《LTE核心網(wǎng)信令》課件

LTE核心網(wǎng)信令LTE核心網(wǎng)信令是LTE網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點(diǎn)之間通信的關(guān)鍵要素。它負(fù)責(zé)建立和維護(hù)用戶連接、數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)管理。LTE核心網(wǎng)概述LTE核心網(wǎng)是LTE系統(tǒng)的控制中心，負(fù)責(zé)管理用戶數(shù)據(jù)和信令，提供各種服務(wù)和功能。它與無線接入網(wǎng)（RAN）緊密合作，實(shí)現(xiàn)用戶接入、移動(dòng)管理、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。LTE核心網(wǎng)四大功能單元移動(dòng)管理實(shí)體(MME)管理用戶移動(dòng)性，控制用戶連接，進(jìn)行安全認(rèn)證和授權(quán)。用戶訂閱服務(wù)器(HSS)存儲(chǔ)用戶信息，提供用戶認(rèn)證數(shù)據(jù)，管理用戶業(yè)務(wù)訂閱。服務(wù)網(wǎng)關(guān)(S-GW)負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)流量的轉(zhuǎn)發(fā)和計(jì)費(fèi)，控制用戶數(shù)據(jù)連接。分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)(P-GW)負(fù)責(zé)用戶數(shù)據(jù)流量的路由和轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)行數(shù)據(jù)流量控制和策略執(zhí)行。MME(移動(dòng)管理實(shí)體)用戶管理用戶認(rèn)證，鑒權(quán)，注冊(cè)，注銷和用戶數(shù)據(jù)管理信令控制管理用戶接入，數(shù)據(jù)傳輸，漫游和切換安全控制負(fù)責(zé)用戶認(rèn)證，鑒權(quán)和安全密鑰管理資源管理分配無線資源，管理用戶承載和數(shù)據(jù)傳輸HSS(用戶訂閱服務(wù)器)用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)存儲(chǔ)用戶身份信息、認(rèn)證信息、業(yè)務(wù)信息等數(shù)據(jù)，支持用戶鑒權(quán)和授權(quán)。用戶數(shù)據(jù)管理對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行管理和維護(hù)，包括用戶注冊(cè)、信息修改、用戶注銷等操作。用戶數(shù)據(jù)查詢提供用戶數(shù)據(jù)查詢接口，為MME、S-GW、P-GW等其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備提供用戶數(shù)據(jù)服務(wù)。安全控制對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行安全控制，防止數(shù)據(jù)泄露和非法訪問，確保用戶數(shù)據(jù)的安全和隱私。S-GW(服務(wù)網(wǎng)關(guān))11.用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)S-GW負(fù)責(zé)將用戶數(shù)據(jù)從核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)到互聯(lián)網(wǎng)，反之亦然。22.數(shù)據(jù)流量控制S-GW可根據(jù)用戶的套餐和流量限制，對(duì)用戶數(shù)據(jù)流量進(jìn)行控制。33.網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換S-GW將用戶的IP地址轉(zhuǎn)換為互聯(lián)網(wǎng)IP地址，以實(shí)現(xiàn)用戶與互聯(lián)網(wǎng)的通信。44.安全控制S-GW負(fù)責(zé)對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行安全控制，確保網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性。P-GW(分組數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān))數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)P-GW負(fù)責(zé)將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)到互聯(lián)網(wǎng)，或從互聯(lián)網(wǎng)接收數(shù)據(jù)包。P-GW還負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)包的計(jì)費(fèi)和流量控制。安全保障P-GW可以執(zhí)行數(shù)據(jù)包過濾和安全策略，確保數(shù)據(jù)包安全地到達(dá)用戶終端。LTE核心網(wǎng)信令過程LTE核心網(wǎng)信令過程是LTE網(wǎng)絡(luò)中各網(wǎng)絡(luò)元素之間進(jìn)行通信和控制的關(guān)鍵流程，通過信令交互完成各種功能，例如用戶接入、數(shù)據(jù)傳輸和網(wǎng)絡(luò)資源管理等。1初始信令用戶設(shè)備(UE)接入網(wǎng)絡(luò)，啟動(dòng)初始信令流程2連接建立信令建立UE與核心網(wǎng)之間的連接3數(shù)據(jù)傳輸信令支持UE與網(wǎng)絡(luò)之間的正常數(shù)據(jù)傳輸4連接釋放信令釋放UE與核心網(wǎng)之間的連接LTE核心網(wǎng)信令過程包括多個(gè)階段，每個(gè)階段都有相應(yīng)的信令交互，確保網(wǎng)絡(luò)的正常運(yùn)行。