3GPP在制定3GPP長期演進計畫LTE的同時,平行進行了系統架構的演進SAE。標準方面,3GPP Release 8提出LTE和SAE的概念,分別明確了演進的無線網路E-UTRAN以及演進的分組核心網EPC的發展方向,確定這兩個系統只針對分組交換域PS進行規劃和設計,而傳統的電路交換域CS業務完全基於分組交換來承載。
基本介紹
- 中文名:EPC邏輯功能
- 外文名:EPC logical function
- 套用學科:通信
網路接入控制功能,分組路由和傳輸功能,安全功能,移動管理功能,無線資源管理功能,網路管理功能,選擇功能,IP網路相關功能,eNodeB和多個MME連線的功能,E-UTRAN共享功能,
網路接入控制功能
網路接入控制功能用來控制用戶接入EPS系統。
(1)網路和接入網選擇:UE選擇一個PLMN或一個接入網來獲取IP連線。不同的接入技術有不同的網路選擇過程。對於3GPP接入網,3GPP技術規範TS23.122描述了網路選擇原理,TS36.300、TS43.022和TS25.304描述了接入網路過程;非3GPP接入過程在TS23.402中給出。
(2)鑒權和認證功能:對請求服務的用戶和服務請求類型的有效性進行鑒權和認證,以確保用戶合法使用網路,其中鑒權功能總伴隨著移動性管理功能。
(3)準入控制功能:準入控制功能決定用戶請求的資源是否可用,如果可用則為用戶預留出這些資源。
(4)PCEF:定義在3GPP技術規範TS23.203中,包括業務數據流檢測、策略增強、基於流的計費功能等。
(5)合法監聽功能:由網路運營商、接入網供應商或服務供應商來實施,向授權的官方機構提供(用戶的)相關信息。
分組路由和傳輸功能
路由指用於在PLMN內部或PLMN之間傳輸分組數據的有序節點列表。每個路由由一個起始節點、零個或若干箇中間節點以及一個目的地節點組成。尋路是按照一系列規則決定和使用路由,在PLMN內部或PLMN之間傳輸訊息的過程。EPS(包括E-UTRAN和EPC)是一個IP網路,使用IP網路標準的尋路和傳輸機制,包括以下功能。
(1)IP頭壓縮功能,通過對IP頭的壓縮機制,可以最佳化無線容量。
(2)分組包過濾功能,使網路可以檢查UE是否嚴格使用了分配給UE的IPv4地址和IPv6地址前綴。
安全功能
EPS中的安全功能包括加密功能和完整性保護功能。
(1)加密功能:對用戶數據和信令進行加密,確保無線信道上的安全。
(2)完整性保護功能:確保UE和網路之間信令的完整性。
移動管理功能
移動管理功能用於網路跟蹤UE的位置,特別是在ECM空閒態(ECM-IDLE)下的UE位置。此外,SAE還引入信令消減ISR的概念,提供一個機制來限制空閒態(ECM-IDLE、PMM-IDLE、GPRSSTANDBY)的UE在不同RAT之間漫遊時,因小區重選產生的信令數量。
1.UE處在ECM空閒態時的可達性管理
UE處在ECM空閒態時,網路只能確定UE在哪個TA當中。當網路對ECM空閒態的UE進行尋呼時,要在UE當前註冊的TA的所有小區內進行尋呼。如果UE註冊了多個TA,則該UE註冊的所有TA(組成一個TA列表)都應由同一個服務MME來進行服務。
處在EMM註冊態(EMM-REGISTERED)的UE在其TA更新(TAU)計時器逾時後,要及時進行TA位置更新,確保網路可以找到它。如果處於EMM註冊態的UE漫遊到E-URTAN覆蓋之外(包括駐留在2G/3G小區),當該UE的TAU計時器逾時且ISR功能是激活的,則UE的E-UTRAN去激活ISR計時器開始計時。當去激活ISR計時器逾時,UE把它用於下一次更新的臨時ID(TIN)設為“P-TMSI”,並關閉ISR功能。接下來,如果該UE返回E-UTRAN覆蓋區,因為UE還處在EMM註冊態,則需要及時進行一次TAU。
