Im Bereich der mobilen Telekommunikation ist der Evolved Packet Core (EPC) eine entscheidende Komponente der Long-Term Evolution (LTE) und 4G-Netzwerke. Der EPC dient als Kernnetzwerkarchitektur, die die End-to-End-Bereitstellung von Daten- und Sprachdiensten erleichtert und eine effiziente Kommunikation zwischen Benutzergeräten (UE) und externen Netzwerken wie dem Internet gewährleistet.
Schlüsselkomponenten und Funktionen des Evolved Packet Core (EPC):
- Mobilitätsmanagement-Entität (MME):
- Das MME ist ein Schlüsselelement innerhalb des EPC, das für die Verwaltung der Mobilität von UEs innerhalb des LTE-Netzwerks verantwortlich ist. Es übernimmt Aufgaben wie die Verfolgung des Standorts von UEs, das Initiieren und Koordinieren von Übergaben zwischen eNodeBs (Basisstationen) und die Verwaltung der UE-Authentifizierung und -Sicherheit.
- Serving Gateway (SGW):
- Das SGW ist ein entscheidendes Element, das als Gateway innerhalb des EPC fungiert. Es ist für das Routing und Weiterleiten von Benutzerdatenpaketen verantwortlich, verwaltet die Mobilität von UEs durch Verfolgung ihrer Bewegungen und stellt die effiziente Datenübertragung zwischen dem UE und externen Netzwerken sicher.
- Paketdaten-Netzwerk-Gateway (PDN-GW):
- Das PDN-GW dient als Schnittstelle zwischen dem LTE-Netz und externen Paketdatennetzen, wie dem Internet oder privaten Unternehmensnetzen. Es verwaltet die Zuweisung von IP-Adressen an UEs, führt die Netzwerkadressübersetzung (NAT) durch und spielt eine Rolle bei der UE-Mobilitätsverwaltung.
- Home Subscriber Server (HSS):
- Das HSS ist eine zentrale Datenbank innerhalb des EPC, in der Abonnenteninformationen und -profile gespeichert werden. Es enthält Details wie Benutzeridentitäten, Abonnementinformationen und Authentifizierungsdaten. Das HSS spielt eine entscheidende Rolle bei der Benutzerauthentifizierung, Autorisierung und Mobilitätsverwaltung.
- Richtlinien- und Gebührenregelfunktion (PCRF):
- Die PCRF ist für die Umsetzung der Richtlinienkontrolle und Gebührenerhebungsregeln innerhalb des EPC verantwortlich. Es stellt sicher, dass Netzwerkrichtlinien, wie z. B. Quality of Service (QoS) und Gebührenregeln, basierend auf Serviceplänen, Benutzerprofilen und Netzwerkbedingungen angemessen angewendet werden.
- Öffentliches Datennetz (PDN):
- Das PDN stellt die externen Netzwerke dar, mit denen UEs eine Verbindung herstellen, einschließlich des Internets und Unternehmensnetzwerken. Der EPC erleichtert die Kommunikation zwischen UEs und dem PDN und sorgt für nahtlose Konnektivität und Datenübertragung.
- Trägerkontrollfunktion (BCF):
- Das BCF ist für die Verwaltung der Träger verantwortlich, die die Kommunikationspfade zwischen dem UE und dem PDN darstellen. Es erstellt, ändert und gibt Träger basierend auf den Kommunikationsanforderungen frei und sorgt so für eine optimierte Datenübertragung und QoS.
- Authentifizierung, Autorisierung und Abrechnung (AAA):
- Der EPC umfasst Mechanismen zur Authentifizierung, Autorisierung und Abrechnung, um einen sicheren und autorisierten Zugriff auf das Netzwerk zu gewährleisten. Die AAA-Funktionen validieren die Identität von UEs, autorisieren ihren Zugriff auf Netzwerkressourcen und zeichnen Nutzungsinformationen für Abrechnungszwecke auf.
- Roaming-Unterstützung:
- Der EPC unterstützt das nahtlose Roaming von UEs über verschiedene LTE-Netze und internationale Grenzen hinweg. Es erleichtert den Austausch von Signalisierungs- und Benutzerdaten zwischen besuchten und Heimatnetzen, um einen kontinuierlichen Dienst für Roaming-Abonnenten aufrechtzuerhalten.
- Schnittstellen:
- Der EPC besteht aus verschiedenen Schnittstellen, die die Kommunikation zwischen seinen Komponenten ermöglichen. Zu den bemerkenswerten Schnittstellen gehören die S1-Schnittstelle zwischen eNodeBs und dem EPC, die S5/S8-Schnittstelle zwischen SGW und PDN-GW und die S6a-Schnittstelle zwischen MME und HSS.
Evolution zu 5G: Mit der Einführung von 5G entwickelt sich die Kernnetzwerkarchitektur weiter und der EPC durchläuft eine Transformation zum 5G Core (5GC)-Netzwerk. Der 5GC führt neue Konzepte ein, etwa die Service-Based Architecture (SBA), und umfasst Elemente wie die Access and Mobility Management Function (AMF) und die Session Management Function (SMF), um die erweiterten Fähigkeiten von 5G-Netzwerken zu unterstützen.
Zusammenfassend ist der Evolved Packet Core (EPC) ein zentrales Element in LTE- und 4G-Netzwerken und stellt die Kernnetzwerkinfrastruktur für die effiziente Bereitstellung von Daten- und Sprachdiensten bereit. Es umfasst Schlüsselkomponenten wie MME, SGW, PDN-GW, HSS, PCRF und Schnittstellen, die gemeinsam für nahtlose Konnektivität, Mobilitätsmanagement und sichere Kommunikation innerhalb des LTE-Netzwerks sorgen. Mit der Weiterentwicklung zu 5G wird der 5G Core eingeführt, der auf der vom EPC geschaffenen Grundlage zur Unterstützung der erweiterten Funktionen und Dienste von 5G-Netzwerken aufbaut.