附著過程信令1初始附著UE向網(wǎng)絡(luò)發(fā)起初始附著請(qǐng)求，獲取網(wǎng)絡(luò)信息。MME分配臨時(shí)標(biāo)識(shí)，UE注冊(cè)到MME。2安全模式附著UE使用安全模式附著，建立安全連接，獲取安全密鑰，完成安全認(rèn)證。3數(shù)據(jù)連接建立UE選擇合適的P-GW和S-GW，建立數(shù)據(jù)連接，完成網(wǎng)絡(luò)連接。注冊(cè)過程信令初始注冊(cè)UE在開機(jī)或切換到新小區(qū)時(shí)，會(huì)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)送初始注冊(cè)請(qǐng)求，表明其存在。身份驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)驗(yàn)證UE的身份，并使用加密密鑰進(jìn)行安全保護(hù)，確保安全通信。更新位置網(wǎng)絡(luò)更新UE的位置信息，以便于尋呼和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。建立連接網(wǎng)絡(luò)為UE建立連接，以便于后續(xù)的通信。注銷過程信令1UE發(fā)送注銷請(qǐng)求UE向MME發(fā)送注銷請(qǐng)求2MME處理注銷請(qǐng)求MME更新UE狀態(tài)，并釋放UE的資源3MME發(fā)送注銷響應(yīng)MME向UE發(fā)送注銷響應(yīng)，確認(rèn)注銷成功注銷過程信令是UE離開網(wǎng)絡(luò)時(shí)發(fā)生的信令流程。UE發(fā)送注銷請(qǐng)求，MME處理請(qǐng)求并更新UE狀態(tài)，最后向UE發(fā)送注銷響應(yīng)，確認(rèn)注銷成功。PDN連接建立信令UE請(qǐng)求PDN連接UE向MME發(fā)送PDN連接請(qǐng)求，包含APN、QoS等信息。MME處理請(qǐng)求MME根據(jù)請(qǐng)求信息，選擇合適的S-GW，并向HSS查詢用戶數(shù)據(jù)。HSS響應(yīng)用戶數(shù)據(jù)HSS返回用戶數(shù)據(jù)，包含用戶APN配置、授權(quán)等信息。MME創(chuàng)建PDN連接MME創(chuàng)建PDN連接，并向UE發(fā)送建立成功通知。承載建立信令1建立請(qǐng)求UE發(fā)起承載建立請(qǐng)求2承載建立應(yīng)答MME響應(yīng)承載建立請(qǐng)求3承載建立確認(rèn)UE確認(rèn)承載建立成功承載建立信令是LTE核心網(wǎng)中非常重要的一個(gè)過程，它用于在UE和核心網(wǎng)之間建立數(shù)據(jù)連接，以便UE能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。承載修改信令1信令流程UE請(qǐng)求修改當(dāng)前承載的配置，如帶寬、優(yōu)先級(jí)等。2MME處理MME接收UE的請(qǐng)求，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給S-GW。3S-GW處理S-GW修改承載配置，并通知UE。承載釋放信令1UE請(qǐng)求釋放用戶設(shè)備發(fā)起釋放承載請(qǐng)求。2MME通知S-GW移動(dòng)管理實(shí)體通知服務(wù)網(wǎng)關(guān)釋放承載。3S-GW釋放承載服務(wù)網(wǎng)關(guān)釋放與用戶設(shè)備的承載連接。承載釋放信令用于釋放用戶設(shè)備與核心網(wǎng)之間的承載連接，斷開數(shù)據(jù)連接。LTE核心網(wǎng)安全機(jī)制鑒權(quán)和授權(quán)LTE網(wǎng)絡(luò)使用AAA機(jī)制對(duì)用戶進(jìn)行認(rèn)證，確保合法用戶接入網(wǎng)絡(luò)。信令加密核心網(wǎng)信令數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸，防止竊聽和篡改。業(yè)務(wù)加密用戶數(shù)據(jù)流加密傳輸，保障用戶數(shù)據(jù)安全。網(wǎng)絡(luò)元素保護(hù)對(duì)核心網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行安全加固，防止攻擊和入侵。鑒權(quán)和授權(quán)鑒權(quán)鑒權(quán)是驗(yàn)證用戶身份的過程，確保用戶有權(quán)訪問網(wǎng)絡(luò)資源。授權(quán)授權(quán)是允許用戶訪問特定網(wǎng)絡(luò)資源的過程，例如數(shù)據(jù)、服務(wù)或功能。身份驗(yàn)證身份驗(yàn)證是確保用戶身份真實(shí)性的過程，可以使用用戶名和密碼或其他安全方法。安全策略授權(quán)基于預(yù)先定義的安全策略，這些策略指定哪些用戶可以訪問哪些資源。信令加密11.信令加密的目的防止信令內(nèi)容被竊聽，確保無線通信的安全性和可靠性。22.加密算法采用高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)算法，確保數(shù)據(jù)加密強(qiáng)度。33.加密密鑰由MME生成，并通過安全信道傳遞給UE，保證密鑰安全。44.加密過程在UE和核心網(wǎng)之間傳輸?shù)男帕顢?shù)據(jù)進(jìn)行加密，確保數(shù)據(jù)安全。業(yè)務(wù)加密安全傳輸對(duì)用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行加密傳輸，防止數(shù)據(jù)泄露和竊取。數(shù)據(jù)保護(hù)保護(hù)用戶隱私信息，確保數(shù)據(jù)安全性和完整性。