同樣,如果UE駐留在E-UTRAN小區或在ECM連線態(ECMCONNECTED),當UE的RAU或LAU計時器逾時且ISR功能是激活的,則UE的GERAN/UTRAN去激活ISR計時器開始計時。當去激活ISR計時器逾時,UE把它的臨時ID(TIN)設為“GUTI”,並去激活ISR。接下來如果該UE返回2G/3G覆蓋區,因為UE還處在GMM/PMM註冊態,需要及時進行一次RA/LA更新(RAU/LAU)。
如果UE成功完成了一次TA更新,則關閉E-UTRAN去激活ISR計時器;如果UE成功完成一次RA/LA更新,則關閉GERAN/UTRAN去激活ISR計時器。
TAU計時器/RAU計時器/LAU計時器逾時並不會使UE改變RAT。
任何時候只要UE進入ECM空閒態(ECM-IDLE態)或UE由於切換離開E-UTRAN,UE就要重新開啟TAU計時器。UTRAN的RRC狀態轉換和2GGPRS的STANDBY/READY態轉換對TAU計時器沒有影響。
從2G/3G向E-UTRAN切換時,會導致RAU計時器的啟動,除此之外E-UTRAN的RRC狀態轉換對RAU計時器或LAU計時器都沒有影響。
MME有一個移動可達計時器,和UE的TAU計時器有相同的初值。如果MME的這個計時器逾時,MME能推測UE此時已經離開覆蓋範圍。但MME不知道UE會離開覆蓋範圍多久,因此MME不會馬上刪除該UE的承載,而是清除PPF標誌位,並啟動一個隱性去附著計時器,該計時器有一個相對大的初值(如果ISR是激活的,則該計時器至少要比UE的E-UTRAN去激活ISR計時器初始值大一點)。當PPF標誌被清除,MME不會再在E-UTRAN覆蓋內尋呼該UE,並會在收到服務網關給該UE的下行數據通知訊息時,向服務網關回復一個下行數據通知拒絕訊息。如果在UE和網路聯繫之前隱性去附著計時器就逾時了,則MME能啟動一個MME發起的去附著過程,去附著該UE。
2.TA列表管理
為UE分配或重分配跟蹤域標識(TAID)列表。UE註冊的TA列表中所有的TA由同一個服務MME負責服務。
3.eNodeB之間移動錨點功能
該功能體是UE在E-UTRAN內移動時,用戶面的錨點。
4.3GPP之間移動錨點功能
該功能體是UE在E-UTRA接入系統和3GPP2G/3G接入系統之間移動時,用戶面的錨點。
5.空閒態時信令消減(ISR)功能
(1)ISR的概念
當UE在E-UTRAN和GERAN/UTRAN之間進行RAT重選時,會伴隨TAU和RAU過程,這些過程會產生大量信令。特別是在LTE/SAE建網早期,相對於GERAN/UTRAN,E-UTRAN更多會以孤島覆蓋和熱點覆蓋的形態出現,這導致RAT重選會非常頻繁。對空閒態的UE的信令消減可以降低RAT重選時調用TAU和RAU過程的頻率,能大大減少UE和網路之間以及網路之間的信令互動。
ISR功能使UE在周期性TAU/RAU計時器逾時之前的任何跨RAT切換中,都不會發起TAU和RAU過程。
支持GERAN/UTRAN的E-UTRANUE必須支持ISR功能,而網路對該項功能的支持只是可選的。UE和網路側(包括SGSN、MME、服務網關和HSS等網元)都要有特別的功能實體來支持ISR功能。
ISR功能由核心網節點(MME和SGSN)來決定是否激活,並在RAU和TAU信令中明確通告UE。只有當UE可以通過E-UTRAN和GERAN/UTRAN註冊,才有可能通過MM過程激活ISR,也就是說在沒有E-UTRAN覆蓋的地方,或只有E-UTRAN覆蓋的地方,則都不可能激活ISR。一旦ISR功能被激活,它會一直維持到UE因某個原因自己啟動去激活(如UE因ISR去激活計時器過期而自己取消了ISR功能),或SGSN/MME在某次更新過程中指示關閉網路中的ISR功能,即網路中的ISR狀態在每次更新時都可以被刷新。
當ISR功能被激活,這意味著以下內容。
