EPC (Evolved Packet Core) – das LTE Kernnetz

 

Die Mobilfunknetze der Zukunft werden immer größer werdende Datenmengen übertragen müssen. Der User verlangt höhere Bandbreiten, während der Carrier versuchen die Kosten pro Bit zu verringern. Das Große Ziel ist es eine einheitliche Architektur zu implementieren, die eine Ende zu Ende Übertragung auf Basis des Internet Protocol (IP) ermöglicht. Die Integration von anderen IP Basierten Technologien, wie mobile WiMAX oder WLAN ist Bestandteil dieser Entwicklung.
Um diesen Anforderungen gerecht werden zu können bedarf es bei der LTE Einführung auch erheblicher Veränderungen am Kernnetz. LTE beschreibt dabei die Luftschnittstelle (auch E-UTRAN), die sich unter anderem durch technische Entwicklung im Bereich Antennentechnologie und Modulationsverfahren definiert.

Zur Neuentwicklung von LTE gehört jedoch nicht nur die Luftschnittstelle, sondern auch ein neues Kernnetz, im englischen als Core Network (CN) bezeichnet. LTE wird oft im Zusammenhang mit SAE genannt (LTE/SAE), SAE (System Architecture Evolution) beschreibt die Entwicklung des Kernnetzes und wird genau wie LTE vom 3GPP standardisiert. Das Kernnetz selber, das aus dieser Entwicklung hervorgeht wird als EPC (Evolved Packet Core) bezeichnet. Auch die Abkürzung EPS (Evolved Packet System) wird immer häufiger verwendet, bezeichnet aber genauso das Kernnetz.

Das Ziel dieser Entwicklung ist eine deutlich vereinfachte Netzstruktur, die rein IP basiert ist und auch als All-IP Netz bezeichnet wird. Leitungsvermittelnde Übertragung ist in diesem System nicht mehr vorgesehen. Dennoch muss die Kompatibilität zu anderen Zugangstechniken, so auch Festnetzanschlüsse gewährleistet sein. Die vereinfachte Struktur dient dazu Kosten zu reduzieren und Pakete schnelle vom Sender zum Empfänger zu schicken, also einer Reduzierung der Latenzzeiten. Der EPC Besteht aus mehreren Komponenten unter anderen zur Trennung von Nutzdaten und Signalisierungsinformationen. Die Abgebildeten Schnittstellen zwischen den Komponenten sind, wie es in einem All-IP Netz vorgegeben ist, alle IP basiert.

Aufbau des EPC mit Schnittstellen
Aufbau des EPC mit Schnittstellen (Klick- Vergrößerung)

 

 

Für die Signalisierung ist die MME (Management Mobility Entity) zuständig. Signalisierungsdaten und Nutzerdaten laufen im LTE Netz getrennt voneinander, bei UMTS war das noch anders. Die Signalisierungsaufgaben im LTE Netz laufen über die MME ab. Dazu gehört beispielsweise die Anmeldung der Mobilfunk Teilnehmers am Netz, aber auch die Authentifizierung und Lokalisierung. Das Endgerät meldet sich an der MME an, sobald es eingeschaltet wird, die MME verbindet sich daraufhin, mit dem HSS (Home Subscriber Server), der die Teilnehmerdatenbank beinhaltet und weist dem Endgerät einen Serving Gateway (S-GW) zu .

Der HSS ist keine SAE spezifische Neuentwicklung, er ersetzt das in GSM und UMTS Netzen verwendete HLR (Home Location Register). Das Serving Gateway wird zusammen mit dem PDN Gateway auch als SAE Gateway bezeichnet, beide werden oft in einer Einheit zusammengefasst. Jedes Endgerät, das am Netz angemeldet ist, ist zurzeit nur mit einem S-GW verbunden. Der S-GW übernimmt das Routen der Nutzerdaten zwischen der Basisstation und dem PDN-GW. Der PDN-GW stellt die Schnittstelle zum externen IP Netzwerk dar und hat die Aufgabe dem Nutzer eine IP Adresse zuzuweisen.

Das PCRF (Policy and Charging Rules Function) hat die Aufgabe, wie der Name schon sagt, Policy und Charging Regeln festzulegen. Die Regelungen betreffen den PDN-GW, da der PCRF Datenflüsse zulassen oder ablehnen kann. Auch die Verrechnung gehört zu den Aufgaben. Das PCRF hat die Aufgabe verschiedene Datenströme zu identifizieren und entsprechende Verrechnungsrichtlinien, die der Netzbetreiber vorher festgelegt hat, anzuwenden. Verschiedene Dienste können so unterschiedlich abgerechnet werden bzw. Netzinterne Dienste auch kostenlos angeboten werden.