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TD—LTE核心网关键技术分析
作者：莫冲 王保银
来源：《无线互联科技》2015年第12期
摘要：中国移动正在进行TD-LTE网络建设的大浪潮，TD-LTE的核心网作为无线网的业务承载，需要同等重视及同步推进，文章介绍TLTE/EPC核心网标准架构及特点，同时分析TLTE/EPC的关键技术，对EPC各网元配置建设提出了建议。 关键词：TD-LTE；EPC；核心网；IPv6 1 引言
随着移动网络从3G走向LTE，移动核心网也正在加快演进为下一代移动通信核心网EPC（Evolved Packet Core）。EPC由MME、Serving Gw以及PDN Gw等主要网元构成，优势明显：控制面与用户面的分离，用户面扁平化，能够从容地应对移动数据流量的激增，支持多种接入方式，是支持异构网络的融合架构。中国移动采取的是现网升级EPC为主的策略，主要原因是考虑到现网升级策略能够带来网络平滑升级、业务融合、降低OPEX等优势。 本文重点探讨TD-LTE核心网的关键技术，包括与2G/TD的互通、信令机制、QOs、IPv6等。
2 TD-LTE核心网EPC标准架构及特点
支持2G/3G/LTE/WLAN等多个系统接入的EPC核心网标准架构如图1所示，主要功能实体有以下几个。
（1）用户数据设备HSS：主要提供移动性管理、鉴权、用户签约等功能。（2）核心网EPC设备：①MME：主要负责移动性管理、会话管理、P-GW/S-GW选择等功能。②SAE-GW：S-GW提供分组路由和转发功能；P-GW提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能。（3）资源策略控制设备：①PCRF：策略控制服务器，提供数据业务QoS保障和资源管控；②AF：业务策略提供点。（4）无线接入网设备eNodeB：负责无线资源管理，集成了类似2G/TD基站和基站控制器的功能。
EPC网络架构的典型特点：仅有分组域，取消电路域；支持2G/TD/LWE/Wlan多系统接入；LTE控制承载分离，网络结构扁平；基于全IP架构。与原有2G/TD核心网相比简化了网络结构，降低了网络运营成本，可承载LTE网络的高数据流量。 3 EPC关键技术分析 3.1 与2G/3G网络互通
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LTE与2G/TD分组域基于Gn/Gr接口进行互通，LTE多模终端从2G/TD接入后，通过P-GW（GGSN）访问数据业务，需要解决路由和域名解析两方面的问题。
（1）路由问题：基于目前的网络接口设计，LTE多模终端从2G/TD网络接入时如果锚定到Gn GGSN，则无法平滑移动到LTE网络。
解决方法：SGSN需能识别LTE用户，并将LTE多模终端路由到P-GW/GGSN。 （2）域名解析问题：EPC和2G/TD的域名解析方式不一样，EPC采用N记录查询。 解决方法：SGSN升级支持N记录查询方式。 3.2 EPC信令协议
EPC网络中信令协议全部采用IP技术，其中涉及到和用户的鉴权、数据、策略、计费管理相关的网元间都将采用基于IP的Diameter协议信令。
EPC、PCC网络架构（PCC架构主要由策略控制服务器PCRF、策略控制执行点功能PCEF、业务策略提供点功能AF等组成）如图2所示，S6a接口以及PCC架构中相关接口（红色五角星标识的接口）互通采用Diameter协议。
LTE信令组网应考虑信令业务量及网元配置2方面需求： （1）信令业务量需求。
近期：LTE信令网需要承载LTE用户S6a接口、LTE和2/3G用户Gx接口信令。 远期：LTE用户增长，引入VoLTE，LTE信令网需要承载LTE用户S6a接口及VoLTE Rx接口、LTE和H2/3G用户Gx接口信令。
（2）网元配置需求：受网元信令连接及号段配置能力限制，信令网需同时考虑省际、省内信令转接需求。
链路配置量大：发达省份MME/HSS/GGSN/P GW/PCRF数量达到100台以上，省内网元直连信令连接静态配置数据量大。
IMSI号段数据配置存在瓶颈：手机阶段，MME需要支持上万条数据配置，而多数厂家号段数据配置存在限制，仅支持几千及百条号段数据，难以区分本地、省内、省际号段，需要DRA区分号段，进行集中号码翻译。 3.3 QoS控制机制
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3GPP为EPS系统定义一套端到端Qos控制机制，但区别于2G/3G网络，SAE中QoS控制直接由网络侧决定，终端不再发起QoS控制请求，接入侧不再参与QoS协商。 EPS QoS具备以下几点特性：
（1）基于网络的QoS接纳控制：相比较传统QoS控制由UE侧发起，EPS承载的QoS控制策略的决策和下发由网络侧决定，减少QoS协商步骤，避免网络资源的浪费，有效提高网络资源利用率。（2）QoS控制参数简化：Qos的控制参数简化为4个参数，有利于业务QoS策略的制定和下发。（3）资源复用能力提高：引入聚合最大带宽概念，对资源进行统筹管理，避免承载空闲态的预留资源浪费，提高承载的统计复用能力，提高无线资源的使用效率。（4）多级QoS控制粒度：给出基于承载级、APN级、用户级三种粒度的QoS控制机制，制定更灵活的业务策略提供QoS保证。 3.4 引入IPv6
LTE具有永久在线特性，用户开机后，无论是否使用业务，都将自动获得一个IP地址，直到用户关机，对IP地址需求量远高于TD/2G网络，而IPv4地址资源已经很紧缺。LTE的永远在线的实现是基于LTE网络内的默认承载，如果给手机分配IPv4私网地址，通过NAT穿越访问公网业务，公网地址一段时间后就会释放掉，不能实现真正的永远在线，需要心跳来维持永远在线，占用很多无线资源。而且NAT的引入增加业务开通难度和网络成本，一定程度上影响了业务质量。
LTE网络若采用IPv6，用户上线即给终端分配IPv6公网地址，将不存在IP地址释放的问题，可以做到真正的永远在线。故LTE应在部署初期即引入IPv6，避免在网络建成后，再进行大规模升级。 4 结语
中国移动LTE总用户已经达到1.89662亿户，随着LTE用户的继续稳步增长，用户带宽的需求也提出了更高的要求，为做好无线网的承载，核心网EPC的演进也更为重要。考虑到越来越大的LTE用户并发数据业务需求，后期将针对流量管控策略、差异化服务策略、策略计费手段做专题研究。