MME (Mobility Management Entity)

Jako główny węzeł sterujący EPC, MME jest "kontrolerem ruchu lotniczego" dla urządzeń mobilnych. Zarządza wszystkim, co dotyczy stanu połączenia użytkownika, nigdy nie dotykając jego faktycznych danych.

Szczegółowe Funkcje MME:

• Dołączanie i Odłączanie: MME zarządza całym procesem, gdy urządzenie po raz pierwszy łączy się z (dołącza) lub rozłącza się z (odłącza) siecią LTE.
• Uwierzytelnianie i Autoryzacja: Jest pierwszym punktem kontaktowym dla bezpieczeństwa. MME komunikuje się z HSS, aby zweryfikować tożsamość użytkownika na podstawie danych uwierzytelniających zapisanych na karcie SIM oraz aby określić, do jakich usług użytkownik jest uprawniony.
• Zarządzanie Mobilnością w Stanie Bezczynności: W celu oszczędzania baterii urządzenie mobilne przechodzi w stan bezczynności, gdy nie przesyła aktywnie danych. MME jest odpowiedzialne za znajomość ogólnej lokalizacji urządzenia, zdefiniowanej przez grupę komórek zwaną Obszarem Śledzenia (TA). Gdy dla urządzenia nadejdą nowe dane, MME inicjuje procedurę "przywoływania" (paging), instruując wszystkie eNodeB w tym TA, aby rozgłosiły wiadomość w celu wybudzenia urządzenia.
• Zarządzanie Nośnikami: MME orkiestruje tworzenie, modyfikację i usuwanie nośników EPS, które są logicznymi "rurami", przez które przepływają dane użytkownika. Obsługuje sygnalizację w celu ustanowienia niezbędnych zasobów w eNodeB, SGW i PGW.

SGW (Serving Gateway)

SGW jest głównym węzłem w Płaszczyźnie Użytkownika, działającym jako router i kotwica mobilności dla urządzeń, gdy te przemieszczają się w obrębie sieci dostępu radiowego.

Szczegółowe Funkcje SGW:

• Lokalna Kotwica Mobilności: Najważniejszą rolą SGW jest bycie stabilnym punktem połączenia dla Płaszczyzny Użytkownika podczas przełączeń między eNodeB. Gdy użytkownik przemieszcza się z jednej stacji bazowej do drugiej, jego ścieżka danych przełącza się na poziomie eNodeB, ale połączenie z przydzielonym SGW pozostaje stałe. Zapewnia to płynne przejście bez przerw w przepływie danych.
• Kotwica Mobilności Między-RAT: Pełni tę samą funkcję kotwicy, gdy użytkownik przemieszcza się między różnymi technologiami radiowymi, na przykład z obszaru 4G LTE do obszaru 3G UMTS. Sesja jest płynnie przekazywana z SGW do starszego węzła sieci 3G (SGSN).
• Trasowanie i Przekazywanie Pakietów: W najprostszym ujęciu, SGW jest wysokowydajnym routerem. Odbiera pakiety danych użytkownika z eNodeB (przez interfejs S1-U) i przekazuje je w kierunku PGW, i odwrotnie dla ruchu w dół.
• Buforowanie Danych w Dół: Gdy MME przywołuje bezczynne urządzenie, SGW odgrywa kluczową rolę, tymczasowo przechowując (buforując) wszelkie pakiety danych w dół, które nadejdą dla tego użytkownika. Gdy urządzenie ponownie nawiąże połączenie, SGW zwalnia zbuforowane dane.

PGW (Packet Data Network Gateway)

PGW jest bramą użytkownika do świata poza siecią operatora komórkowego. Jest ostatecznym punktem zakotwiczenia sesji danych i zarządza łącznością z sieciami zewnętrznymi, takimi jak publiczny internet czy sieć korporacyjna.

Szczegółowe Funkcje PGW:

• Alokacja Adresu IP: PGW jest elementem w EPC, który przypisuje adres IP urządzeniu użytkownika. Ten adres IP pozostaje stały przez cały czas trwania sesji, nawet jeśli użytkownik podróżuje po całym kraju i łączy się przez wiele różnych SGW. Zapewnia to stabilność długotrwałych połączeń (np. pobierania pliku lub sesji VPN).
• Łączność z Sieciami Danych Pakietowych (PDN): PGW zapewnia faktyczne połączenie z sieciami zewnętrznymi przez interfejs SGi. Każda sieć PDN jest identyfikowana przez Nazwę Punktu Dostępowego (APN). Dla większości użytkowników APN łączy się z internetem. Dla użytkowników korporacyjnych specjalny APN może łączyć się z prywatną siecią firmy.
• Funkcja Egzekwowania Polityki i Taryfikacji (PCEF): PGW działa jako punkt egzekwowania reguł ustalonych przez PCRF. Sprawdza pakiety danych użytkownika i stosuje odpowiednie oznaczenia Jakości Usług (QoS), filtruje ruch i zapewnia, że zużycie danych jest zgodne z planem abonenta.

HSS (Home Subscriber Server)

HSS to centralna, główna baza danych sieci. Jest jedynym źródłem prawdy dla wszystkich informacji o abonentach, łącząc funkcje starszych węzłów 2G/3G, takich jak HLR (Home Location Register) i AuC (Authentication Center).

Dane przechowywane w HSS:

• Identyfikatory Abonenta: Obejmuje to IMSI (Międzynarodowy Identyfikator Abonenta Mobilnego) i MSISDN (numer telefonu użytkownika).
• Informacje o Bezpieczeństwie: Przechowuje tajne klucze i generuje wektory uwierzytelniające potrzebne przez MME do weryfikacji tożsamości użytkownika.
• Profil Użytkownika: Definiuje subskrypcję użytkownika, w tym subskrybowane usługi, dozwolone APN-y, limity danych i profile QoS.
• Informacje o Lokalizacji: HSS utrzymuje zapis o tym, który MME aktualnie obsługuje abonenta, co pozwala sieci na poprawne trasowanie przychodzących połączeń i danych.

PCRF (Policy and Charging Rules Function)

PCRF to silnik decyzyjny EPC w zakresie polityki. Zapewnia inteligencję potrzebną do dynamicznej kontroli usług i zasobów w oparciu o warunki w czasie rzeczywistym.

• Dynamiczne Decyzje Polityki: PCRF pobiera dane wejściowe z wielu źródeł: profilu subskrypcji użytkownika z HSS, informacji o używanej aplikacji oraz aktualnego stanu sieci. Na tej podstawie podejmuje dynamiczne decyzje o tym, jak traktować przepływy danych użytkownika.
• Kontrola Jakości Usług (QoS): To PCRF decyduje, że połączenie VoLTE wymaga nośnika o gwarantowanym niskim opóźnieniu, podczas gdy synchronizacja w chmurze w tle może używać nośnika typu "best-effort". Wysyła te reguły polityki do PGW (PCEF) w celu ich wyegzekwowania.
• Kontrola Taryfikacji: PCRF instruuje PGW, jak naliczać opłaty za określone przepływy danych. Umożliwia to zaawansowane scenariusze bilingowe, takie jak umożliwienie korzystania z niektórych aplikacji mediów społecznościowych bez zużywania głównego limitu danych użytkownika (tzw. "zero-rating").