①UE在MME和SGSN上都註冊過了。
②SGSN和MME都各有一個和服務網關的控制連線,MME和SGSN都已在HSS上註冊。
③UE存儲了來自SGSN的MM參數(如P-TMSI和RA)和MME的MM參數(如GUTI和TA)。
④UE存儲了會話管理(承載)上下文(因為3GPP移動錨點的存在,會話管理層面的上下文對E-UTRAN和GERAN/UTRAN都是一樣的)。
因為有ISR功能,空閒態的UE可以在註冊的TA和RA之間(即在E-UTRAN和GERAN/UTRAN之間)來回漫遊而不會觸發任何網路更新信令。當ISR功能激活時,SGSN和MME都要各自存儲對方的網路地址。
當ISR功能激活時,如有下行數據到達服務,S-GW在SGSN和MME上發起尋呼過程。為了回響網路的尋呼,或者UE自己要進行上行數據傳輸,UE則在當前駐留的RAT上進行正常的服務請求過程,而不用進行任何更新。
UE和網路各自獨立運行周期性更新計時器。如果接收不到UE的周期性更新請求,MME和SGSN可以獨立進行隱性去附著:在相關CN節點上刪除會話管理(承載)上下文,並從服務網關上刪除相關控制連線。SGSN或MME的隱性去附著過程會去激活網路中的ISR功能。在UE方面,當UE不能及時進行周期性更新,則去激活ISR功能:當ISR是激活的時候,如果UE的周期性更新計時器過期,UE則開啟一個去激活ISR計時器,當這個計時器過期時UE還不能進行更新則UE去激活ISR功能。
(2)TIN的用法
UE有可能從MME和SGSN都得到有效的MM參數,考慮到這一點,設計了用於下一次更新的臨時ID(TIN)。TIN是UE中MM上下文的一個參數,它用來在下一次RAU請求或TAU請求訊息中標識UE的身份,也標識了UE中ISR的狀態。
TIN能取下面三個值中的一個:“P-TMSI”、“GUTI”或“RAT相關的TMSI”。只有當TIN的值設為“RAT相關的TMSI”時,才標誌著UE的ISR功能處於激活狀態,UE在RAT間切換時不需要進行更新。當接收到一個“附著接受”訊息、“TAU接受”訊息或“RAU接受”訊息,UE按表1中給出的規則設定TIN的值。
表1 設定TIN
UE接收到的訊息 | UE當前存儲的TIN值 | 當接收到訊息時應該設定的TIN值 |
附著接受訊息(通過E-UTRAN),但沒有指示ISR激活 | 任何值 | GUTI |
附著接受訊息(通過GERAN/UTRAN),但沒有指示ISR激活 | 任何值 | P-TMSI |
接受TAU請求,沒有指示ISR激活 | 任何值 | GUTI |
接受TAU請求,並指示ISR激活 | GUTI | GUTI* |
P-TMSI或RAT相關的TMSI | RAT相關的TMSI | |
接受RAU請求,沒有指示ISR激活 | 任何值 | P-TMSI |
接受RAU請求,並指示ISR激活 | P-TMSI | P-TMSI* |
GUTI或RAT相關的TMSI | RAT相關的TMSI | |
注*:“RAU/TAU接受”訊息指示UE激活ISR功能,但UE沒有把TIN設為“RAT相關的TMSI”,而是維持原有的TIN值,這屬於特殊情況。這是因為一些特殊情況要處理(見第6點“特殊情況的處理”所示),導致UE去激活ISR功能。這時只有維持原有的TIN值,UE才能在RAT變更後進行RAU或TAU過程。 |
如果ISR是非激活的,則TIN總是被設為當前RAT的臨時ID,如在E-UTRAN中就設為GUTI,在UTRAN中就設為P-TMSI。這可以保證總能使用最新的上下文數據。這也意味著UE在RAT之間轉換時,總要從服務於最近一次使用的RAT的CN節點那兒導入上下文。UE的ID(“舊的GUTI”IE和“附加的GUTI”IE)會附在下一次TAU請求訊息中,而“舊的P-TMSI”IE和“附加的P-TMSI/RAI”IE會附在下一次RAU請求訊息中,如表2所示。
