澳门新葡亰信誉平台游戏LTE 一场架构的变革

by admin on 2020年1月25日

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Long Term Evolution

作者:张成哲    班级:1402019    学号:14020199042

3G指标体系专题的设置
3G网络及指标体系的特点
无线接入网及核心网指标介绍
3G指标体系仍需突破的问题

LTE的发展故事

  • GSM 最成功的2G标准
  • WCDMA 基于GSM的3G标准

3GPP在中后期引入了分组化,增强接入互联网的数据业务,最后完全彻底分组化,系统架构的大变革

  • LTE是RAN的长期演进,SAE 是CN系统架构演进,针对核心层的演进
    radio access network(RAN)
    system architecture evolution(SAE)

  • R99:3G(WCDMA)的第一个正式版本
    这个架构和2G,3G一脉相承,平滑演进,全面继承了WCDMA的技术路线,只是完备了一些

CN(核心网)
CS域传输话音,电路交换网为基础
PS域用于传输数据,在电路网上构建小型的分组网
RAN(无线接入网)
分别进入CS域和PS域

  • R4:系统架构几乎没变
    新一代网络 传送,管理,控制三者分开,模仿了ATM,这时的3G想向ATM发展

  • R5:移动通信的IP化进程开始
    RAN:HSDPA,分组接入的技术,下行是14.1Mb/s,无缝接入互联网
    CN:IP化业务启动,基于SIP控制协议的IMS(IP多媒体子系统)

  • R6:全面的IP化
    RAN:引入HSUPA,形成高速双向接入
    CN:PS域称为基础大网,CS域称为附加域

  • R7:

RAN:可行性研究,物理层引入OFDM,MIMO,高阶调制等。
CN:传统的电信网层次臃肿,网络架构扁平化,两层架构。基于IP的多业务承载。

  • R8:正式发布

RAN:不再向下兼容CDMA接口,接入速率可达100Mb/s
CN:全IP网络架构

  • R9: LTE-Advanced
  • R10:速率下行1Gb/s,上行500Mb/s,LTE-Advanced称为4G的候选标准

【嵌牛导读】:随着LTE技术标准的完善和成熟,各运营商在LTE技术上投入的不断加大,对LTE系统核心网网络架构各部分网元功能的分析变得至关重要,本文通过分析各网元的功能,实现对核心网架构的一个简单介绍。

3G指标体系专题的设置
3G网络及指标体系的特点
WCDMA系统在覆盖、容量、质量方面是动态的关系:

SAE核心网网络系统架构的演进

原有CN存在问题:
网络结构复杂:汇接局端局 多层次结构
话音业务传输:静态电路分配,效率很低
基于IP简化CN,针对业务优化,架构扁平化

【嵌牛鼻子】:LTE 核心网

覆盖方面:WCDMA系统属于干扰受限系统,其覆盖不仅取决于最大发射功率,而且与系统负荷有关。GSM网络在频率规划良好和无网外干扰的情况下,其覆盖范围只与最大发射功率有关,而容量只和可用的业务信道总数有关,容量与覆盖本身并没有关系。

LTE/SAE 的变革

  • 摆脱了2G3G系统中基于电路性网络的基本理念
    摆脱了逐层控制的臃肿风格
  • 对3G的改造彻底 完全摆脱兼容负担,当然3G RAN可以接入SAE的核心网
  • 因此LTE/SAE技术体质是对3G涉及全局的系统架构的变革Revolution,而不是平滑演进Evolution

【嵌牛提问】:什么是LTE核心网?其主要网络架构又是什么?

容量方面:WCDMA
系统是自干扰系统,容量、覆盖、质量之间密切相关。GSM网络容量基本上由硬件资源决定,可用的载波数和复用方式决定了最大的连接数目。

范通信网络的演进

  • 移动通信的发展
    1G:模拟通信,重要贡献,蜂窝通信系统
    2G:数字通信,数字化浪潮
    3G:宽带WCDMA,被边缘化了
    4G:分组通信,IP化

  • 模拟网络:多个业务相关网络

service specific network
网络针对业务:建设,运行,优化,比如电话网,无线电广播

  • 数字网络:综合网络
    计算网络,通信网(固定电话却还是模拟阶段),广播电视全面数字化,网络的多业务融合是多年梦想,缺乏整体的认识和理念,足够的技术和合理的策略,但是ISDN失败了。

