摘要 文章介绍了3GPP网络架构的演进需求以及SAE架构，在此基础上，提出了SAE的候选方案。
1、引言
随着通信技术的不断发展，各种新的宽带无线接入技术不断涌现，对3G系统形成了挑战。为了保证3GPP在10年内甚至10年后的竞争力，考虑3GPP接入技术的长期演进，增强3GPP系统的能力，3GPP系统的持续演进和优化，提高性能、降低成本，3GPP提出了系统架构演进项目（SAE）。长期演进目的是为了减少时延、提供更高的用户数据速率、更高的系统容量和更好的覆盖、减少运营商的成本。此外，基于IP的3GPP业务将通过不同的接入技术提供，因此要支持不同接入技术之间的无缝移动性，如WLAN和非3GPP接入系统。
网络架构涉及端到端的系统方面、核心网和不同的接入系统。网络架构的演进应该考虑到空口的演进，包括：是否需要修改网络结构，在网络节点之间不同功能的划分；怎样在整个网络提供较低的时延，核心网、无线接入网和无线接入技术；怎样有效地支持各种PS域的业务（如VoIP，呈现业务等）。SAE考虑对全IP网络的影响：支持不同接入系统（现有的和将来的），基于运营商策略、用户喜好和接入网条件组合的接入选择；怎样实现基本系统性能的改善，如通信时延，通信质量，建立时间；怎么维持整个系统协商的QoS，特别是域间和不同网络之间，从网络链路到基站的QoS等。SAE支持不同接入系统之间的移动性，包括业务连续性：I-WLAN和3GPP PS域的业务连续性；怎样支持多种接入技术和终端在不同接入技术的移动性；当在不同的接入技术之间移动时，怎样维持和支持同样的接入控制能力，保密和计费等。
2、网络架构演进需求
目前，3GPP正在制定SAE的相关标准，SAE提出的需求包括兼容性、系统优化、系统安全性和移动性管理等方面。
◆兼容性：必须支持3GPP和非3GPP；兼容R6 3GPP；应支持持R99 USIM的用户接入演进系统，应支持在R5 HSS中注册的用户接入演进系统；应支持现有的根据应用和承载计费的原则；应支持无线接口的组播能力；应同时支持IPv4和IPv6。在支持不同IP版本的接入系统间切换时应使得该切换对终端的影响最小；支持不同移动性要求的终端（固定、游牧、移动）；网络控制用户所能接入的接入网络类型；运营商应为UE提供本地3GPP网络和非3GGP网络的接入网络信息，该信息还可提供接入优先级等信息；应在SAE/LTE上支持IMS，并支持IMS到CS域间的呼叫。
◆安全性方面：应支持类似现有3GPP用户ID的保密性；应支持漫游用户和非漫游用户的合法监听；演进系统的安全级别应不低于现有3GPP；在不增加系统复杂度的前提下应支持用户的位置保密，是否支持位置保密应根据用户的注册信息决定。
◆移动性管理：支持3GPP内部移动性管理及与非3GPP间的移动性管理；移动性管理技术应不降低网络的安全级别；3GPP和非3GPP间的移动性管理技术应使得对接入技术的影响最小，并且与传输技术无关；应能处理区域性注册、区域性漫游、接入控制；应能处理由改变用户注册信息引起的动态漫游限制策略的改变；漫游限制的粒度不小于跟踪区域（Tracking Area）；在Active、Idle下对漫游限制的处理应一致；与现有3GGP网络间互联应支持现有3GPP漫游接口。
◆业务方面：支持SMS （SMS over IP）；应支持IP组播业务；应支持SAE中IMS与CS域间的业务连续性；支持将用户业务铆钉在某一CN锚点以支持计费和其他业务需求；应允许用户通过仅与VPLMN有漫游协议的非3GPP网络接入3GPP业务。
◆优化：初始接入阶段即建立缺省IP承载；减少协商QoS所需信令；减少无线接口信令开销；应支持最后一公里和无线接口的传输优化（减少传输开销）；从Idle到Active切换延迟小于等于200ms；支持SAE内部、SAE与Legacy 3GGP间、3GPP与非3GPP间实时、非实时业务的无缝切换（比如，减少丢包和中断时间）；支持MME/UPE/3GPP Anchor/SAE Anchor的重选以达到路优化的目的；应减少Idle状态下Inter-RAT时由Cell重选引起的信令。
◆其他：应支持网络共享；应支持类似Iu-flex的资源共享和冗余。
