EPC核心网接口分析与带宽设计

【摘要】本文在研究EPC核心网网络架构以及接口功能、协议的基础上，对EPC核心网各类接口封装效率进行了分析，在此基础上提出了EPC核心网各类接口带宽的计算方法，并以举例方式进行了实际计算，以便对今后EPC核心网的规划和设计提供有效的帮助。

【关键词】EPC核心网接口协议封装效率带宽计算

AbstractBased on the research EPC core network architecture and interface functions， on the basis of the agreement，EPC core network interfaces for various types of packaging efficiency were analyzed，On this basis， proposes various EPC core network interface bandwidth calculation method，And by way of example for the actual calculation，So that in the future EPC core network planning and design to provide effective help。

KeywordsEPC core network，Interface Protocol，Encapsulation efficiency，Bandwidth calculation

一、EPC核心网网络架构

EPC核心网主要由移动性管理设备（MME）、服务网关（S-GW）、分组数据网关（P-GW）、存储用户签约信息的HSS和策略计费控制单元（PCRF）等组成。对比2G/3G网络，在EPC核心网中，MME和SGW一起实现了SGSN功能，PGW实现了GGSN功能。

MME是EPC核心网唯一的控制面设备，它的主要功能是负责信令处理。S-GW位于用户平面，主要功能是负责数据转发。HSS负责保存跟用户相关的信息。PCRF主要负责计费、策略控制。EPC核心网的接口均基于IP承载，网络架构和接口如图1所示。

可以看出，EPC主要的接口包括S1-MME接口，S1-U接口，S6a接口，S10/S11接口，S5/S8接口，SGi接口、Gx接口等。下面就上述接口带宽流量进行分析与研究。

二、EPC核心网接口协议分析

EPC核心网接口协议分为控制面和用户面。图2是控制面协议栈，图3是用户面协议栈。控制平面实现信令传输，包括S1-AP信令、NAS（非接入层）信令、GTP-C信令以及Diameter信令。S1-AP支持eNodeB和MME间的一系列信令功能和过程；NAS信令包括会话管理、用户管理、安全管理和计费；Diameter信令是MME和HSS之间的消息，类似于MAP功能；GTP-C主要用于核心网承载的建立维护以及核心网节点之间的其它信息交互。用户平面最重要的协议是GTP-U，用来在核心网节点之间传输用户数据。

EPC的主要接口和协议栈如表1所示。

各层协议头部开销如下：

三、EPC网络接口带宽设计

3.1带宽计算基本概念

（1）协议封装效率。协议封装效率指的是业务净荷与所需物理层带宽的比值，与采用的协议封装格式以及业务净荷长度相关。协议封装效率只应用于用户面带宽计算。本文假定用户平均包长为500字节，那么S1-U接口的协议封装效率为500÷（500+62）=0.89，S5/S8接口与S1-U接口一样，SGi接口的协议封装效率为500÷（500+26）=0.95。

（2）峰均比。峰均比等于峰值/均值，峰值定义为保证98%的流量能够正常通过的带宽取值，均值为流量的算术平均值。在实际网络部署中，应根据QoS要求及网络成本综合考虑峰均比取值，一般取定为2即可满足要求。

（3）物理带宽利用率。物理带宽利用率= 1×（1-控制协议开销）×（1-物理层传输开销），其中以太网接口的控制协议开销约为5%，物理层传输开销约为10%。以太网接口的物理带宽利用率为0.86。

3.2用户面带宽计算

用户面S1-U/S5/S8/SGi接口带宽计算方法如下：

首先根据话务模型及用户数计算得到平均净荷流量，然后平均净荷流量÷协议封装效率得到接口平均流量，乘以峰均比得到接口带宽需求。

以1万用户为例，同时使用业务用户比例取定10%，用户平均单向最大流量取定为500kbps，可以按照上面方法计算得出S1-U接口带宽需求为1124Mbps，SGi接口带宽需求为1053Mbps，S5/S8接口带宽需求用户面与S1-U带宽大致相等。

3.3信令面带宽计算

S1-MME接口流量包括MME与eNodeB之间的S1-AP信令消息及UE与MME之间的NAS信令消息，信令流程及消息长度如表2所示。

注：上表中（）内数值为本文假定的话务模型参数。

S6a接口流量主要包括鉴权、位置更新、插入/删除用户数据等信令消息，信令流程及消息长度如表3所示。

注：上表中（）内数值为本文假定的话务模型参数。

按照上表可以计算得出，S6a接口各个流程的信令总字节数为1109.7，接口流量=用户数×1109.7×8/3600 kbps。1万用户在S6a接口的信令消息流量为24.66kbps。

S10/S11接口采用GTP-C协议，信令流量包括会话控制消息和承载控制消息。计算方法与S1-MME/S6a一致。S5/S8接口控制面带宽需求与S11接口带宽大致相等。在实际工程中，一般按照S5/S8接口用户面流量的1%～3%估算S5/S8接口信令面流量即可满足需求。

四、结束语

本文在研究EPC核心网网络架构以及接口功能、协议的基础上，对EPC核心网各类接口协议开销进行了分析，提出了EPC核心网各类接口带宽的计算方法，并基于一定的话务和信令模型，得出能够用于网络配置的带宽计算结果，以便对EPC核心网的规划和设计提供有效的帮助。