表2 用於TAU/RAU請求的舊UEID(舊GUTI和舊P-TMSI)
UE要傳送的訊息 | TIN值:P-TMSI | TIN值:GUTI | TIN值:RAT相關的TMSI |
TAU請求 | 從P-TMSI/RAI中映射的GUTI* | GUTI | GUTI |
RAU請求 | P-TMSI/RAI | 從GUTI映射的P-TMSI/RAI** | P-TMSI/RAI |
注*:UE傳送TAU請求說明UE當前在E-UTRAN中,UE的TIN值為P-TMSI說明UE是剛從GERAN/UTRAN中漫遊過來的且ISR功能是關閉的,則TIN應該設為GUTI,且該GUTI應是從舊的從P-TMSI/RAI映射而來。 注**:UE傳送RAU請求說明UE當前在GERAN/UTRAN中,UE的TIN值為GUTI說明UE是剛從E-UTRAN中漫遊過來的且ISR功能是關閉的,則TIN應該設為P-TMSI/RAI,且該P-TMSI/RAI應是從舊的從GUTI映射而來。 |
如果舊的GUTI和舊的P-TMSI是從其他標識中映射而來的,附加GUTI或附加P-TMSI信息允許MME/SGSN使用已存在的UE上下文。
(3)ISR示例
圖1是ISR工作的一個示例。
圖1ISR示例
過程開始,是普通的UE“附著請求”過程,“附著接受”訊息中也沒有指示激活ISR功能。附著過程會刪除UE中所有舊的ISR狀態信息。在附著請求訊息中,UE把TIN設為“GUTI”,在附著到MME後,UE可以通過E-UTRAN跟EPC進行任何互動,而不會改變ISR狀態,這時ISR保持非激活狀態。
當UE第一次選擇GERAN或UTRAN時,它要發起一個RAU(注意不是一個附著請求),這時就可以激活ISR功能。因為TIN標識為“GUTI”,UE在RAU請求時使用的UE標識是從GUTI映射而來的P-TMSI(因為沒有附著過程,GERAN或UTRAN沒有給UE分配P-TMSI)。SGSN從MME得到上下文,因為ISR功能被激活,現在兩個節點都保有這些上下文,並且並行在HSS上註冊。RAU接受訊息指示UE激活ISR,UE保存P-TMSI(已在SGSN處註冊過)和GUTI,並把TIN設為“RAT相關的TMSI”。
至此,UE可以在E-UTRAN和UTRAN/GERAN中的RA/TA之間來回漫遊而不用進行任何網路更新。
(4)ISR功能激活時的下行數據傳輸
圖2是當ISR激活時,向空閒態UE傳輸下行數據的示例。當服務網關收到傳給某UE的下行數據,因為ISR功能是激活的,服務網關同MME和SGSN都有控制連線,則服務網關給兩個節點都傳送下行數據到來的通知。MME和SGSN接到通知後,開始各自在該UE註冊的所有TA和RA上尋呼該UE。
如圖2所示,當假設UE當前駐留在E-UTRAN中時,UE回響MME的尋呼,發起服務請求。接下來MME開始建立服務網關和eNodeB之間的用戶面連線,開始傳輸下行數據。
圖2ISR功能激活時的下行數據傳輸
如果UE駐留在UTRAN/GERAN中,則UE回響尋呼後,SGSN進行用戶面連線,開始傳輸下行數據,在此過程中沒有任何更新請求。
(5)ISR去激活
EPC中沒有專門的功能體來完成UE的ISR功能去激活。ISR狀態在每次RAU和TAU接受訊息中都會更新。如果在這些訊息中沒有明確指示ISR功能激活,就暗示此時ISR功能必須去激活。則UE根據RAU或TAU來把TIN的值設定為“GUTI”或“P-TMSI”。
(6)特殊情況的處理
如下特殊情況下,UE、MME和SGSN的狀態會不同步。
①修改或激活附加承載。
②失去周期性更新,如因為RAT覆蓋丟失,或UE不再選擇使用該RAT(這可能會導致MME或SGSN的隱性去附著)。
③服務網關改變。
④UE的DRX參數改變。