3、SAE架构
如图1所示，整个网络架构采用两层扁平网络结构，其中MME和UPE是否分离目前仍然没有确定，这更多是一个实现上的问题。在E-UTRAN的结构中，Node B之间采用X2接口，在Node B和接入网关（AGW）之间采用S1接口，目前关于X2、S1接口的传递的详细内容正在制定当中。
图1 系统架构图
3.1 功能实体
SAE中涉及的功能实体包括：MME、UPE、3GPP Anchor、SAE Anchor、Trusted Non-3GPP IP Access和ePDG。
◆MME：MME（Mobility Management Entity）管理控制面协议，如UE ID的分配、安全性、鉴权和漫游控制等。
◆UPE：UPE（User Plane Entity）管理用户面的协议，如储存UE上下文、终止LET_IDLE状态用户面、加密上下文等。
◆3GPP Anchor：是LTE与传统3G网络的用户面数据链路的锚点，负责管理LTE和传统3GPP间的数据路由。3GPP Anchor管理2G/3G接入和LTE接入间的移动。
◆SAE Anchor：是3GPP与非3GPP网络间的用户名数据链路的锚点，负责管理3GPP和非3GPP间的数据路由。SAE Anchor管理3GPP接入和非3GPP接入（如WLAN、WiMAX）间的移动。
Trusted Non-3GPP IP Access：一个非3GPP IP接入网定义为“信任的非3GPP IP接入网”，如果3GPP EPC（演进分组核心网）系统选择信任这样一个非3GPP IP接入网。3GPP EPC系统运营商可以选择信任同一个运营商或者不同运营商运营的非3GPP IP接入网，如基于商业协议。假定UE和3GPP EPC之间不要求IPSec隧道。
◆ePDG：具有3GPP TS 23.234中定义的PDG的功能，对PDG功能的具体修改或扩展有待于做进一步的研究。
3.2 接口介绍
S1：eNB与MME/UPE的接口。
S2a、S2b：Non-3GPP网络与SAE Anchor间的接口，基于IETF协议。当用户在3GPP网络和非3GPP网络间漫游时使用该接口。
S3：SGSN与MME的接口，类似于传统3G中的SGSN间的Gn接口。
S4：SGSN与3GPP Anchor间的接口，类似于传统3G中SGSN与GGSN间的Gn接口。
S5a：UPE与3GPP Anchor间的接口，基于GTP协议，用来作Active状态下UPE的Relocation。
S6：HSS与MME/SAE PDN网关的接口，完成用户接入认证、插入用户签约数据、对用户接入PDN进行授权，与非3GPP系统互联时对用户的移动性管理消息的认证等功能。
S7：SAE PDN Gateway与PCRF（Policy and Charging Rules Function）间的接口。类似于现有PCC中的Gx接口。
4、SAE候选方案
根据现在3GPP进行讨论中的网络架构，现有的SAE架构可以有3种演进方案，称为架构A、B、C。主要讨论的是两种结构：结构A和结构B，SAE架构方案将在2007年6月完成选择，确定所选择的架构。
◆结构A：采用GTP，支持LTE和Pre-SAE/LTE接入，与非3GPP接入的互连等；
◆结构B：包括结构A，增加了S8接口（演进到全IP网络，与3GPP2分组数据网络演进，WiMAX网络参考模型和下一代网络等一致），S5b接口（实施灵活性）。
4.1 架构A
结构A如图2所示，主要模块包括：
图2 SAE架构A
◆3GPP Anchor在3GPP接入系统间移动时，锚定用户平面，包括GPRS核心网中SGSN的GTP接口；
◆SAE MM Anchor在3GPP与非3GPP接入系统之间移动时，锚定用户平面。当使用S8接口时基于GTP。当使用S2接口时，则采用IETF的移动协议。
◆SAE PDN网关：与PDN/服务域（IP地址分配）的IP连接，也通过用户数据流终止或者连接承载处理3GPP接入承载。
主要接口：
◆S3，S4：在3GPP间移动时采用GTP。
◆S2a，S2b：采用IP移动协议（MIP类），用在3GPP与非3GPP系统之间移动时。
