《通信网》课程综述论文4G移动通信中的核心网技术与5G移动通信技术展望摘要：本论文是东南大学信息科学与工程学院大四第一个长学期的研讨课《通信网》的期末专题研讨的综述论文。
通过一个学期的研讨学习，我们认识了各种网络技术和协议，并对部分协议的细节做了细致的探究，通过抓包软件分析我们日常生活中所用的网络产生的协议数据包，加深了我们对于网络相关知识的理解。
期末专题研讨，我所在的小组选择了“4G5G 移动通信中的网络技术”的课题，通过前期调研，提出了“4G移动通信中的核心网技术与5G移动通信技术展望”的题目，希望通过文献检索和归纳了解移动通信网络的技术变迁、现行移动通信网络的总体结构尤其是核心网的构成，并对5G移动通信的标志性技术做一个展望。
关键词：核心网 LTE EPS EPC 4G 5G报告时间：2015年1月10日2 / 13图1.0 大量资料检索后总结出的移动通信技术发展框图ITU GSM GPRS/EDGE 3GPP （6个标准化组织）UMTS R99R4R5R6R7EPS R8R95GPPP （欧盟）无线/光通信物联网安全智能终端软件政府+民间 IT+CT=ICTITU: International Telecommunication Union国际电信联盟,联合国专门机构，管理无线电频谱和卫星轨道资源，制定全球电信标准。
3GPP: 3rd Generation Partnership Project第三代合作伙伴计划，标准化机构，3GPP主要是制订以GSM核心网为基础，UTRA(FDD为W-CDMA技术，TDD为TD-CDMA技术)为无线接口的第三代技术规范。
3GPP的组织伙伴包括欧洲的ETSI、日本的ARIB、日本的TTC、韩国的TTA美国的T1和中国通信标准化协会六个标准化组织。
5GPPP: 5rd Generation Public-Private Partnership欧盟为维持其在移动通信方面的领先优势（欧洲ETSI是3GPP的主导）率先在其Horizon 2020计划中成立了5G PPP（Public-Private Partnership）(5G政府民间合作计划)。
5GPPP由政府出资管理项目吸引民间企业和组织参加，计划在2014-2020年期间投资7亿欧元，拉动5-10倍企业投资，其机制类似我国的重大科技专项。
5G PPP计划发展800个成员，包括ICT的各个领域：无线/光通讯、物联网、IT(虚拟化、SDN、云计算、大数据)、软件、安全、终端和智能卡等。
UMTS: Universal Mobile Telecommunications System通用移动通信系统，3GPP制定的全球3G标准之一，主体包括CDMA接入网络和分组化的核心网络等一系列技术规范和接口协议。
3GPP的UMTS标准的4个版本：R99、R4、R5、R6。
UTRAN: UMTS Terrestrial Radio Access NetworkUMTS 陆地无线接入网，由NODE B（3G移动基站）和RNC（无线网络控制器）构成。
RNC: Radio Network Controller无线网络控制器，关键网元，接入网的组成部分，提供移动性管理，管理用于传输数据的无线接入载波。
IMS: IP Multimedia SubsystemIP多媒体子系统，本质上说是一种网络结构。
该项技术植根于移动领域，最初是3GPP为移动网络定义的，而在NGN的框架下，IMS应同时支持固定接入和移动接入。
EPS: Evolved Packet System演进的分组域系统，EPS=SAE核心网(EPC)＋LTE接入网(E-UTRAN)+用户设备UE。
LTE: Long Time Evolution项目名称，研究的是无线接入网络的长期演进，新的无线接入系统称为演进的UTRAN (E-UTRAN)。
SAE: System Architecture Evolution项目名称，研究的是3GPP核心网络的长期演进，目的是定义一个新的全IP 分组核心网，称为演进的分组核心网EPC（Evolved Packet Core）。
2004年12月，3GPP在希腊雅典会议上启动了面向全IP的分组域核心网的演进项目SAE，其核心网也被称为演进的分组核心网EPC（Evolved Packet Core）。
网元简单理解就是网络中的元素，网络中的设备。
总之，网元是网络管理中可以监视和管理的最小单位。
空中接口空中接口是相对于有线通信中的“线路接口”（如RS-232\I2C\SPI\USB\Ethernet）而言的。
无线通信技术当中，“空中接口”是基站和移动电话之间的无线传输规范，它定义每个无线信道的使用频率、带宽、接入时机、编码方法以及越区切换。
在不同制式的蜂窝移动通信网络中，空中接口的术语是不同的：在GSM/GPRS/EDGE网络，CDMA2000网络中，被称为Um接口；在TD-SCDMA和WCDMA网络中，被称为Uu接口。
移动通信系统的组成4G移动通信系统由核心网(CN)、演进的UMTS 陆地无线接入网(E-UTRAN)、用户设备(UE)三大部分组成，CN主要完成用户认证、位置管理、呼叫连接控制、用户信息传送等功能。
一、移动通信技术的演进图1.1 移动通信技术发展路线图上世纪80年代问世的第一代模拟制式手机（1G）只能进行语音通话。