⑤UE的核心網能力改變。
⑥一個和UTRAN連線的UE選擇了E-UTRAN,如在URA_PCH態的UE釋放了UTRAN的Iu接口。
重新同步必須先關閉ISR功能,等執行正常RAU/TAU過程後再激活ISR功能。
6.移動限制
移動限制功能用於對在E-UTRAN內移動的UE進行接入限制。移動限制功能由UE、無線接入網和核心網共同提供。ECM空閒態時的移動限制功能由UE基於從核心網接收到的信息來執行。在ECM連線態時的接入限制功能由接入網和核心網來執行,核心網會給無線網提供一個切換列表,列出UE的漫遊區域和接入限制區域。
無線資源管理功能
無線資源管理(RRM)功能涉及分配和維護無線通信通路,由無線接入網完成。E-UTRAN的RRM策略可以基於用戶特定信息。
要支持E-UTRAN的RRM,MME通過S1接口向eNodeB提供RAT或頻率選擇優先權(RFSP)索引。RFSP索引由eNodeB映射到本地的配置中,形成本地特定的RRM策略。每個用戶都有特定的RFSP索引套用,所有的無線承載也都會用到該索引。可以由RFSP導出每個用戶的小區重選優先權,用於控制空閒狀態的UE在小區的駐留;也可以由RFSP導出一些判決條件,把UE引導到其他頻點或RAT。
MME從HSS接收到RFSP索引(如在附著過程)。對於非漫遊用戶,MME把RFSP索引通過S1透傳給eNodeB(MME不改動RFSP索引中的內容)。對於漫遊用戶,MME可以基於訪問地網路策略,有選擇性地給eNodeB(通過S1接口)傳一個RFSP索引(如針對每個HPLMN對RFSP索引進行預配置,或對所有獨立於HPLMN的漫遊用戶使用同一個RFSP索引)。當E-UTRAN內部切換時,且有X2接口可用,RFSP索引從源eNodeB通過X2接口轉發到目標eNodeB。
MME存儲從HSS接收到的RFSP索引和正在使用中的RFSP索引(前面說過了,MME可能會修改從HSS接收到的RFSP索引,正在使用中的RFSP索引是根據訪問地網路策略導出的)。在MME之間的移動過程中,源MME向目標MME轉發上述兩種RFSP索引。如果目標MME和源MME屬於不同PLMN,則目標MME不會使用源MME正在使用的RFSP索引,而是根據本網的網路策略修改產生新的RFSP索引。
傳輸RFSP索引(從MME到eNodeB)的S1訊息定義在3GPP技術規範TS36.413中。E-UTRAN方面對RFSP索引的使用和處理見3GPP技術規範TS36.300。
網路管理功能
網路管理功能提供對EPS的操作和維護。
1.MME之間的負載平衡
MME負載平衡功能把一個接入MME資源池區域的UE導向一個合適的MME,確保MME之間的負荷是平衡的。進行負載平衡時,為每個MME預設一個加權因子,eNodeB選擇MME的機率和MME的加權因子成正比。這個加權因子一般根據MME節點相對於其他MME節點的容量來設定(最簡單的設定,加權因子可以等於MME的容量和資源池總容量的比),並由MME通過S1AP訊息傳給eNodeB。在建立了S1-MME連線後,如果MME的容量改變,運營商還可以改變加權因子。甚至一個新安裝的MME還可以在初始階段被設定一個相對大的加權因子,這樣可以使該MME快速增加它的負載。除此之外,加權因子不會做經常性的改動。在一個成熟網路中,考慮到系統也會增加RAN或CN節點,正常情況下對加權因子大概平均一個月左右更改一次。
2.MME之間的負載平衡調整
負載平衡調整可以把已經註冊到某個MME上的UE調整到同一個MME資源池的其他MME中去。當然,如果MME資源池中的MME都過載了,負載平衡調整功能將停止工作。
eNodeB可以預先調整它們的負載平衡參數,如想要把所有的用戶從某MME移走,則可把該MME的加權因子設為零,這樣可以把新用戶引導到資源池的其他MME上去。
