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2012/09/DTPT

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收稿日期：2012-07-30

傅俊锋，张伟强（中讯邮电咨询设计院有限公司，北京 100048）Fu Junfeng，Zhang Weiqiang（China Information Technology Designing & Consulting Institute Co.，Ltd.，Beijing 100048，China）

EPC技术特点及网络部署策略浅析

关键词：分组核心演进；长期演进；PCC；网络架构；网络部署

中图分类号：TN915

文献标识码：A

文章编号：1007-3043（2012）09-0074-06

摘要：在介绍EPC网络架构的基础上，对其移动性管理、会话管理、QoS和PCC等

技术特点进行了介绍和分析，并在一些技术细节上同GPRS技术进行了比

较；介绍了一个典型EPC信令流程；分析了EPC网元部署特点，并对将来

EPC部署方案提出了简要建议。

Abstract：Based on the introduction of EPC framework, it focuses on the key technologies of EPC, such as mobility management, ses-

sion management, QoS and PCC. The technical details of EPCA are compared to GPRS. It presents a typical signaling proce-

dure of EPC, analyzes EPC network elements deployment characteristics, gives suggestions on EPC deployment strategies.

Keywords：EPC; LTE; PCC; Network framework; Network deployment

0 前言

为满足用户不断增长的需求、保证 3GPP 系统在

未来 10年的领先地位，3GPP标准组织于 2004年启动

了面向无线网络演进计划的长期演进（LTE）及面向核

心网络演进计划的系统框架演进（SAE）项目。LTE计

划中的无线网络为演进的通用陆地无线接入网

（E-UTRAN），SAE计划中的核心网络为分组核心演进

（EPC），由E-UTRAN和EPC组成EPS。作为EPS系统的核心网，EPC是全面的分组化网

络，拥有扁平化的网络层次，可减少数据处理时延、提

高网络效率、降低网络成本。EPC网络支持多种接入

（包括 3GPP 和非 3GPP 网络）技术，支持用户在 3GPP

和非3GPP网络下的切换。

目前，LTE/SAE技术的标准化工作已取得了重大

进展。3GPP R8和R9分别于 2008年和 2009年冻结，

定义了的LTE-Advanced R10版本于2011年3月冻结，

3GPP R11版本计划也将于2012年完成。在全球范围

内，随着LTE网络的逐步部署，核心网络向EPC的演进

也已快速展开。

1 网络架构模型

由于在 EPS 架构中取消了电路域只保留了分组

域，因此在将来的网络演进中，电路域的语音业务也要

移植到分组域中来（由 EPS 承载及 IP 多媒体子系统

（IMS）控制）。EPS 不仅继承了通用分组无线服务

（GPRS）网络分组交换的特点，还从多方面对其进行了

改善。根据3GPP规范，由于EPS需满足用户平面内部

Initial Analysis of EPC Technology Characteristics and Deployment Strategies

电信交换Telecommunication Switching

傅俊锋，张伟强EPC技术特点及网络部署策略浅析

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邮电设计技术/2012/09

单向传输时延低于5 ms、控制平面从空闲状态到连接

状态迁移时间低于50 ms及从注册状态到连接状态迁

移时间低于100 ms的要求，因此在网络架构上EPC采

用了GPRS的直接隧道（DT）优化技术。通过DT技术

不仅实现了控制与承载的分离，并进一步对网元功能

进行了合并，使网络结构更加扁平化。

由EPS网络架构（见图1）可知：相对于GPRS，EPS减少了RNC网元，将RNC功能合并到了 eNodeB中；将

GPRS业务支持节点（SGSN）的控制面和媒体面功能分

开，控制面形成移动性管理实体（MME）网元，媒体面

形成服务网关（Serving GW）网元；将网关GPRS支持节

点（GGSN）升级为分组数据网络（PDN）GW网元；通常

Serving GW 与 PDN GW 合设形成 EPC GW。这样，用

户数据由原来的“NodeB→RNC→SGSN→GGSN→外部

网络”的4级结构，演变为“eNodeB→EPC GW→外部网

络”的2级结构，从而大大减少了网络时延。EPC主要

网元功能见表1。2 管理及控制机制

2.1 移动性管理

图1 EPS网络架构

表1 主要网元功能

网元名称

MME

S-GW

PDN GW

PCEF

PCRF

HSS

功能描述

核心控制网元负责所有移动性管理、会话管理等相关控制

终止于 E-UTRAN的网关，负责数据包路由和前转、在上行和下行链路中进行数据包标记等功能

面向PDN、终结于 SGi接口网关，负责基于用户的包过滤及上下行计费、门限、速率的控制等功能

策略和计费执行单元，由PDN GW兼做，用于业务数据流检测，从PCRF获取并执行基于业务的控制与计费策略

策略和计费控制单元。根据业务特性与相同用户属性，制定并动态下发控制与计费策略给PCEF用于存储用户签约信息的数据库，如用户标识、编号和路由，安全、位置信息等

EPC

PDN

用户平面

控制平面

P-GWS-GW S5

E-UTRAN

eNodeB SGi

RxGxGxcS11

HSS

MME

S1-MME

S1-U

X2

S6a

PCRF

UEUE

UE

S1-MME