◆S5a：采用GTP，用于UPE重定位。S5a不用于发起连接，在UPE重定位之后也可能使用。
◆S8a采用Gp（GTP）使用的机制，用于漫游。
◆S10：MME间的接口（图中没有给出）。
◆S11：MME和UPE之间的接口，基于Gn（GTP-C）接口，仍然在讨论（FFS）。
4.2 架构B
架构B如图3所示，主要模块包括：
图3 SAE架构B
◆3GPP锚点：在3GPP接入系统间移动时，锚定用户平面，包括GPRS核心网中SGSN的GTP接口，通过终止承载或者使用用户数据流联系处理Pre-LFE接入承载。
◆SAE MM锚点：当在3GPP与非3GPP接入系统之间移动时，锚定用户平面。也处理UPE/3GPP锚点重定位。
◆SAE PDN网关：处理与PDN/服务域的连接（用户数据流、PCEF和LI的IP地址分配，与PCC和计费系统的接口等）。
架构B中的主要接口包括：
◆S2a，S2b：采用IETF的移动性协议，当在3GPP与非3GPP系统之间移动时。
◆S3，S4：在3GPP系统间移动时采用GTP。
◆S5a：采用GTP，用于UPE重定位。S5a不用于发起连接，在UPE重定位之后也可能使用。
◆S5b：采用IETF的移动协议，用于UPE/3GPP锚点重定位，在非3GPP移动。
◆S8a：漫游时采用Gp（GTP）机制。
◆S8b：漫游时IETF的移动协议。
◆S12：（MME/UPE/3GPP锚点）和（MME/UPE/3GPP锚点）之间的接口，类似于其他图中的S10。
S2a，S2b，S5b和S8b采用IETF的移动协议（可能是PMIP）。
对基于S8b的漫游，支持VPCRF、和HPCRF之间的PCC漫游是必须的。使用基于漫游的S8a（GTP）还是基于S8b的漫游（IETF协议）取决于运营商和预先配置的协定。
4.3 SAE中的问题
SAE架构中的问题包括：（1）功能实体如何组合；（2）接口采用什么协议。
关于功能实体的组合问题，主要包括：MME/UPE是合并还是分离，UPE、3GPP Anchor、SAE Anchor这三个功能实体的组合。后者有两个观点：
◆用户面合三为一
◆用户面分为（UPE+3GPP anchor）和SAE Anchor
S5接口采用什么协议?现在主要分为两个流派，一方支持基于GTP协议，以Nokia、Ericsson为代表；另一方支持基于IETF的PMIP协议，以Samsung、NTT DoCoMo为代表。
SAE要能够与传统的GPRS网络无缝演进，也要能够与非3GPP接入系统互连，因此将“GPRS Enhancement for LTE access”相关内容写入TR23.401，“Architecture enhancements for non-3GPP access”相关内容写入TR23.402，与两者都相关的内容写入TR23.401，两者具有相同优先级，由运营商策略来决定是否在初始连接的时候使用S5a。
5、结束语
在SAE的架构确定的同时，也在进行关键技术的研究，主要包括：策略控制和计费、本地疏导的漫游、跟踪区域、无线接入网-核心网功能划分、3GPP接入系统之间在空闲状态的移动性、限制信令-由于空闲模式移动性在E-UTRA和UTRA/GSM、LTE_IDLE状态时LTE接入系统移动性、接入系统间的切换、缺省IP接入业务、与多个PDN的IP连接性、分组核心的功能发展、QoS、网络附着、寻呼和C平台建立、激活模式时LTE接入系统内MME/UPE切换、网络冗余和负载共享、网络共享等。
现在，一些发起并参与LTE/SAE标准制定和技术研究工作的3GPP成员，比如诺基亚、爱立信、阿尔卡特、中兴、华为、三星等设备厂商，正在积极研究和开发符合3G LTE/SAE技术标准的系统和设备，目标是在保证技术和系统性能领先的同时，最大程度地利用并兼容现有的系统平台，保持系统的平滑演进，以提供最优的无线通信解决方案。而各大运营商也在研究各种网络架构演进方案以及新技术的引入对现在网络的影响。由于SAE涉及到运营商、设备商的利益，因此，各方在此问题上的争论非常激烈，对于我国来说，只有积极主动地将我们的技术推入到SAE标准的制定当中，才能更好地维护我国的运营商、设备商的利益。
