1、基于CUPS的核心網(wǎng)架構(gòu)

在2017年6月的3GPP CT第76次會(huì)議上，3GPP完成了R14中的CUPS標(biāo)準(zhǔn),即“EPC用戶平面與控制平面相分離的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”.該協(xié)議﹐即

23.214 協(xié)議中,提出了面向分組核心網(wǎng)( evolvedpacket core，EPC)里的服務(wù)網(wǎng)關(guān)(servicing gateway，S-GW)、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)( packet data network gate-way，P-GW)以及流量檢測(cè)功能( traffic detectionfunction，TDF)的功能分離.首先是提供了增強(qiáng)型的架構(gòu).其次是實(shí)現(xiàn)了在不影響現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)功能的前提下﹐用戶面功能與控制面功能各自的獨(dú)立伸縮/擴(kuò)展部署(集中式部署或者分布式部署),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)EPC靈活部署與運(yùn)營(yíng).

之所以考慮將用戶面與控制面分離,最主要的原因是未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)中,數(shù)據(jù)流量高速增長(zhǎng),這對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)的承載能力提出了很高的要求,也就是對(duì)時(shí)延的要求更為嚴(yán)格.而核心網(wǎng)采用了這種用戶面控制面分離的技術(shù)后,可以降低移動(dòng)應(yīng)用服務(wù)的時(shí)延﹐比如我們可以選擇靠近4G/5G基站的EPC用戶平面節(jié)點(diǎn)或者更適合移動(dòng)終端使用類型的EPC用戶平面節(jié)點(diǎn)來(lái)向移動(dòng)終端傳輸數(shù)據(jù).相比于原來(lái)將用戶面和控制面合設(shè)的結(jié)構(gòu),這種分離的結(jié)構(gòu)更為靈活,也能夠降低時(shí)延.這種架構(gòu)是未來(lái)5G通信中的關(guān)鍵架構(gòu)之一,圖11給出了3GPP所定義的參考架構(gòu).

1)用戶面和控制面分離架構(gòu)示意圖

圖11中展示了S-GW,P-GW,TDF的CP/UP模塊分別獨(dú)立的情況.U表示用戶面,C表示控制面.

同沒(méi)有進(jìn)行控制面/用戶面(control plane/userplane，CP/UP)面分離的架構(gòu)相比,S-Gw,P-GW,TDF均分離成用戶面和控制,其次,是接口發(fā)生的變化.

CP/UP之間增加Sx接口: S-GW,P-GW，TDF,各自有自己的Sx接口﹔

原有接口會(huì)因?yàn)镃P,UP的分離,出現(xiàn)接口分離:S2a變?yōu)镾2a-U和S2a-C,控制接口和用戶接口;

3有些接口沒(méi)有出現(xiàn)功能分化,屬于完全繼承了原有未分離結(jié)構(gòu)的接口功能﹐比如:S12接口完全由S-GW-U來(lái)繼承;Gx,Gy,Gz,Gw,SGi接口,功能完全被P-GW-C繼承(P-GW-U和TDF-U之間)等等;

另外,圖11展示了一種特例,即:S-GW,P-GW，TDF均發(fā)生CP/UP分離,其實(shí)也可能存在如下的組合情況:S-GW分離,但是 P-GW不進(jìn)行分離﹐該情況也是支持的.

另外還存在一種合并S-GW和 P-GW的結(jié)構(gòu)型,即可以將分離后的S-GW,P-GW的用戶面、控

制面做合并,成為統(tǒng)一的實(shí)體,結(jié)構(gòu)圖如圖12所示.如此同時(shí),也出現(xiàn)了合并統(tǒng)一的Sx接口.

2)用戶面與控制面分離后，S-GW ,P-GW,TDF功能的變化

除了接口上的變化,S-GW,P-GW 與TDF還存在一定功能上的變化,有些功能消失被其他模塊繼承,也有一些功能被新增進(jìn)去.詳細(xì)的功能列表見(jiàn)23.214 協(xié)議的Table 4.3.2-1-Table 4.3.2-3.

S-GW進(jìn)行控制面用戶面分離以后，S-Gw-U上的所有功能,均受到S-GW-C的控制.LoRa網(wǎng)關(guān)

S-GW的原有功能:

負(fù)載/過(guò)載控制功能、修復(fù)與恢復(fù)功能﹑操作維護(hù)管理接口( operation administration and main-tenance，OAM),GPRS隧道協(xié)議(GPRS tunneling

protocol，GTP)負(fù)載和路徑管理,在CP/UP分離以后的SGW中不予承載功能(P-GW中也沒(méi)有繼承).

UE移動(dòng)性終點(diǎn):在3GPP和非3GPP接入中,改變目標(biāo)GTP-U的終點(diǎn),該內(nèi)容在分離后也不支持(P-GW繼承了這部分功能).

其余的功能﹐則完全按照控制和用戶面進(jìn)行劃分,同時(shí)并無(wú)新增功能．

P-GW進(jìn)行控制面用戶面分離以后﹐P-GW-U上的所有功能,均受到P-GW-C的控制.

P-GW原有功能:

UE移動(dòng)性的支持.結(jié)尾標(biāo)記的轉(zhuǎn)發(fā)＋轉(zhuǎn)發(fā)緩存數(shù)據(jù)包,這⒉2項(xiàng)功能不存在(完全被S-GW繼承).

②負(fù)載/過(guò)載控制功能、修復(fù)與恢復(fù)功能﹑操作維護(hù)管理接口(OAM),GTP負(fù)載和路徑管理,在CP/UP分離以后的P-GW中不予承載功能(S-Gw中也沒(méi)有繼承).

3Sl釋放/緩存/下行數(shù)據(jù)通知.該主功能下的子功能1,2,3均被S-GW完全繼承(P-GW只繼承了屬于自己的子功能4,P-GW計(jì)費(fèi)過(guò)程的暫停﹐其余內(nèi)容均被S-GW繼承).

4PCC(策略與計(jì)費(fèi)控制)的子功能9＋13消失(PCC完全由P-GW承載).

TDF也存在類似的功能繼承和分化,詳情參考23.501協(xié)議.

3）用戶平面功能選擇

由于用戶面和控制面分離﹐那么對(duì)于控制面如何選擇用戶面則需要制定一定的規(guī)則.

首先，S-GW-C只能選S-GW-U,同理P-GW與TDF,只能選擇對(duì)應(yīng)模塊的用戶面.因此:

S-GW-C選擇S-GW-U;

P-GW-C選擇P-GW-U;3TDF-C選擇TDF-U.

對(duì)于CP合并的情況(S-GW-C與P-GW-C合并):可以選擇合并的UP,也可以選擇獨(dú)立的UP.選擇的UP不一定包括所有的功能,可能只是一個(gè)子集.

CP選UP要考慮包括:UE的位置信息(位置太遠(yuǎn)可能不會(huì)選擇);UP的容量,比如:能支持什么樣的功能等等;另外就是UE所需要的特性,根據(jù)UE的特性選擇對(duì)應(yīng)的用戶面功能﹔最后要考慮UP的部署情況(分布式.集中式或者在接入網(wǎng)側(cè)).