要卸載ECM連線態的用戶,MME會先發起S1釋放過程,並指明釋放原因是負載平衡。S1和RRC連線因此被釋放,隨後UE發起一個TAU並明確告訴eNodeB現在建立RRC的原因是因為先前進行了負載平衡。
當卸載發起時,MME不應馬上釋放所有的S1連線(雖然這些連線的確是被選中要釋放掉的)。MME可以等到S1因為“不活躍”的原因被釋放掉(比如沒有如期進行周期性TAU)。當MME將要被完全卸載,MME可以對所有剩餘的UE(通過正常TAU過程,或因為“不活躍”的原因而發起的S1釋放過程沒能釋放掉S1連線的UE)發起S1“強制”釋放過程。
要卸載正在進行TAU過程的UE或正在ECM空閒態發起附著過程的UE,MME要先完成這些TAU或附著過程,並在過程結束時釋放S1(給出的釋放原因是負載平衡)。S1和RRC連線被釋放後,UE必須隨後發起一個TAU並告訴eNodeB現在建立RRC的原因是因為先前進行了負載平衡。
當UE告訴eNodeB當前建立RRC的原因是因為負載平衡,eNodeB應該為UE另選擇一個MME(即GUMMEI號不同的另外一個MME)。
如果要卸載在ECM空閒態的UE,又不想等到UE進行了TAU或業務請求(UE會因此變為ECM連線態)後再進行卸載,MME可以主動尋呼UE,把UE變成ECM連線態。如果尋呼失敗而ISR又是激活的,UE有可能進入了GERAN/UTRAN覆蓋,則MME應該調整它的尋呼重傳策略。
3.過載時的MME控制
MME中包含避免過載和處理過載情況的機制,正常情況下MME使用NAS信令來拒絕UE的NAS請求。
此外也有一些非常見的情況,MME會進行負載限制(如果MME被配置為可以進行負載限制),來限制eNodeB產生的負載。此時針對所有和該MME有S1接口連線的eNodeB,MME會按一定比例先選擇一部分eNodeB,對它們調用S1接口過載過程(過載開始訊息/過載結束訊息等)。比例的大小反映了MME希望減小的負載的數量。MME會隨機選擇具體是哪部分eNodeB。通過過載開始訊息,MME要求eNodeB進行如下操作。
(1)拒絕所有非緊急用戶發起(MO)的PS和CS業務的RRC連線請求。
(2)拒絕所有的新EPS移動性管理信令(如TAU)的RRC連線請求。
(3)只允許緊急會話的RRC連線。
當因為過載原因拒絕一個RRC連線請求時,eNodeB會把拒絕的原因附在拒絕訊息上,告訴UE將在一段時間內限制RRC連線請求。當MME恢復正常時,MME給這些eNodeB發過載停止訊息,希望重新增加它的負載。
MME內部硬軟體故障可能導致MME負載處理能力下降。一般這種故障會導致向操作維護系統告警。只有當操作維護系統確定資源池其他部分還有剩餘容量時,操作維護系統才可以啟動負載再平衡過程把該MME的部分負載移走。啟動這個過程需要特別小心,以免這個負載再平衡過程使資源池中的其他MME(或鄰近SGSN)過載,產生更大範圍的系統故障。
選擇功能
1.PDN網關選擇功能
PDN網關選擇功能為3GPP接入分配一個PDN網關,由該PDN網關來提供到UE的PDN連線。這個功能使用HSS提供的用戶信息和其他附加標準(如果有的話)來作為分配的準則,HSS還指示哪一個PDN用戶簽約上下文是UE默認的。HSS提供的PDN用戶簽約上下文包括以下這些。
(1)一個PDN網關的ID和一個APN(如果需要和3GPPRelease8之前版本的2G/3GSGSN進行互操作,是不能直接使用包含簽約PDN網關地址的PDN用戶簽約上下文的)。
(2)一個APN和一個對該APN的指示,指示是否允許分配訪問地PLMN的PDN網關,或是否應該分配一個歸屬地PLMN的PDN網關。此外還可以附上一個PDN網關的IP位址(這一項是可選的),用於非3GPP接入的切換。
在分配靜態地址的情況下,選擇靜態PDN網關的方法有兩種:可以配置APN,讓它跟一個給定PDN網關建立映射關係;或者由HSS提供一個PDN網關的ID號。
