5G核心网技术基础自学系列 | 5G中的EPC

Posted 2022-11-23 COCOgsta

书籍来源：《5G核心网 赋能数字化时代》

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在第3章中， 我们介绍了非独立架构(NSA)的概念， 在3GPP架构规范中也称EN-DC。在此架构中， 称为双连接的EPS功能把具有5G DC能力的终端通过5G NR连接 到EPC。在本章中， 我们将简要描述EPC， 并概述如何在5G环境下使用它。有关EPC架构、功能和特性的更多信息， 参见文献(Olsson etal， 2012) 。第12章进一步描述了接的重要概念。

基于EPC的系统的关键基本功能包括对多个3GPP RAT(即GERAN、UTRAN和E-UTRAN) 的支持、对非3GPP接入(例如W-LAN) 的支持以及对固定接入的支持。同时它们都集成了以下功能：移动性管理、会话管理、网络共享、控制和用户面分离、策略计费控制、签约管理以及安全。多年来， EPC不断发展壮大， 增加了其他功能， 例如，机器类型通信和蜂窝物联网(MTC和CIoT) ， 通过设备到设备(D2D) 和车联网(V2X)持邻近通信模式， 专用核心网(DECOR) 选择以及GW的控制面和用户面分离(CUPS)。DECOR和CUPS是基础核心网架构的两个关键助力因素， 因为它们为运营商针对特定标用户部署差异化核心网提供了灵活性和多样性，从而增强了基于EN-DC的5G EPC。图4.1和图4.2分别描述了关键EPS架构和5G EPC的简化架构。

图4.1 LTE的核心EPS架构

图4.2 简化的5G EPC架构

由于4G和增强型4G的无线网络增加了吞吐量和带宽，运营商希望从网关(GW)提供的用户面功能中寻求更大的灵活性和不同等级的要求。基本的EPC在某种程度上了提供了控制和用户面的分离，特别是通过将会话管理、用户面功能和外部数据连接分离到单独的GW中，但是这些GW(例如SGW和PGW) 仍保留着会话管理的控制面功能。如4.4节所述，CUPS可以将SGW和PGW功能分离为控制面和用户面组件。CUPS工作的驱动力来自运营商的需求，包括能彼此独立地对控制面和用户面功能扩缩容，以及可以独立于控制面功能以灵活的方式部署用户面功能。

CUPS工作的结果是SGW和PGW(以及TDF) 控制和用户面功能的分离， 单一的控制面功能可以灵活控制多个用户面功能。控制面和用户面各自独立地扩缩容，因而网络中增加用户面容量时，不会影响控制面组件。

EPC中还引人了专用核心网(DECOR) 和增强的DECOR的功能。运营商可以将其核心网划分为独立的专用核心网， 它们可以包含专用的MME、SGW和PGW， 服务于特定的用例(比如CIoT和MBB) 。结合无线接入网中的双连接功能(更多详细信息， 请参阅第12章) ， RAN可以通过添加辅助的RAT(即5G NR) 来提高UE的吞吐量， 从而运营商可以利用EPC创建早期的5G系统。如图4.2所示， 以NR作为辅助RAT的EPC中的这些组合功能(即DC、(e)DECOR、CUPS) 被称为5G的EPC。

EPC的两个功能(DECOR和CUPS) 的一个关键方面是， 最大限度地减少对UE的影响， 或者不影响UE， CUPS功能的开发甚至也没有影响MME和PCRF等现有的外围节点。我们将分别在4.3节和4.4节中详细讨论这两个功能。相反，要使双连接(DC)正常工作， 需要UE的支持才能同时连接两个RAT(LTE和NR) ， MME和GW也需要支持双连接相关的额外的功能，这将在第12章中进行描述。

让我们考虑一个部署的例子， 其中运营商计划部署NB-IoT和MBB。一些MBB用户具有IMS服务， 而其他用户对流量有较高要求。运营商可以决定使用DECOR将其核心网分为两个专用核心网， 一个用于NB-IoT， 一个用于MBB。在核心网的MBB部分， 运营商还决定为MBB APN部署高流量的用户面GW， IMS服务则使用另一组用户面的GW，这两个功能均由单个控制面功能控制。运营商还可以决定部署DC以增强无线容量。这些功能的组合利用EPC部署早期的5G NR， 还能继续支持所有的4G EPS功能， 对已有的部署没有任何额外影响。

所有这些功能共同影响核心网节点的选择功能(即MME、SGW、PGW) ； 对于DC，如果UE支持DC功能，并需要大容量和高吞吐量的GW来支持增加的业务量，可以进一步增强SGW和PGW的选择机制， 以便选到适当的GW。这在3GPP系统中也称为EN-DC，将在第12章中进一步介绍。

当没有(e)DECOR和CUPS功能时， 基本的选择功能或这些实体的示例如图4.3所示。

图4.3 MME和SGW/PGW路径选择示例

在单个PLMN中， 将灵活选择用户面GW与专用核心网相结合， 可以实现一些关键的5G引擎功能， 例如切片、完全的用户面和控制面分离， 以及不同RAT类型的双连接。从运营商的角度来看， 将(e)DECOR、CUPS与DC结合使用， 可以将端到端系统与传统的4G EPS分离开来， 从而为他们早期的5G用户提供差异化的体验。通过简单使用UE中的信息(比如知道DC何时被激活)，当用户在这样的网络中时，就可以在UE上显示一个指示。从最终用户的角度来看，早期的5G用户可以享受到增强的体验，并期待通过完整的5G系统获得更好的服务体验。