数字化的审视
1.数字化的传统认识:集成电路的超大规模,通信系统的再生式中继。
2.高层次的审视:信源统一(统一成比特流),处理统一(DSP称为统一的理论和方法),实现统一(数字电路称为基本的实现技术)

  • NGN网络,基于分组的网络
    业务,传送,控制的三者独立

分组传送,分组承载,统一网络

支持范移动性,提供各种电信级业务

【嵌牛正文】:

质量方面:WCDMA系统支持混合业务,各种业务共享功率,需要通过功率配比来平衡不同业务的覆盖和容量,多业务系统对资源的合理配置带来挑战。GSM系统是单业务系统,GPRS信道是通过时隙分配来实现。
3G网络及指标体系的特点
3G业务及其与网络承载的关系:

      
LTE(Long Term Evolution,长期演进) 就是3GPP的长期演进,是3G与4G技术之间的一个过渡,是3.9G的全球标准,它增强了3G的空中接入技术,采用OFDM和MIMO作为其无线网络演进的唯一标准,为降低用户面延迟,取消了无线网络控制器(RNC),采用扁平网络结构。在20MHz频谱带宽下能提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。改善了小区边缘用户的性能,提高小区容量和降低系统延迟。

3G业务区别2G业务在于它可以在不同环境提供给用户不同速率、丰富多彩的移动多媒体业务。3G网络中,存在
“软容量”、“软覆盖”的概念,即不同的业务类型、服务等级、业务复合比例对网络的压力是不同的,设计的偏差引起容量、覆盖的不合理又直接影响业务的质量。

      
当前,全球无线通信正呈现出移动化、宽带化和IP化的趋势,移动通信行业的竞争极为激烈。在现有技术还没有大规模商用之前,一些无线宽带接入技术也开始提供部分的移动功能,通过宽带移动化,试图进入移动通信市场。为了维持在移动通信行业中的竞争力和主导地位,3GPP组织在2004年11月启动了长期演进过程LTE以实现3G技术向4G的平滑过渡。3GPP计划的目标是:更高的数据速率、更低的延时、改进的系统容量和覆盖范围以及较低的成本。

UMTS根据业务对时延的敏感程度定义了四种承载业务类型:会话类、流类、交互类和背景类,每类承载业务类型又区分不同的业务速率,不同类型的主要特征见附表1。3G规范定义的是网络对业务的支撑能力,网络的能力组成丰富的上层应用,而各种上层应用与承载业务类别、承载业务速率之间,不存在严格的一对一映射关系,如视频多媒体业务可以是会话类、流类或交互类。

       LTE对空口和接入网的技术指标包括:

UMTS同时定义了多个层面的QoS框架,各层面之间的映射包括:业务应用层属性到UMTS承载业务属性的映射,UMTS承载业务属性到无线接入承载业务属性、到核心网承载业务属性的映射,以保证服务的质量,见附图1。
3G网络及指标体系的特点
3G指标体系的特点:

       (1)峰值数据速率,下行达到100Mbit/s,上行50Mbit/s。

单一或片面的指标无法准确地评估3G网络,3G指标体系应综合考虑多方面因素,并平衡各方面因素对网络带来的影响。

       (2)提高频谱效率(达到Release 6的2~4倍)。

3G业务的多样性及业务特征的差异使3G指标体系有必要细分不同的业务、细分不同的业务速率,并建立差异化的管理目标。

       (3)接入网时延(用户平面UE-RNC-UE)时延不超过10ms。

3G网络的评估存在多样性,在充分了解各类业务开展情况的基础上,通过合理配置网络资源及实施优化策略,3G网络的调整同样存在灵活空间,3G指标体系应为网络评估及网络调整提供必要的统计数据。

      
(4)减小控制平面时延,UE从待机状态到开始传输数据时延不超过100ms(不包括下行寻呼时延)。

无线接入网及核心网指标介绍
3G网络运行质量各专题指标编制的目标:

      
为了实现这一目标,除了要考虑空中接口技术的严禁之外,还需要考虑网络体系结构的改进。对无线接入网网络架构的研究就是要找出最优的网络结构并考虑介入网内以及接入网与核心网之间的功能划分,以期望实现更高的数据速率、更低的时延。

通过关键指标掌握全网运行及业务发展情况,为建立网络运行质量评估体系提供支持。
结合网络管理目标,指导网络的调整(组网、网络调整前的预测、网络调整后的评估)。
通过必要的统计数据,帮助维护人员在网络维护过程中发现问题、定位问题及解决问题。
统一定义指标的触发机制、采样点及统计粒度,使不同厂商设备的指标可比,并保证设备的可实现性,同时将成果提交3GPP国际标准。