S1-U

EPS 2种状态的管理模型如下所述。

a）EPS移动性管理（EMM）状态机。主要描述UE在网络中的注册状态。

（a）EMM-DEREGISTERED 状态。在该状态下，

MME 没有 UE 的位置和路由信息。对 MME 来说，UE是不可达的。

（b）EMM-REGISTERED状态。UE在成功运行注

册过程后，将进入EMM-REGISTERED状态。

b）EPS连接性管理（ECM）状态机。主要描述UE和EPC间的信令连接状态。

（a）ECM-空闲状态（idle）。UE 和 EPC 间无非接

入层（NAS）信令连接。

（b）ECM-CONNECTED状态。UE与MME间存在

信令连接，包括无线资源控制（RRC）连接和 S1-MME连接。

EPS 状态管理模型同 GPRS 网络的移动性管理

（MM）模型十分接近，且在GPRS MM模型上又作出了

很多优化和增强。EPS 移动性管理主要包括初始附

着、跟踪区更新（TAU）、分离、清除、切换等几种流程。

在移动性管理流程中，EMM 和 ECM 状态机也会随之



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而改变。

a）附着

（a）描述。EPC支持UE使用GUTI及 IMSI进行附

着。在附着过程中，MME会对用户进行鉴权，鉴权通

过后，MME向归属用户服务器（HSS）发起位置更新流

程，并发起默认承载的建立流程。附着成功后，MME中会保存用户的相关数据，包含用户默认的承载上下

文信息。

（b）特点。在PDN连接业务存在期间，始终保持

默认承载来给用户提供“永远在线”的 IP 连接。EPC具有灵活的移动性管理能力，可通过区域接入限制及

区域签约限制来拒绝用户附着。附着成功后，UE 的

EMM 状态为 EMM-REGISTERED、ECM 状态为

ECM-CONNECTED。

b）TAU（a）描述。EPS中的位置更新简称为TAU。UE发

起TAU流程有2种原因，一是因为跟踪区发生了改变，

二是网络要求UE发起的周期性TAU。

（b）特点。跟踪区（TA）类似于 GPRS 中路由区

RA 的概念。TA 在大小上可看作是一个介于小区和

RA间的位置区概念。跟踪区列表（TAList），即为若干

个TA的集合。当UE注册到网络或执行TA更新后，网

络为UE分配一个跟踪区列表。UE在这些跟踪区内移

动时，可不用再向MME发起位置更新流程，从而减少

了网络的信令负荷。

c）分离和清除

（a）描述。发起分离流程时，网络侧会删除附着

时建立的默认承载。当UE被分离后，MME会启动一

个 Purge定时器。在设置的定时器时长超时后，MME会清除用户数据，以降低MME的用户容量负荷。

（b）特点。如果UE建立了多PDN连接，则分离时

会同时删除每个 PDN连接所属的默认承载。分离成

功后，UE的EMM状态为EMM-DEREGISTERED。

d）切换

（a）描述。EPS支持用户在使用数据业务过程中

进行切换。有 2 种切换方式，一是基于 X2 接口的切

换，二是基于 S1接口的切换。切换后，用户业务仍可

正常使用，不会发生中断现象。

（b）特点。根据 EPS 的空闲模式信令缩减（ISR）机制，当UE在相同覆盖区域的GPRS和EPS系统间来

回移动时，不需发起切换流程，从而减少了路由和更新

信息，降低了设备负荷；支持分组域内的切换操作，能

使用户业务不中断；基于 X2 接口的切换，能减少

E-UTRAN同MME的信令交互。

2.2 会话管理

EPS在UE和外部PDN间提供 IP连接。一个PDN连接即为一个会话（Session）。EPS中PDN连接业务由

EPS承载（Bearer）提供，一个EPS承载的唯一标识得到

共同QoS保障的业务流，一个EPS承载可包含多个业

务数据流。

EPC会话管理主要包括承载建立、业务请求、承载

修改、承载去激活、多PDN连接等流程。

a）承载建立

（a）描述。承载建立包括默认承载建立和专有承

载建立。UE 在开机附着后，MME 会根据用户在 HSS中签约的信息，建立默认PDN连接，并在此PDN连接

中建立默认承载；与默认承载建立不同，专有承载的建

立只能由网络侧发起。

（b）特点。当用户发起数据业务时，其QoS无法

由默认承载提供时，便需建立专有承载，以为用户分配

相应的网络资源。专有承载可满足不同QoS等级的业

务需求，从而能提供更好的业务体验。

b）业务请求

（a）描述。业务请求可由UE发起，也可由网络侧

下行数据/信令触发。当业务请求由网络侧下行数据

触发时，Serving GW先对数据进行缓存，然后由MME对用户发起寻呼。

（b）特点。在 GPRS 中，业务请求一般由 UE 发

起。在EPS中，网络侧可缓存下行数据/信令，然后发

起业务请求。

c）承载修改和承载去激活

（a）描述。承载修改由 PDN GW发起，一般是由

于用户使用场景发生改变，由策略与计费规则功能

（PCRF）动态下发的策略和计费控制（PCC）规则。在

HSS上修改用户的签约数据，也会发起承载修改。承

载去激活分为去激活默认承载和去激活专有承载。

（b）特点。承载修改和承载去激活都必须由网络

侧发起，但也可由UE触发。去激活专有承载后，用户

状态为ECM-IDLE，网络侧有默认承载信息，没有专有

承载信息；当去激活默认承载后，用户状态为

EMM-DEREGISTERED。

d）多PDN连接

（a）描述。多PDN连接只能由UE发起。MME在

收到UE的“PDN连接请求”后，就开始为UE创建PDN



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表2 PCC规则中的主要参数

表3 PCC典型应用场景

参数名称

规则 IDSDF检测

事件触发器

计费规则

策略控制规则

内容

Service identifierService data flow template

PrecedenceEvent triggerRating Group

Charging methodGate status

QoS class identifierUL-maximum bitrateDL-maximum bitrateUL-guaranteed bitrateDL-guaranteed bitrate

