VoLTE微课堂（2）： 4G网络架构演进

• 4G网络架构

3GPP R8网络架构如上图所示。从3GPP R8开始，架构变化巨大，协议实现了网络架构扁平化设计，真正实现了数据面和控制面分离，缩小了报文转发时延和消耗。也就是从3GPP R8开始才称为4G。

和3G相比，NodeB和RNC合并为eNodeB，SGSN的控制面变成MME实现，SGSN的数据面和GGSN的功能由SGW和PGW实现，在实际部署时SGW和PGW可以分设，也可以合设。

• 各网元作用

eNodeB：

• 无线侧唯一网元，代替3G的NodeB和RNC，完成无线资源管理（RRM）功能。包括无线承载控制、接纳控制、连接移动性管理、动态资源分配调度等。

• 头压缩和用户面加密功能，即PDCP的功能在eNodeB实现。

3G时PDCP功能在RNC实现，4G架构设计时，原本考虑将PDCP功能放在MME/SGW中，这样可以保证S1接口信令和数据的安全，并且通过头压缩功能，降低S1接口和空口数据传输的负荷，但是PDCP放在核心网设备中，会对4G到3G的切换流程带来影响，切换时，已经发送到eNB的报文不得不返回SGW进行解密和解压缩，再由SGW将原始报文传送给切换后的3G的SGSN和RNC。并且PDCP放于核心网的话，如果在eNB发生流控丢包，PDCP状态会出现失步。最终3GPP决定将PDCP功能放在eNB实现。

• 接收到MME的寻呼消息后，根据调度原则向空口发送。

• UE附着时，选择附着的MME。

• 系统广播消息的转发。

• eNodeB测量数据的收集和评估。

MME：

• 成为核心网中的一个纯的信令控制网元。

• 接入控制和会话管理功能：包括用户的附着、去附着，EPC承载的建立、释放、切换时的信令处理。给用户分配GUTI，作为临时用户标识，在空口保护IMSI的安全性。

• 移动性管理：根据用户的移动性或者连接状态，对用户采用针对性动作。4G MME中使用TA跟踪用户位置信息，类似2G/3G中的LA、RA。用户处于IDLE态时，如果有用户数据，MME会向eNodeB发起寻呼用户。

• 网元选择：MME选择SGW的原则是就近原则。发生漫游切换时，会选择新的MME，MME间的接口叫S10接口。

• 信息存储：MME中有用户数据库，用来存在用户信息，包括用户连接状态和上下文信息等。

• 和3G中的SGSN不同，因为数据报文不再经过MME，所以MME没有计费功能。

SGW：

• SGW和MME通过S11接口交互，接收和发送信令消息，进行承载的建立，修改和删除。SGW上存储承载的上下文信息。

• SGW和eNodeB通过S1-U接口交互，SGW和PGW通过S5/S8接口交互，进行上下行数据报文的转发。

• SGW作为锚点的功能，当发生了eNodeB间切换时，SGW作为锚点。发生3GPP内2G、3G、4G切换时，SGW也是作为移动性锚点。

• SGW有计费功能和Qos控制功能。

PGW：

• PGW是EPC网络中面向PDN网络的网关，在4G中，3GPP接入和非3GPP接入都是通过PGW接入PDN网络。

• 会话管理：支持承载的建立、修改和释放，为用户分配IP地址，并保存承载的上下文。

• 通过Gx接口和PCRF连接，获取用户的QoS和计费策略，并进行实施。

• 计费包括在线计费、离线计费、内容计费等多种计费方式。

• 通过SGi接口和外部PDN连接，进行用户数据报文的路由和转发功能。

• 合法监听、防火墙等其他功能。

IMS：

• IMS网络是实现VoLTE的关键组成部分，在后面的章节中单独详细介绍。