Im Kontext der Mobilfunknetze der 5. Generation (5G) erfährt der Evolved Packet Core (EPC) eine Umwandlung in den 5G Core (5GC), was einen grundlegenden Wandel in der Kernnetzwerkarchitektur darstellt. Der 5G Core ist darauf ausgelegt, die vielfältigen und anspruchsvollen Anforderungen von 5G-Diensten zu erfüllen und bietet im Vergleich zu den bisherigen Long-Term-Evolution-Netzwerken (LTE) erweiterte Funktionen. Lassen Sie uns die Rolle und Funktionen des EPC innerhalb des 5G-Kerns untersuchen:
Evolved Packet Core (EPC) im 5G Core:
- Entwicklung von EPC zu 5G Core:
- Die Entwicklung von EPC zu 5G Core bedeutet einen Paradigmenwechsel in der Kernnetzwerkarchitektur, um sie an die einzigartigen Eigenschaften und Anforderungen von 5G anzupassen. Während der EPC als Kernnetz für LTE- und 4G-Netze diente, führt der 5G Core eine flexiblere und modularere Architektur ein, die als Service-Based Architecture (SBA) bekannt ist.
- Schlüsselkomponenten des 5G-Kerns:
- Der 5G-Kern besteht aus mehreren Schlüsselkomponenten, von denen jede spezifische Funktionen erfüllt, um erweiterte Funktionen und Dienste zu ermöglichen. Zu den bemerkenswerten Komponenten gehören die Access and Mobility Management Function (AMF), die Session Management Function (SMF), die User Plane Function (UPF), die Network Exposure Function (NEF) und andere.
- Zugangs- und Mobilitätsmanagementfunktion (AMF):
- Das AMF ist ein entscheidendes Element im 5G-Kern, das für die Verwaltung des Zugriffs und der Mobilität von Benutzergeräten (User Equipment, UE) verantwortlich ist, zu denen Geräte wie Smartphones und IoT-Geräte gehören. Es übernimmt Aufgaben wie Registrierung, Authentifizierung und Mobilitätsmanagement, um eine nahtlose Konnektivität sicherzustellen, wenn sich UEs innerhalb des Netzwerks bewegen.
- Sitzungsverwaltungsfunktion (SMF):
- Das SMF spielt eine zentrale Rolle bei der Sitzungsverwaltung innerhalb des 5G Core. Es ist für das Einrichten, Ändern und Beenden von Sitzungen für Benutzerdaten verantwortlich und gewährleistet so eine effiziente Kommunikation zwischen UEs und externen Netzwerken. Das SMF unterstützt außerdem das dynamische QoS-Management (Quality of Service) für verschiedene Dienste.
- Benutzerebenenfunktion (UPF):
- Der UPF ist eine kritische Komponente, die die Benutzerdatenebene innerhalb des 5G-Kerns verwaltet. Es ist für die Weiterleitung und Weiterleitung von Benutzerdatenpaketen zwischen dem UE und externen Netzwerken verantwortlich und sorgt so für eine Datenübertragung mit geringer Latenz und hohem Durchsatz. Der UPF unterstützt Funktionen wie Network Slicing für individuelle Serviceanforderungen.
- Netzwerkbelichtungsfunktion (NEF):
- Das NEF erleichtert die Bereitstellung von Netzwerkfunktionen und -diensten für Anwendungen und Dienste Dritter. Es ermöglicht externen Stellen, Informationen anzufordern und Dienste innerhalb des 5G-Kerns abzurufen, was die Entwicklung innovativer und maßgeschneiderter Anwendungen ermöglicht.
- Unified Data Management (UDM):
- Der UDM ist für die Verwaltung teilnehmerbezogener Daten innerhalb des 5G-Kerns verantwortlich. Es umfasst Funktionen wie Abonnementverwaltung, Authentifizierungsdaten und Richtlinieninformationen. Der UDM gewährleistet einen sicheren und autorisierten Zugriff auf das Netzwerk.