合法合規(guī)符合相關(guān)數(shù)據(jù)安全法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，保障用戶權(quán)益。網(wǎng)絡(luò)元素保護(hù)安全認(rèn)證網(wǎng)絡(luò)元素之間使用安全協(xié)議進(jìn)行身份驗(yàn)證。例如，使用TLS/SSL加密信令流量。訪問控制限制對(duì)網(wǎng)絡(luò)元素的訪問權(quán)限。使用ACL規(guī)則來限制對(duì)特定資源的訪問。LTE核心網(wǎng)性能指標(biāo)用戶面丟包率控制面延時(shí)可靠性可擴(kuò)展性LTE核心網(wǎng)的性能指標(biāo)對(duì)用戶體驗(yàn)至關(guān)重要，如用戶面丟包率、控制面延時(shí)、可靠性和可擴(kuò)展性。用戶面丟包率用戶面丟包率是指用戶數(shù)據(jù)在傳輸過程中丟失的比例。丟包率過高會(huì)導(dǎo)致用戶體驗(yàn)下降，例如視頻卡頓、語音通話中斷等。1%目標(biāo)LTE網(wǎng)絡(luò)中，用戶面丟包率的目標(biāo)值通常在1%以內(nèi)。3%可接受在某些情況下，例如網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，丟包率可能會(huì)略高，但通常不應(yīng)超過3%。5%不可接受如果丟包率超過5%，則用戶體驗(yàn)會(huì)嚴(yán)重下降，需要采取措施進(jìn)行優(yōu)化?？刂泼嫜訒r(shí)控制面延時(shí)是指從UE發(fā)起信令到LTE核心網(wǎng)處理完成并返回響應(yīng)的時(shí)間?？刂泼嫜訒r(shí)是衡量LTE核心網(wǎng)性能的重要指標(biāo)之一，直接影響用戶體驗(yàn)。例如，用戶呼叫接通時(shí)間、數(shù)據(jù)連接建立時(shí)間等都與控制面延時(shí)密切相關(guān)?？煽啃訪TE核心網(wǎng)需要提供可靠的連接，確保用戶始終能夠訪問網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。99.99%可用性LTE核心網(wǎng)需要保持高可用性，確保長(zhǎng)時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行。10ms延遲LTE核心網(wǎng)的延遲應(yīng)盡可能低，以保證實(shí)時(shí)通信。100%成功率LTE核心網(wǎng)的信令傳輸成功率需要達(dá)到100%，保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性。LTE核心網(wǎng)的可靠性對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說至關(guān)重要，因?yàn)樗苯佑绊懹脩舻捏w驗(yàn)和運(yùn)營(yíng)商的聲譽(yù)?？蓴U(kuò)展性LTE核心網(wǎng)具有很高的可擴(kuò)展性，可以滿足未來不斷增長(zhǎng)的用戶和數(shù)據(jù)流量需求。例如，當(dāng)用戶數(shù)量增加時(shí)，可以添加更多MME和S-GW服務(wù)器來處理更多的用戶連接。此外，LTE核心網(wǎng)可以輕松地?cái)U(kuò)展到支持新的無線技術(shù)，例如5G。LTE核心網(wǎng)優(yōu)化方案負(fù)載平衡合理分配用戶流量，提升整體網(wǎng)絡(luò)性能。冗余備份提供備份設(shè)備，保障網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性。性能監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。故障診斷快速定位和解決網(wǎng)絡(luò)故障。負(fù)載平衡流量分擔(dān)將用戶流量分配到多個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，降低單個(gè)設(shè)備的負(fù)載，提高系統(tǒng)整體性能。均衡負(fù)荷通過負(fù)載均衡算法，將流量均勻分配到各個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，避免單個(gè)設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行。提高可靠性當(dāng)某個(gè)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，其他設(shè)備可以接管流量，保證系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和可用性。冗余備份提高可靠性冗余備份通過創(chuàng)建關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)組件的副本，確保即使部分組件出現(xiàn)故障，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)也能繼續(xù)正常運(yùn)行。這可以有效地提高系統(tǒng)可靠性和可用性，防止服務(wù)中斷。關(guān)鍵組件備份在LTE核心網(wǎng)中，冗余備份可以應(yīng)用于多個(gè)關(guān)鍵組件，例如MME、HSS、S-GW和P-GW。這些組件的備份副本可以部署在不同的物理位置，以確保即使某個(gè)位置發(fā)生故障，其他位置的備份副本也能接管。性能監(jiān)控實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)核心網(wǎng)各網(wǎng)絡(luò)元素的性能指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常情況。歷史數(shù)據(jù)分析收集并存儲(chǔ)核心網(wǎng)的歷史性能數(shù)據(jù)，進(jìn)行趨勢(shì)分析，