        LTE网络架构的需求:

各专题确定E-KPI、KPI、PI的原则:

       (1)单一网络结构。

结合生产管理需求,制定各项指标—PI
结合现网维护管理经验,根据指标的重要程度筛选出反映网络整体质量的性能指标,并对指标的定义等进行细化及完善—KPI
在KPI的基础上提炼能够反映网络关键质量的考核指标,并进行细化及完善—E-KPI
   注:系列专题确定的E-KPI、KPI详细介绍见附件。
无线接入网及核心网指标介绍
3G网络运行质量各专题指标编制的思路:

       (2)基于分组业务的网络架构,支持实时以及会话类业务。

    3G指标体系的编制应满足管理部门评估和生产部门调整的需求,即:
通过“资源”、“量”、“率”这三个方面,以及三者之间的关系反映网
络运行及各类业务的开展情况。

       (3)尽可能不通过增加额外的回程开销,最小化“单点失败”的出现机会。

无线网络运行质量指标专题编制思路:

       (4)尽可能简化和最小化引入的接口数目。

网络自身质量指标依据移动通信原理分为呼叫建立、呼叫保持、移动性管理、系统资源四大类。
WCDMA无线网络上不再单纯地承载话音业务和GPRS数据业务,而是多种业务承载,因此提出了承载业务质量,统一纳入3G无线网络运行质量指标体系中,并与研发确认实际引用的承载业务类型和承载业务速率。

      
(5)如果需要提高系统性能,不排除无线网络层(RNL)与传输网络层之间的交互。

无线接入网及核心网指标介绍
无线接入网及核心网指标介绍
R99核心网络运行质量指标专题编制思路:

       (6)支持端到端的QoS。传输网络层向无线网络层提供适当的QoS。

沿袭2G网络的指标分类原则,即:按网元的功能对指标进行有效地分类。增加2G/3G切换指标(电路域仅考虑3G至2G的单向切换),同时增加了接口变化相关的指标。
结合生产管理需求,对电路域及分组域仍需规范的内容都提出了更明确的要求。如交换机呼损要求按呼损原因进行分类统计,利于深层次地网络分析,同时能更客观地反映网络质量。
提出了更具体的统计要求,如分组域附着成功率、路由区更新成功率要求最小统计粒度为路由区;PDP激活成功率要求区分失败原因,要求分GGSN、分APN进行统计,并提出了详细的统计需求说明,分析其必要性。另外,还增加了丢包率、峰值及平均速率等统计指标。
电路域区分不同业务,分别考虑话音业务、电路域数据业务的呼叫次数、接通率、应答率、呼损;考虑交换机短消息次数、MO/MT短消息成功率(反映本地网的短信业务质量);智能业务分为智能主叫、智能被叫、智能用户呼叫智能用户。由于目前分组域业务不清晰,该专题业务类的统计指标不完善。

      
(7)QoS机制需要考虑存在的多种业务类型,保证有效的带宽使用率,例如:控制平面业务,用户平面业务,以及Q&M业务。

无线接入网及核心网指标介绍
无线接入网及核心网指标介绍
无线接入网及核心网指标介绍
R4核心网电路域网络特点:

       (8)最小化时延抖动,比如针对分组通信的TCP/IP。

承载和控制的分离使核心网组网的概念发生根本的改变。
R4在核心网电路域引入IP宽带承载,形成以IP
core为基础的电信网络新框架。
免编解码技术(TrFO)的引入,提高了语音质量,降低了设备投资成本。

       LTE网络整体结构:

R4核心网络运行质量指标专题编制思路:

      
LTE采用扁平化、IP化的网络结构,E-UTRAN用E-NodeB替代原有的RNC-NodeB结构,各网络节点之间的接口使用IP传输,通过IMS承载综合业务,原UTRAN的CS域业务均可由LTE网络的PS域承载。其中,E-UTRAN由eNB构成;EPC由MME,S-GW以及P-GW构成。相对UMTS得网络结构而言,LTE网络结构进行了大幅度简化。

MSC
SERVER网络自身质量指标分为呼叫控制、移动性管理、信令链路测量、设备资源四大类,业务质量分类同R99;MGW网络自身质量指标分为业务控制特性、信令测量特性、承载控制特性、承载传输控制、设备资源特性。
完成R4核心网与R99核心网协议比较,对重用R99的指标进行计数器的修改;而新增R4特性的指标则侧重考虑IP承载网对应用QoS的影响。
无线接入网及核心网指标介绍
无线接入网及核心网指标介绍
无线接入网及核心网指标介绍
3G指标体系编制的成果:

       EPC核心网架构的特征:

3G无线网络运行质量指标(送审稿)
3G核心网络电路域(R99)运行质量指标(送审稿)
3G核心网络分组域运行质量指标(送审稿)
3G核心网络电路域(R4)运行质量指标(送审稿)

       (1)控制面与用户面完全分离,网络趋向扁平化。

中国移动3G网管接口规范WCDMA部分
性能网络资源模型
中国移动3G网络接口规范WCDMA部分
配置网络资源模型

      
(2)支持3GPP与非3GPP(如Wi-Fi、WiMAX等)的多种方式的接入,并支持用户在3GPP网络和非3GPP网络之间的漫游和切换。

中国移动3G网元数据需求规范

       (3)核心网中不再有电路域,EPC成为移动电信业务的基本承载网络。

   
无线接入网及核心网指标介绍
3G指标体系的执行:
   
    05年,网络部组织省公司和开发商依据3G网管系列规范对设备
商3G网管产品进行严格测试。KPI完整性和准确性测试是05年3G网管
测试工作的重点,目前已完成相应的测试用例、测试规范及设备  
程度的摸底工作。
    其中,准确性测试主要面向各专题的E-KPI及KPI,UTRAN专题的
测试项为20个,R4 CS专题的测试项为34个,准确性测试的结果将依
据测试项的重要程度、支持的统计粒度及统计结果的误差分进行综
合评分。
3G指标体系仍需突破的问题
1、完善无线接入网容量、覆盖指标专题的研究:
   
容量、覆盖指标与质量指标的内容存在交叉,但质量、容量、覆盖指标的编制各有侧重。
   
容量优化的触发点:考虑容量正常及容量异常的情况。覆盖优化的触发点:下行考虑导频
和业务的覆盖,并使两者保持一致;上行考虑终端的发射功率。容量、覆盖专题主要的数据源
为DT、CQT数据,容量、覆盖指标是否产用设备计数器的方式实现,目前正进行调研。
    该专题建议组织更多的省公司网络优化工程师参与制定。
2、完善3G业务管理需求及服务质量专题的研究:
   
网络运行质量各专题指标的编制主要是从保证设备的安全稳定运行;支持网络规划、网络
优化及扩容决策;支持业务分析;支持服务、面向用户感受等多方面的角度,而面向用户感受
更多考虑业务的接通特性。
   
如何衡量3G业务的服务质量(KQI),以及网络管理部门对3G业务有哪些管理需求,是一
个全新的课题。专题开展的困难:1、3G目标业务的多样性。2、如何确定3G目标业务的分类
(从业务特性的角度寻找一个最合适的3G业务分类体系,作为业务服务质量和网络资源配置的
依据)3、3G目标业务的敏感参数4、与承载网络的映射关系(业务与承载是多对多的关系)。
   
该专题建议成立专项小组,确定统一的研究目标、并进行统一的部署,落实分工。
3、3G网络评估体系的研究:
 
   3G指标体系的特点,3G网络管理目标如何分解,如何对3G网络进行综合评估,指标的量化
等内容将是一个全新的课题

       通信网络中一些网元的解释:

      
MME(Mobility Management Entity,移动管理设备)提供了用于LTE接入网络的主要控制,并在核心网络的移动性管理,包括寻呼、安全控制、核心网的承载控制以及终端在空闲状态的移动性控制等。它跟踪负责身份验证、移动性,以及与传统接入2G/3G接入网络的互通性的用户设备(UE)。

      
S-GW(Signaling Gateway,服务网关)负责UE用户平面数据的传送、转发和路由切换等,同时也作为eNodeB之间互相传递期间用户平面的移动锚,以及作为LTE和其他3GPP技术的移动性锚。另一方面S-GW提供面向E-UTRAN的接口,连接NO.7信令网与IP网的设备,主要完成传统个PSTN/ISDN/PLMN侧的七号信令与3GPP R4罗侧IP信令的传输层信令转换。

      
P-GW(Packet data networks gateway,分组数据网网关)管理用户设备(UE)和外部分组数据网络之间的连接。一个UE可以与访问多个PDN的多个PGW同步连接。PGW执行政策的实施,为每个用户进行数据包过滤、计费支持、合法拦截和数据包筛选。分组数据网网关也是推动对处理器和带宽性能增加需求的关键网络元素。

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