在UE已經跟一個或多個PDN建立了連線的情況下,要和一個新PDN建立連線,UE要為EPC的PDN網關選擇功能提供APN。
如果某個HSS提供的PDN用戶簽約上下文包含一個通配符APN(詳細描述見3GPP技術規範TS23.003),則無論UE提供的APN是什麼,都可以為之建立起一個動態分配地址的PDN連線。
如果HSS提供的是一個PDN網關的ID號,則不需要進行PDN網關選擇,因為PDN網關的ID就明確指定了PDN網關。如果PDN網關的ID號包括PDN網關的IP位址,則這個IP位址就是PDN網關的IP位址;否則PDN網關的ID號應包括一個全域名(FQDN),域名服務功能根據S5/S8的協定類型(PMIP或GTP)用FQDN來導出PDN網關的IP位址。
如果HSS提供的PDN用戶簽約上下文允許從訪問地PLMN分配PDN網關,則PDN網關選擇功能實體在訪問地PLMN中用APN導出PDN網關的ID號。如果從訪問地PLMN中導出訪問地PDN網關ID號的嘗試失敗或如果不允許從訪問地PLMN分配PDN網關,則在歸屬地PLMN中使用該APN導出一個PDN網關的ID號。PDN網關的ID號是由DNS功能使用APN、簽約數據和附加信息導出的。如果PDN網關的ID是一個邏輯名字而不是IP位址,則可以使用DNS功能根據S5/S8中使用的協定類型解析出PDN網關地址。在MME/SGSN中,要記錄每個歸屬地PLMN的S8地址類型(類型為“PMIP”或“GTP”)。
如果簽約用戶中有APN運營商編號(APN-OI)替代域(該域中的內容,在進行構建PDN網關的FQDN(用於DNS解析)時,可以用來取代APN-OI部分),則PDN網關域名中的APN-OI部分被APN-OI替代域的內容所取代。否則,或當解析上述PDN網關域名失敗,服務功能節點將給PDN網關域名附貼一個合適的APN-OI標籤。如果域名服務功能提供一個PDN網關地址列表,則可以從列表中選一個PDN網關地址。
如果UE提供了一個APN,只要簽約上下文允許,EPC會把它當作是HSS提供的APN一樣來使用。在選擇PDN網關的過程中,被選擇的PDN網關地址可以提供給UE。UE在進行基於歸屬地的移動HBM(只有支持DSMIPv6或MIPv4協定的UE才能進行HBM,HBM的內容詳見3GPP技術規範TS23.402)時,會用到PDN網關地址。如果UE明確要求獲得PDN網關的地址且PDN網關也支持HBM(即PDN網關支持DSMIPv6或MIPv4協定),則PDN網關地址應該提供給UE。
2.服務網關選擇功能
服務網關選擇功能為UE選擇一個可用的服務網關。服務網關的選擇基於網路拓撲結構,一般原則是服務網關服務區域內的UE就由該服務網關服務;如果服務網關的服務區重疊,選擇服務網關的原則是要儘可能減少未來服務網關切換的機率。此外,服務網關的選擇還要保持服務網關之間的負載平衡。
如果用戶從只支持GTP協定的歸屬地網路漫遊到PMIP網路,則可能會有一部分業務被路由到歸屬地,通過歸屬地PDN網關處理,另一部分業務通過訪問地PDN網關進行本地疏導。被選中做本地疏導的PDN網關支持PMIP協定,而處理歸屬地業務的歸屬地PDN網關使用GTP協定。這意味著服務用戶的服務網關需要同時支持GTP和PMIP協定,並要為這種用戶同時建立本地疏導和歸屬地路由的會話。對於同時支持GTP和PMIP的服務網關,MME/SGSN應該通知服務網關S5/S8接口上使用哪個協定。
如果用戶從只支持GTP協定的歸屬地網路漫遊到PMIP網路,如果訪問地網路中,有支持GTP協定的PDN網關,則可以用該PDN網關來進行本地疏導;或用戶就不被允許使用訪問地的PDN網關(即業務要通過歸屬地的PDN網關來處理)。在這兩種情況下,可以選擇只支持GTP協定的服務網關。