1996到1997年出现的第二代GSM、CDMA等数字制式手机（2G）便增加了接收数据的功能，如接收电子邮件或网页，其核心网氛分为电路域和分组域，分别承载话音和数据业务。
GPRS/EDGE所代表的2.5G使得数据传输速度增大，现在大多数手机包括我自己还在使用GPRS制式的手机数据业务。
2008年，国际电信联盟正式公布第三代移动通信标准，3G服务能够以比2G更高的速率传送声音及数据信息。
严格上讲，LTE只属于3.9G，引入了OFDM和MIMO等关键传输技术，分为两种制式，FDD-LTE和TD-LTE，即频分双工LTE系统和时分双工LTE系统，二者技术的主要区别在于空中接口的物理层上（像帧结构、时分设计、同步等）。
LTE其实并未被3GPP认可为国际电信联盟所描述的下一代无线通讯标准IMT-Advanced，因此在严格意义上其还未达到4G的标准，只有升级版的LTE Advanced才满足国际电信联盟对4G的要求。
3G3G标准的指导思想是网元可分别独立演进，网络要实现平滑过渡。
其总体目标是最终实现全IP化的全球宽带移动通信网络。
具体讲，就是无线接入网技术和核心交换网技术各有自己的演进路线。
在接入技术方面，特别是空中接口，3GPP致力于不断提高频谱利用率，除WCDMA作为首选空中接口技术获得不断完善外，UMTS还相继引入了TD-SCDMA和HSDPA技术(High Speed Downlink Packet Access，高速下行链路数据分组接入)。
在核心网技术方面，则引入了分组软交换技术，进而顺应IP多媒体应用的发展趋势引入了IP多媒体域，也就是IMS(IP Multimedia Service，IP多媒体服务)以实现全IP多业务移动网络的最终发展目标。
4G4G作为第四代移动通信技术，有着无法比拟的优越性，它能够快速传输语音、文本、视频和图像信息，能够满足几乎所有用户对于无线服务的要求，国际电信联盟对于4G系统的标准为符合100 Mbit/s数据传输速度的系统，当之无愧的被称为机器之间的高速对话。
LTE（Long Term Evolution）主要研究3GPP无线接入网的长期演进技术，升级版的LTE Advanced将最终满足国际电信联盟对4G系统的要求。
SAE（System Architecture Evolution）则是研究核心网的长期演进，它定义了一个全IP的分组核心网EPC（Evolved Packet Core）。
5G5G正式的统一名称来自国际电信联盟，IMT-2020：International Mobile Telecommunication (IMT) for 2020 and Beyond面向2020年及未来的全球移动通信。
全球范围内，移动通信行业正在广泛地开展有关5G技术与标准的研发活动，其共同特点是，首先展开的是对于用户需求、应用场景、技术发展趋势等的调研工作。
二、EPS系统及其核心网EPC1.EPC的结构及其主要网元功能图2.1 EPS系统EPC主要包含MME、SGW、PGW、PCRF等网元。
其中SGW和PGW常常合设并被称为SAE-GW。
MME：Mobility Management Entity，LTE接入下的控制面网元，负责移动性管理功能；处理NAS消息，UE移动性管理实体；对UE进行鉴权和NAS消息完整性保护；支持为UE建立一个或多个PDN连接；支持UE/网络发起的服务请求；支持UE在LTE系统内漫游；控制UE在2G/3G网络和LTE网络间进行重选、切换；维护处于EMM-REGISTERED状态的UE的跟踪区列表；为UE 选择PGW、SGW和UE选择目标MME（S1切换中）；当UE切换到2G/3G网络时，为UE选择SGSN；管理EPS承载，专用承载和默认承载；MME Pool。
SGW：Serving Gateway，SAE网络用户面接入服务网关，相当于传统Gn SGSN的用户面功能；服务网关是连接E-UTRAN的分组数据接口的终点；当UE在eNodeB间切换时，作为其“锚点”；支持为UE建立一个或多个PDN连接；支持UE/网络发起的服务请求；管理EPS承载，包括专用承载和默认承载；为ECM-IDLE状态的UE缓存下行分组，并发起服务请求过程；基于承载的计费。
PGW：PDN Gateway，SAE网络的边界网关，提供承载控制、计费、地址分配和非3GPP接入等功能，相当于传统的GGSN；PDN网关是连接分组数据网络的分组数据接口的终点，也是连接外部分组数据网络的锚点；UE IP地址分配；管理EPS承载，包括专用承载和默认承载；上/下行SDF进行计费、数据流检测、门控、速率控制；基于APN-AMBR对下行非GBR数据进行速率控制；绑定SDF 与承载；上下行传输层的分组标记；PCRF选择功能；事件报告；基于传输资源的接纳控制；策略增强功能（按照运营商定义的规则来进行资源分配）以及分组过滤(DPI)和增强计费功能（例如每个URL计费）；PS域安全功能:用户黑名单、防DoS攻击等。
PCRF：Policy and Charging Rules Function，策略控制服务器，根据用户特点和业务需求提供数据业务资源管控，完成对用户数据报文的策略和计费控制。