4G核心网EPC概论

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EPC概论

【文章概况】EPC网络是4G移动通信网络的核心网。它属于核心网范畴，具备用户签约数据存储，移动性管理和数据交换等移动网络的传统能力。除此之外，它还增加了符合4G高速数据传输的扁平化网络模型，满足高速的数据报文交换。

一、             业务场景

小时候在香港黑帮影片中，看到黑帮老大拿着大哥声骂人，-根雪茄，走路晃来晃去的。这个大哥大还得有个专人的小弟来提着。上初中的时候，传呼机开始流行起来。高中的时候，身边越来越多的人开始使用了2G功能机，2007年乔帮主搞出了Iphone颠覆性的智能手机。

从大哥大到智能机，随着终端不断发展，从语音需求不断转化到互联网业务上，与之相对应的基站以及核心网不断往高速化发展。为了适应高速化的网络需求，整个网络趋向扁平化，达到用户快速接入和报文快速转发。

对于用户来讲，对2G、3G和4G网络的感受是2G用来打电话，3G上网速度变快了，打开新浪网页，不用等着慢慢加载，用户进行影片下载不用像之前等那么久了。使用电脑的用户想要上网了，直接插上数据卡就可以直接上网了，手机上网的用户直接打开手机浏览器即可自动连接网络。对用户而言，网络需要提供高速的网上冲浪体验，用户不关心网络侧提供的信令和用户业务报文转发过程。

二、             网络模型

图一 网络模型

上图的网络模型引用了3GPP TS 22.278协议。从网络模型图中，每种颜色代表一种子网络，粉色表示E-UTRAN 4G基站网络，黄色表示Non 3GPP接入的Wimax或CDMA基站网络，浅紫色表示为4G核心网EPC网络，白色表示Intenet网络。子网络之间可以根据业务场景进行内部实体的互通，例如E-UTRAN之间可以通过X2接口互相通信。每个网络之间可以通过协议互相连通，从而让各种无线接入技术都能使用EPC核心网的网络进行互通，从而为各种用户提供4G业务。当前的3G技术是CDMA2000，TD-SCDMA和WCDMA。CDMA2000属于美国主导的技术，由3GPP2来制定各个协议标准，演进到FDD-LTE网络中，通过图中的黄色接入到EPC网络中。WCDMA由欧洲主导，3GPP来制定协议标准，演进到FDD-LTE网络，通过图中的粉色子网络接入到EPC网络。TD-SCDMA由中国来主导，全球仅中国移动一家来推动产业链发展，核心网还是使用WCDMA那套，演进到TD-LTE网络，核心网还是EPC网络。

从EPC网络角度，它可以提供各种制式的4G和3G，甚至2G的终端接入到EPC网络中，并为用户提供访问Intenet业务以及用户漫游情况下的不同运营商的EPC网络交互。

EPC网络中基本的网络实体包含ENodeB、MME、HSS、SGW和PGW以及PDN。EnodeB也称为E-UTRAN orENB，是LTE的基站，与终端进行射频信号交互，当终端连接上基站后，它会进行信令和数据转发，将网络中的报文通过无线电信号与终端进行传输，基站是移动网络和固网的差别之一。

MME网元是用户接入控制和移动性管理，能够将终端发起的网络连接请求根据签约信息附着到SGW和PGW网元上。

HSS网元是保存用户签约信息，签约信息包含APN、QoS、漫游和鉴权等信息。

SGW网元是靠近ENB的网关，负责将用户的数据报文的正确转发PGW上，此时SGW可能与省内省外，国内国外的PGW对接。

PGW网元是靠近PDN侧的网元，它除了负责数据报文转发之外，它还具有许多丰富的基础功能，还可以部署在线计费和动态控制策略。

PDN可以是Internet，也可以企业内部的服务器，我的理解他就是一个基于IP的App应用。

三、             EPC的多样性

目前，随着OTT业务冲击，运营商主要赢利点语音和短信占总收入比重不断下降，例如Tencent的微信，能够提供随时免费的语音、短信和彩信业务，很快满足了人们的超低资费的通信需求。当人们大量使用互联网业务时，在EPC网络中产生了巨大的流量，但是流量的资费却很低，伴随着传统的语音业务下滑，运营商需要面对增量不增收的尴尬局面，这是全世界的所有运营商都面对的困境。

企业最需要的是利润，运营商肯定是不允许这种局面的失控，所以就想方设法，绞尽脑汁想着怎么再捞钱，怎么更快捞钱，怎么降成本等等来保持自己的利润。

1)      变相捞钱——识别用户业务，不同业务采取不同的计费策略和QoS策略。在2G的GPRS时代，移动甚至推出20元不限流量，主要2G的空口速度很慢，用户使劲用，也用不了多少，有点像一个3岁小孩，给一个大，知道他吃不完，但还是给了个大。现在不同业务流采取不同的策略，运营商想上网如何收钱，下载影片如何收钱等。小孩长大成年了，不能给个大，要看里面是肉包，菜包还是蟹黄，要根据里面的馅来差异收费。

2)      尽快捞钱——老手段，就是让你有钱才消费，你要把钱预存进去，然后你在一点点扣掉你的钱，然后再根据扣除的钱进行流量消费。更坏的是刚刚开始你账户的钱多时，网络给你提供很快的上网速度，当你的余额越来越少时，它提供的上网速度就越来越慢，你再交钱才能达到快速上网速度。例如每月花10元包50M流量，刚刚开始的30M用户上网速度很快，后20M时用户上网速度就变慢了，用户带宽变少，运营商美其名曰为提升用户体验，避免一下子断网，我感觉运营商还是想让你先甜后苦，还是想让你多交点钱。

3)      维护中心——网络维护服务。运营商中的设备由不同厂家生产，各个厂家虽然遵循标准协议，但是网络维护方式各不相同；加上设备非常多，设备之间很孤立，很难维护，然而这些设备对于设备商来说，对于他们生产的设备，他们特别熟悉设备的结构和组网，维护起来很方便，运营商可以将这块外包给设备商，来降低成本。目前这块在业界都比较成熟。

4)      棱镜门——斯诺登引发了全球关于个人隐私和国家安全的巨大争议，以及美国通过他们强大企业的后门来监控其他国家，造成了美国与其他国家的紧张关系。在此是想说下EPC网络也提供了监听的功能，EPC通过LIG监听网关交互来对接监听中心。当监听中心设置某一终端的号码，那么该终端所进行信令交互和数据传输都能在监听中心实时展现出来。

四、             小结

本文主要讲下为什么出现EPC网络，能够提供面向用户的哪些业务，EPC网络多样性。下篇讲解EPC网络中的GTPv2接入。

雪松 写于2013年7月11日星期四

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