- Richtlinienkontrollfunktion (PCF):
- Die PCF ist für die Richtlinienkontrolle innerhalb des 5G-Kerns verantwortlich. Es definiert und erzwingt Richtlinien in Bezug auf QoS, Verkehrsmanagement und Netzwerkressourcenzuweisung basierend auf Dienstanforderungen und Benutzerprofilen.
- Authentifizierungs- und Autorisierungsinfrastruktur (AAI):
- Die AAI stellt Authentifizierungs- und Autorisierungsdienste innerhalb des 5G-Kerns bereit. Es gewährleistet den sicheren Zugriff von UEs auf das Netzwerk, validiert ihre Identität und autorisiert ihre Nutzung von Netzwerkressourcen.
- Network-Slicing-Unterstützung:
- Eines der Hauptmerkmale des 5G Core ist seine Unterstützung für Network Slicing. Network Slicing ermöglicht die Erstellung virtualisierter, isolierter Netzwerke mit benutzerdefinierten Eigenschaften, um den einzigartigen Anforderungen verschiedener Dienste, Anwendungen und Branchen gerecht zu werden.
- Schnittstellen:
- Der 5G-Kern umfasst eine Reihe klar definierter Schnittstellen wie N1, N2, N3 und andere, die die Kommunikation zwischen seinen Komponenten erleichtern. Diese Schnittstellen ermöglichen den Austausch von Signalisierungs- und Benutzerdaten und sorgen so für nahtlose Konnektivität und Servicebereitstellung.
- Servicebasierte Architektur (SBA):
- Die SBA ist ein grundlegendes Architekturkonzept im 5G Core. Es geht weg von der traditionellen knotenzentrierten Architektur des EPC hin zu einem flexibleren und modulareren Ansatz, bei dem Netzwerkfunktionen als Dienste implementiert werden. Dies ermöglicht eine einfachere Skalierbarkeit, Flexibilität und die Möglichkeit, sich an sich ändernde Serviceanforderungen anzupassen.
Vorteile und Fortschritte:
- Erweiterte Funktionen:
- Der 5G Core bietet erweiterte Funktionen wie extrem zuverlässige niedrige Latenz, massive maschinenartige Kommunikation und verbessertes mobiles Breitband und deckt ein breites Spektrum an Anwendungsfällen und Diensten ab.
- Dynamische Ressourcenzuteilung:
- Der 5G Core unterstützt die dynamische Ressourcenzuweisung und ermöglicht so eine effiziente Nutzung von Netzwerkressourcen basierend auf Echtzeitnachfrage und Serviceanforderungen.
- Netzwerk-Slicing-Flexibilität:
- Netzwerk-Slicing ermöglicht es Betreibern, maßgeschneiderte, virtualisierte Netzwerke zu erstellen, um den spezifischen Anforderungen verschiedener Branchen gerecht zu werden und so Flexibilität und Anpassungsfähigkeit zu gewährleisten.
- Unterstützung für IoT- und M2M-Kommunikation:
- Der 5G Core ist darauf ausgelegt, die enormen Konnektivitätsanforderungen des Internets der Dinge (IoT) und der Machine-to-Machine (M2M)-Kommunikation zu unterstützen und eine breite Palette von Anwendungen und Diensten zu ermöglichen.
- Interoperabilität und Standardisierung:
- Der 5G Core profitiert von den globalen Standardisierungsbemühungen von Organisationen wie 3GPP, die die Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Anbieter gewährleisten und ein einheitliches 5G-Ökosystem fördern.
Zusammenfassend stellt der Evolved Packet Core (EPC) im 5G Core eine bedeutende Weiterentwicklung der Kernnetzwerkarchitektur dar und führt fortschrittliche Komponenten und Funktionalitäten ein, um die vielfältigen und anspruchsvollen Anforderungen von 5G-Diensten zu unterstützen. Der Übergang von EPC zu 5G Core steht im Einklang mit der Vision, durch den Einsatz der 5G-Technologie neue Anwendungsfälle, Anwendungen und Branchen zu ermöglichen.