SGW und PGW in 5G: Funktionen, Architektur und Unterschiede
In Mobilfunknetzen spielen das Serving Gateway (SGW) und das Packet Data Network Gateway (PGW) eine entscheidende Rolle für die Datenübertragung und Netzwerkanbindung. Diese Komponenten stammen ursprünglich aus 4G LTE, werden aber in 5G-Netzwerken durch eine neue Architektur ersetzt.
Obwohl 5G eine völlig neue Netzstruktur mit Service-Based Architecture (SBA) einführt, bleiben SGW und PGW in 5G Non-Standalone (NSA)-Netzen weiterhin relevant. Sie sind für die Weiterleitung von Benutzerdaten zwischen Endgeräten und externen Netzwerken verantwortlich. In diesem Artikel werden die Funktionen, die technischen Details und die Unterschiede zwischen SGW und PGW erläutert.
Serving Gateway (SGW)
Das Serving Gateway (SGW) ist ein zentraler Knotenpunkt im 4G LTE– und 5G NSA-Netzwerk, der für die Verwaltung der Benutzerdatenpakete zuständig ist. Es fungiert als Vermittlungsstelle zwischen dem Evolved Node B (eNB) oder gNodeB (gNB) und dem Packet Data Network Gateway (PGW).
Funktionen des SGW
- Paketweiterleitung: Das SGW leitet Datenpakete zwischen dem Mobilfunkgerät und dem PGW weiter.
- Mobility Management: Bei einem Zellwechsel oder einer Übergabe zwischen Basisstationen sorgt das SGW für eine nahtlose Datenübertragung.
- Pufferung von Daten: Falls ein Endgerät vorübergehend nicht erreichbar ist, kann das SGW Daten zwischenspeichern.
- Interaktion mit dem PGW: Das SGW ist für die Kommunikation mit dem PGW zuständig, um Datenpakete an externe Netzwerke zu senden.
- Abrechnung und Qualitätsmanagement: Das SGW unterstützt Funktionen zur Quality of Service (QoS)-Regelung und zur Datenabrechnung.
Signalfluss mit SGW
Wenn ein Nutzer eine Verbindung herstellt, durchläuft der Datenverkehr mehrere Netzwerkelemente:
- Das Mobilgerät baut eine Verbindung über die Basisstation (eNB oder gNB) auf.
- Das SGW empfängt die Pakete von der Basisstation und leitet sie weiter.
- Falls sich das Endgerät bewegt, sorgt das SGW für eine nahtlose Übergabe (Handover) zwischen verschiedenen Basisstationen.
- Das SGW sendet die Daten zum PGW, das sie an das externe Netzwerk weiterleitet.
Packet Data Network Gateway (PGW)
Das Packet Data Network Gateway (PGW) ist das Hauptelement, das für die Verbindung zwischen dem Mobilfunknetz und externen Netzwerken wie dem Internet oder firmeneigenen Netzwerken verantwortlich ist. Es ist der letzte Schritt in der Datenübertragungskette und ermöglicht die Kommunikation mit externen Servern.
Funktionen des PGW
- Externe Netzwerkanbindung: Das PGW verbindet das Mobilfunknetz mit dem Internet, privaten Netzwerken oder Cloud-Diensten.
- IP-Adressverwaltung: Jedes Endgerät erhält vom PGW eine IP-Adresse für die Kommunikation.
- Quality of Service (QoS): Das PGW implementiert QoS-Regeln, um bestimmte Datenströme priorisiert zu behandeln.
- Datenfilterung und Sicherheitsmaßnahmen: Das PGW kann Firewalls und DPI (Deep Packet Inspection) nutzen, um den Datenverkehr zu kontrollieren.
- Billing und Traffic Management: Das PGW verwaltet die Datenabrechnung und Verkehrsanalysen.
Signalfluss mit PGW
- Das PGW empfängt Datenpakete vom SGW und überprüft die QoS-Parameter.
- Es bestimmt die Weiterleitung der Pakete basierend auf dem Zielnetzwerk.
- Falls eine Verbindung ins Internet erforderlich ist, kommuniziert das PGW mit einem DNS-Server zur Namensauflösung.
- Das PGW sorgt für sichere und effiziente Datenübertragung zwischen mobilen Geräten und Servern.
Unterschiede zwischen SGW und PGW
| Kriterium | SGW (Serving Gateway) | PGW (Packet Data Network Gateway) |
|---|---|---|
| Funktion | Leitet Pakete zwischen Basisstationen und PGW | Verbindet das Mobilfunknetz mit externen Netzwerken |
| Netzwerkebene | Zwischen Mobilgerät und PGW | Zwischen SGW und externen Netzwerken |
| QoS-Steuerung | Teilweise | Hauptverantwortlich |
| IP-Adressverwaltung | Nein | Ja |
| Sicherheitsfunktionen | Begrenzt | Firewall, DPI, Traffic Monitoring |
SGW und PGW in 5G
In reinen 5G Standalone (SA)-Netzen werden SGW und PGW durch eine neue Netzarchitektur ersetzt. Die zentrale Komponente ist der User Plane Function (UPF), der die Aufgaben von SGW und PGW kombiniert. In 5G Non-Standalone (NSA)-Netzen werden SGW und PGW jedoch weiterhin genutzt, da 5G NSA auf der LTE-Kernnetzarchitektur basiert.
Vergleich von 4G und 5G
| Netzwerk | 4G LTE | 5G NSA | 5G SA |
|---|---|---|---|
| Datenübertragungssteuerung | SGW + PGW | SGW + PGW | UPF |
| QoS-Management | PGW | PGW | UPF |
| Netzwerkanbindung | PGW | PGW | UPF |
Zukunftsperspektiven
Da 5G-Netze zunehmend auf eine Service-Based Architecture (SBA) umgestellt werden, verlieren SGW und PGW langfristig an Bedeutung. Stattdessen übernimmt die UPF-Funktion in 5G eine flexiblere, softwaregesteuerte Lösung. Trotzdem bleiben SGW und PGW in hybriden 4G/5G-Netzen weiterhin ein essenzieller Bestandteil der Infrastruktur.
Das Serving Gateway (SGW) und das Packet Data Network Gateway (PGW) sind essenzielle Komponenten in LTE- und 5G-NSA-Netzen. Während das SGW für die Vermittlung zwischen Basisstationen und dem Kernnetz zuständig ist, übernimmt das PGW die Anbindung an externe Netzwerke. In 5G-Standalone-Netzen werden diese Funktionen jedoch durch den User Plane Function (UPF) ersetzt, um eine effizientere und flexiblere Netzwerkinfrastruktur zu ermöglichen.