ARP

序

1

23

案例描述

提醒并为套餐外的业务做差别计费

月度流量超限后提醒并拒绝特定服务

基于时段的业务流量带宽控制

序

4

56

案例描述

最大速率控制（区分金牌、银牌、铜牌）

检测特定业务并提升QoSP2P业务识别与QoS策略执行

连接并建立默认承载。而 PDN 连接的释放既可由

MME发起，也可由UE根据用户的意愿发起。

（b）特点。支持多PDN连接，用户可同时访问多

个外部分组网络。注册态的UE，始终会保持一个默认

的PDN连接。

2.3 QoS及PCC

2.3.1 EPS的QoS机制

EPS通过系统设计和严格的QoS机制，来保证实

时业务的服务质量。在R8版本的EPS系统中，QoS控

制的基本粒度是Bearer，即相同承载上的所有数据流

量都将获得相同的QoS保障，不同类型的承载可提供

不同的QoS保障。承载级别的QoS参数包括QoS等级

标识符（QCI）、分配保持优先级（ARP）、保证的比特速

率（GBR）和最大比特速率（MBR），应用于EPS承载集

合的 QoS 参数包含接入点（APN）聚合最大比特速率

（AMBR）和UE-AMBR。

QCI是EPS承载最重要的QoS参数之一。通过标

准化的QCI参数在EPS的不同网元间传递，方便了不

同厂商设备间的互通和运营商的灵活配置。ARP 的

主要目的是在资源限制的情况下，决定接受还是拒绝

承载的建立或修改请求。GBR 代表了预期的能由

GBR承载提供的比特速率，主要用于语音、视频电话、

在线游戏等实时业务，采用专有承载方式进行承载。

MBR限制了GBR承载能提供的比特速率，GBR小于或

等于MBR。Non-GBR承载则主要用于各种非实时数

据业务，如网页浏览、数据下载等。

EPS系统引入了汇聚概念，并定义了AMBR参数，

包括APN-AMBR和UE-AMBR。AMBR参数定义的带

宽供所有Non-GBR承载共同使用，使带宽使用更加灵

活，从而提高了系统的带宽利用率。

2.3.2 PCC在EPS中的应用

EPS应用策略和计费控制（PCC）架构进行QoS策

略和计费控制。EPS支持动态及静态PCC。动态PCC规则通过PCRF下发到策略和计费执行功能（PCEF）中执行，静态PCC规则直接装载在PCEF中执行。

与 UMTS R6 标准前的版本不同，在 EPS 标准中，

网络能识别出一个分组数据协议（PDP）上下文中不同

的业务数据流（SDF），并对业务流进行更高精度的策

略控制和计费。SDF用于区分在一个承载内传输的不

同数据业务流量。一个 IP 5元组（源 IP地址、源端口

号、目的 IP地址、目的端口号、传输层协议号），确定唯

一一个SDF。

一个PCC规则可包括：规则名称、SDF过滤器、优

先级、门控状态、QoS参数、计费键值、计费参数、监控

键值等。PCC规则中的主要参数见表2。

在EPS的应用中，各种实时、高清业务对带宽的消

耗远大于现有3G业务。运用PCC技术，可对特定用户

或特定业务流量、使用时长进行报表统计。据现网报

表数据，通过设置PCC参数，可制定合理的PCC规则，

对网络中的数据流量进行分类管理和优化，使有限的

网络资源发挥更大的效益，并使用户获得更好的业务

感知。表3给出一些推荐的PCC应用场景，供参考。

2.4 典型信令流程

下面的信令流程为“UE 请求建立多 PDN 连接”。

通过对如下流程的分析，可清晰体现出上文所述的部

分EPC技术特点。UE请求建立多PDN连接见图2。UE 在已建立起一个或多个 PDN 连接后，由于业