對於從非3GPP接入網漫遊過來的情況,作為錨點的服務網關選擇功能見3GPP技術規範TS23.402。
MME中的服務網關選擇功能要確保一個TA列表中所有的TA屬於同一個服務網關的服務區域。
3.MME選擇功能
MME選擇功能為UE選擇一個可用的服務MME。服務MME的選擇基於網路拓撲結構,一般原則是MME服務區域內的UE就由該MME服務;在MME服務區重疊的情況下,選擇MME服務區的原則是要儘可能減少未來進行MME切換的機率。當MME/SGSN選擇一個目標MME時,要在可能的目標MME之間進行一個簡單的負載平衡。當eNodeB選擇MME時,要進行MME之間的負載平衡。
4.SGSN選擇功能
SGSN選擇功能為UE選擇一個可用的服務SGSN。服務SGSN的選擇基於網路拓撲結構,一般原則是SGSN服務區域內的UE就由該SGSN服務;在SGSN服務區重疊的情況下,選擇SGSN服務區的原則是要儘可能減少未來SGSN切換的機率。當MME/SGSN選擇一個目標SGSN時,要在可能的目標SGSN之間進行一個簡單的負載平衡。
5.PCRF的選擇
無論是歸屬地疏導還是訪問地本地疏導的情況,都可以由多個PCRF通過Rx、Gx、S9參考點為PDN網關和AF提供服務,因此當進行一個UE的IP關聯的接入網(IP-CAN)會話時,在PCRF接口上會觸發多個PCC會話。PCRF的選擇和多個PCC會話的連線見3GPP規範TS23.203。
IP網路相關功能
域名服務功能:域名服務功能把邏輯PDN網關名字解析為PDN網關地址。該功能是標準的Internet功能,定義在RFC1034中,該規範可以把EPS中的PDN網關和其他節點的名字解析為IP位址。
DHCP功能:為UE傳遞IP配置信息。該功能是標準的Internet功能,定義在RFC2131、RFC3736、RFC3633和RFC4039中。
eNodeB和多個MME連線的功能
一個eNodeB可以連線多個服務MME,這意味著eNodeB必須能決定哪個MME(該MME覆蓋著UE所在的位置)接收UE的信令。為了避免核心網中不必要的信令開銷,一個已經附著在某個MME的UE通常將一直由該MME服務,直到UE離開整個資源池(MME關聯的資源池)的覆蓋範圍。所謂資源池是從RAN角度看的一個或多個TA,由一組MME來服務,這裡不排除這一組MME中的一個或多個MME也為資源池外的其他TA服務。這組MME也叫做一個MME資源池。
為使eNodeB來決定哪個MME接收UE的信令,本功能體定義了一個路由機制和其他相關機制。這個路由機制要求從關聯到資源池的一組MME中找到那個所謂的“舊”MME:即當一個UE從資源池中漫遊出去,到了另一組(或一個)MME服務的區域,而這組MME不知道原資源池的內部結構,那么“新”MME(這一組中的某個,被選中為該UE提供服務)會使用GUTI向原資源池中的那個“舊”MME發身份驗證請求訊息或上下文請求訊息。這個路由機制實際上利用了這樣一個事實:為一個資源池服務的每個MME,在該資源池中都有它自己專有的GUTI號段。
E-UTRAN共享功能
E-UTRAN共享是運營商之間達成的一項共享接入網的協定,對用戶應該是透明的。這意味著E-UTRAN的用戶終端需要能在一個共享接入網中辨別出不同運營商的EPC,且這些不同運營商的EPC能夠被當作普通的、在非共享網路中的EPC一樣來處理。E-UTRAN終端支持E-TURAN共享。
E-TURAN架構允許不同的核心網運營商連線到一個共享無線接入網。這些運營商不僅可以共享無線網元,也可以共享它們自己的無線資源。對每個運營商來說,除了這個共享的接入網外,運營商還可以擁有自己專用的無線接入網部分,如運營商獨有的2G/3G無線接入網。對於E-UTRAN,在S1參考點上支持多運營商核心網(MOCN),配置定義在3GPP規範TS23.251中。