运营商大数据系列(一) LTE信令数据简析

时间:2024-04-12 09:07:36

 

一、通信业务的数据传输方式

通信业务,从大体上说可以分为语音业务和数据业务两大类,从体量上来说,语音业务需要的带宽要明显小于数据业务。

而通信系统处理这两种业务的交换技术就是:电路交换(CS)和分组交换(PS:packet )

1、电路交换的意思既是在两个通信的终端之间分配专用物理传输通道,所以问题来了,这种方法对通信资源的占用很大。当业务量越来越大时,就会有大量资源浪费。

2、分组交换既基于IP的数据包传送方式。每个数据包设置了地址,在通信系统里通过地址来区分数据要传送的目的地。信道是共享的。

目前,最初,语音业务一般通过CS的方式在通信网内传输数据,而数据业务以PS方式传输。随着技术发展,在LTE中,语音和数据业务已经统一使用分组交换技术来传输数据了。可以看到中国移动目前宣称已经有4成以上的语音业务已经用VoLTE传输。可以说未来当5G网络正式商用,用户的语音业务回落到4G网络,使用VoLTE传输将是三大运营商的主流解决方案。

二、通信系统的信令流程

信令介绍:可以从前面提到的内容了解到,不管是PS还是CS,通信系统都需要提供一个跨越不同网元的传输通道,并且有“全程全网”的性质。而这其中必然涉及到不同网元间的协同和控制。能在不同通信设备之间的接口上传递的控制信息就是信令。

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1、LTE业务与连接

PDN:IP网络,通常是指Internet(IPv4、IPv6、IPv4v6)

APN:终端(UE)用接入点APN来标识PDN,譬如:cmwap、cmnet、ims

PDN连接:终端(UE)和PDN之间建立的传输通道,建立该连接之后,终端就获取了IP地址,可以正常传输业务。

 

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一般情况下,UE可以同时连接多个PDN,但其中一般又一个默认PDN,其APN一般为cmnet,终端连接网络时候一般默认附着于默认PDN。

 

2、LTE业务承载(Bearer)

承载:既业务的传输通道。业务数据通过不同网元之间的承载来传输。

 

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上面这张图中,途中每一层的承载由下一层的承载组成。eNB是基站,SWG是核心网中的Serving GateWay,PGN是PDN GateWay。而LTE需要在这些网元之间分段建立承载。最终结合组成PDN连接。每个过程的名称见图。

其中,

1)PGW不仅是LTE的网关,同时还要为UE分配IP用于连接相应PDN。

2)S5/S8承载根据终端用户的位置而定,在本地用S5,在漫游用S8

三、默认承载与专用业务承载

同一个PDN 可以接 N个EPS承载,每个的Qos可以不同,用于传送不同的业务数据。这其中,又一个默认承载(Default EPS Bearer),用于实现LTE终端的永远在线,减少时延,他的生命周期从终端附着直到终端去附,这样减少了业务传输时的信息=令交互时间。但是默认承载的QoS最低,承载的资源分配较少,遇到对QoS有额外要求的业务需要建立专门的业务承载,专用承载一旦业务结束就释放了。随用随拆。

但是默认承载在终端处于待机状态的时候只保留EPC-Bearer的S5/S8部分,而无线承载(E-RAB)将会被释放节省资源。

注:因为终端是可移动的,可能会离开SGW覆盖范围,所以EPC-Bearer的S5/S8部分(核心网部分)在终端待机时也可能会改变。

四、LTE系统业务和信令的种类

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上图展示了LTE系统的业务和信令的相关EPC网元,包括MME、HSS、PCRF,虚线表示信令连接

  • HSS(Home Subscriber Server):在通信网中,HSS在网络中的功能类似,均用来存储用户的鉴权数据,业务签约数据,并维护移动用户的位置信息,为呼叫等业务提供路由。——简单的说,此处HSS是EPC的数据库,存储着用户签约信息。
  • MME(Mobility Management Entity):MME是EPC中的关键网元,它负责空闲模式的UE(User Equipment)的定位,传呼过程,包括中继,简单的说MME是负责信令处理部分。MME涉及到bearer**/关闭过程,并且当一个UE初始化并且连接到时为这个UE选择一个SGW(Serving GateWay)。通过和HSS交互认证一个用户,为一个用户分配一个临时ID。MME同时支持在法律许可的范围内,进行拦截、监听。MME为2G/3G接入网络提供了控制函数接口,通过S3接口。为漫游UEs,面向HSS同样提供了S6a接口。-----百度百科
  • PCRF(Policy and Charging Rules Function 策略与计费控制):用来控制业务承载的QoS的网元,与PWG连接,可以为用户提供差异化的服务(通过GGSN与PCRF的互控对可实现对用户的每个业务的带宽进行限制)。

 

四、LTE无线网络的业务&信令接口

 

运营商大数据系列(一) LTE信令数据简析

上图是LTE无线网络部分涉及的网元间的业务/信令接口

1)基站(eNB)和核心网之间采用S1接口,S1有两种接口

  • S1-MME 连接eNB和MME,接口专门传送信令
  • S1-U 连接eNB和SGW接口传输业务数据

2)多个eNB之间采用X2口连接,X2接口上能同时传输业务&信令

3)eNB和UE之间采用Uu接口,Uu接口上也是能同时传输业务&信令

至此,我们已经了解了4G无线网落中的一些信令接口,下面我们结合实际来看下。

下图是截自某运营商4G数据采集项目的招标文件中

运营商大数据系列(一) LTE信令数据简析

我们根据前文提到的知识,已经可以看出,这里面有S1-MME、S1-U等接口的信令数据,以及MME的4G话单数据。表中其他的信令和接口,大部分不是LTE网络的。