务的需求，可使用另一个 APN 发起多 PDN 连接。UE发送PDN Connectivity Request消息给MME，请求建立

另一个PDN连接。MME发送Create Session Request消息给EPC GW，要求建立第二个默认承载。

如果是动态PCC部署，EPC GW会发起 IP-CAN会

话建立流程，从PCRF获取PCC规则。EPC GW建立承

载上下文后，向MME发送响应消息Create Session Re⁃



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图2 UE请求建立多PDN连接

表4 MME和EPC GW部署方案

MME和EPCGW部署方案

集中部署

分散部署

优点

降低建设和维护成本；与现网分组域架构相同，对现网和传输网影响最小；易于通过池组化方式实现设备容灾

用户本地接入，减少流量迂回，降低传输带宽需求和端到端时延；降低对设备处理能力需求

缺点

增加传输带宽需求和S1接口时延；对设备性能要求较高

节点数量多增加了故障点，增大部署成本；与现网架构有较大差别，对传输网有较大影响；不利于集中容灾技术的实现

sponse。MME发送E-RAB Setup Request给eNodeB，要求建立默认承载。

eNodeB同UE交互、分配无线资源，并建立默认承

载。UE此时可发送上行数据包。MME同EPC GW交

互，更新 eNodeB的 IP和TEID。更新成功后，此时网络

侧可发送下行数据包。多 PDN 连接建立完成，每个

PDN连接都分别包含一个默认承载。

3 网络部署

随着通信技术（CT）/IT产业的发展、智能终端设备

进一步的普及，人们对高速通信的需求日益提高。目

前全球有 14个国家和地区的 20个LTE网络已投入商

用（主要集中在欧洲、美国、日本等发达国家），此外还

有 20多个国家的 54家运营商正在进行LTE技术试验

或测试（数据来源于GSA 2011年5月数据）。

中国移动在上海世博会期间建设了全球第一个

TD-LTE演示网络。演示网络与CMNet网络和世博信

息网相连，满足了用户上网业务需求和世博演示需

要。中国移动TD-LTE网络演示包括移动高清会议、

移动视频点播、移动监控、即拍即传在内的多种业务。

就国外运营商部署EPS网络的经验来看，其建设

大多是首先在对高速移动数据业务需求最为强烈的地

区展开，因此国内部署EPS网络时，也应当先从人口密

集、对无线宽带需求最为强烈的大中型城市开始。在

EPC网络部署中，MME、EPC GW有集中部署和分散部

署 2种方案，S-GW、P-GW也存在单独设置和合并设

置2种方式。MME和EPC GW部署方案见表4，P-GW和S-GW部署方案见表5。

First Downlink DataModify Bearer ResponseModify Bearer Request

First Uplink DataUplink NAS Transport/Activate Default EPS Bearer Context Accept

Direct Transfer/Activate Default EPS Bearer Context AcceptE-RAB Setup Response

RRC Connection Reconfiguration completeRRC Connection Reconfiguration

E-RAB Setup Request/Activate Default EPS Bearer Context RequestCreate Session Response

