运营商大数据系列（一） LTE信令数据简析

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。

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。

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。

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

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激活/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

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

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。