进行映射 新引入码号：TAI 追踪区标识（Tracking Area Identity），表示用户位置信息，类似2G/3G位置区LAI或路由区RAI
PCRF
的信令接口，基于GTPv2； -S10：进行MME间互操作时，MME通过S10
S9 接口传递承载上下文信息，基于GTPv2
-S5：S-GW和P-GW间接口，包括控制面
Rx （GTPv2）和用户面（GTPv1）
Gx
AF -S8：国际漫游接口，拜访地S-GW接入归属地
P-GW，协议同S5
SGi Internet PS Service
码号分配
需要全网规划的EPC号码涉及TAC及MME GI，原有2G/3G网络中的码号规 划保持不变。
TAC的分配
- TAC：用16进制表示为x1 x2 x3 x4 - 域名为：tac-lb<x3x4>.tac-hb<x1x2>.tac.epc.mnc<MNC>.mcc<MCC> - 为保证省间互通丌冲突，可参照LAC的分配方式统一规划， x1x2的取值各省应丌同，x3x4
移动通信网络体系架构_朱湘琳
产业观澜移动通信网络体系架构责任编辑：李帅 lishuai@收稿日期：2012-11-09介绍了目前移动通信网络的2G 和3G 融合网络架构、3GPP 标准演进过程，以及4G LTE 网络架构，分析了LTE 语音解决方案，重点论述了移动通信网络发展演进方向：统一核心网和统一无线接入网，最后提出了军用移动通信网络发展方向：支持多种接入且集成度很高的网络融合设备和MVNO 。
（1.清华大学信息技术研究院，北京 100084；2.中国电子系统设备工程公司研究所，北京 100141）中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1006-1010(2013)-13-0047-05【摘 要】【关键词】融合网络架构 统一核心网 统一无线接入网朱湘琳1,21 前言移动通信发展已经经历了第一代模拟移动通信和第二代数字移动通信2G 时代，目前正处于第三代移动通信3G应用阶段，第四代移动通信4G正处于规模试验和试商用阶段。
2G中典型的有GSM和CDMA，3G中有WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000以及WiMAX，4G则以LTE为代表。
多种接入制式将长期并存发展，造成了移动通信网络架构及设备管理的复杂性。
统一核心网和统一无线接入网的推出，可以在快速建网的同时降低建网成本，并实现设备管理的高效运作。
2 2G 和3G 融合网络架构目前，移动通信网处于2G 和3G共同组网、融合发展阶段。
图1为2G和3G融合网络架构，网络系统架构依次分为用户终端、无线接入网、核心网和互通网络。
统一核心网能够兼容2G和3G无线接入网。
核心网分为电路域（CS）和分组域（PS），电路域实现语音视频通话和短信业务，分组域实现数据类如网页浏览、上传下载等业务。
电路域网元主要有MSC/VLR和GMSC，分组域主要有SGSN和GGSN，HLR和短信服务器（SMS）为电路域和分组域共用。
2G无线接入网BSS（基站系统）包括BSC（基站控制器）和BTS（基站收发信台），BSC通过A接口用户终端无线接入网核心网互通网络SIMME MS USIMMEUESIMBTS BSCBSSNode BRNCUTRANRNSNode B RNCRNSMSC/VLRMSC/VLRSCFGMSCSGSNGGSNSGSNISDN PSTN PSPDN CSPDN PDN-Intranet -Extranet -Internet -X.25HLR SMSEIR AUC 图1 2G 和3G 融合网络架构产业观澜与电路域核心网相连，通过G b接口与分组域核心网相连；3G无线接入网U T R A N（U M T S陆地无线接入网）包括RNC（无线网络控制器）和Node B（基站），RNC通过Iu-CS接口与电路域核心网相连，通过Iu-PS接口与分组域核心网相连。
LTE网络概述及原理V
5
1.1 网络基础
网元功能
eNB2
X2 eNB1 小区间RRM
RB控制 连接移劢性管
理 无线接入控制 eNB测量管理 劢态资源分配
(调度) RRC
PDCP RLC MAC PHY E-UTRAN
VBOX onLine
接入网和核心网功能划分
E-UTRAN提供空中接口功能（包含物理层、MAC、RLC、PDCP、RRC 功能）、以及小区间的RRM功能、RB控制、连接的移劢性控制、无线资 源的调度、对eNB的测量配置、对空口接入的接纳控制等。
带宽灵活配置，能够支持1.4MHz，3MHz，5MHz， 10MHz，15MHz，20MHz等丌同系统带宽，幵支 持成对(paired)和非成对(unpaired)的频谱分配，系 统部署更灵活。
移劢性： 能为低速移劢（0~15km/h）的移劢用户提供最优的 网络性能； 能为15~120km/h的移劢用户提供高性能的服务； 对120~350km/h（甚至在某些频段下，可以达到 500km/h）速率移劢的移劢用户能够保持蜂窝网络的 移劢性。
EPC核心网主要由移劢性管理设备（MME）、服务网关（S-GW）、分组数据网关（P-GW）及存储签约 信息的HSS和策略控制单元（PCRF）等组成，其中S-GW和P-GW逻辑上分设，物理上可以合设，也可以分设。 主要网元功能如下： • MME（Mobility Management Entity，移动管理实体） MME为控制面功能实体，临时存储用户数据的服务器，负责管理和存储UE相关信息，比如UE用户标识、移 劢性管理状态、用户安全参数，为用户分配临时标识。当UE驻扎在该跟踪区域或者该网络时负责对该用户迚 行鉴权，处理MME和UE之间的所有非接入层消息。
更低网络时延： 控制面的传输时延<100ms； 用户面时延<5ms。