Create Session Response

IP-CAN Session EstablishmentCreate Session Request

Create Session RequestPDN Connetivity Request

HSSPCRFPDN GWServing GWMMEeNodeBUE



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在网络部署初期，建议先在省会城市（也可为大区

中心城市）集中部署MME和EPC GW，S-GW和P-GW合并设置，核心网设备通过池组化的方式进行容灾备

份，以降低建网成本、减少对现网的压力。

随着用户数、业务量的增加及用户对业务质量要

求的提高，可将部分 S-GW下沉至业务开展较好的地

（市）级城市，以减轻传输压力、减少接入网络时延。如

果本地有互联网资源，可部署 S-GW&P-GW 合设设

备，以使本地互联网业务就近接入，减少流量迂回。对

于小城市，LTE用户较少但有一定需求的，因单独部署

核心网设备代价较大，可只部署 eNodeB，通过长途传

输电路接入省会城市或大区中心城市的 EPC GW 设

备。EPC部署方案建议见图3。4 结束语

LTE 技术是从目前已发展成熟的 2/3G 移动通信

技术演进而来，能支持移动环境下的高速数据业务，具

有广泛的适用性和广阔的发展前景。在技术发展和用

户需求的推动下，目前移动互联网进入了快速发展时

期，LTE技术有望在未来成为移动宽带的统一技术，并

将以比以往任何移动技术都更快的速度发展。对于核

心网而言，EPC技术的特点使其在以分组业务为主的

技术发展中能充分发挥优势。未来几年，EPC技术在

国内也将得到越来越多的关注。

参考文献：

［1］ 3GPP TS23.402. Architecture Enhancements for Non-3GPP Accesses［S/OL］. ［2012-05-30］. http://www.quintillion.co.jp/3GPP/Specs/23402-950.pdf.

［2］ 3GPP TS23.207. End-to-end Quality of Service（QoS）Concept and Ar⁃chitecture［S/OL］. ［2012-05-30］. http://www.3gpp.org/ftp/Specs/ht⁃ml-info/23207.htm.

［3］ 3GPP TS23.401. General Packet Radio Service（GPRS）Enhancementsfor Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network（E-UTRAN）Access ［S/OL］. ［2012-05-30］. http://www.3gpp.org/ftp/Specs/ht⁃ml-info/23401.htm.

［4］ 3GPP TS23.203. Policy and Charging Control Architecture［S/OL］.［2012-05-30］. http://www.3gpp.org/ftp/Specs/html-info/23203.htm.

［5］黄韬，张智江，刘韵洁. EPS 系统的 QoS 机制［J］. 中兴通讯技术，

2008（6）.［6］张胜. 3GPP LTE-SAE网络体系架构研究［J］. 邮电设计技术，2010

（4）.［7］孙天伟. 3GPP LTE/SAE网络体系结构和标准化进展［J］. 广东通信

技术，2007（2）.［8］王国洲. LTE的发展现状及应用前景［J］. 中国科技信息，2008（24）.［9］王舒翀，杨瑶. TD-LTE业务分类及应用［J］. 移动通信，2010（5）.［10］姜怡华，许慕鸿等. 3GPP系统架构演进（SAE）原理与设计［M］. 北

京：人民邮电出版社，2010.

图3 EPC部署方案建议

作者简介：

傅俊锋，毕业于华中科技大学，工程师，硕士，主要从事移动核心网/固定语音网规划及

新技术研究工作；张伟强，毕业于北京邮电大学，助理工程师，硕士，主要从事移动核心

网设计及技术支撑工作。

数据

信令

eNodeB

县城

HSS

DNS省中心城市

POOL S-GWS-GW

S-GW

MMEMME

MMEP-GW

P-GWP-GW

S-GWS/P-GW

PDN

地市 eNodeBeNodeB

POOLPOOL

表5 P-GW和S-GW部署方案

P-GW和S-GW部署方案

独立设置

合并设置

优点

部署方式更加灵活，便于单独配置；降低对GW设备的处理能力需求

节省传输带宽，降低部署成本

缺点

增加传输带宽需求；增加节点数量，增大部署成本

组网及配置有局限性，无法通过分散部署减少流量迂回；对设备处理能力要求较高



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