Evolución de la arquitectura del sistema

Los subcomponentes del EPC son: ^{[ 1 ] [ 2 ]}

El protocolo EPS (Evolved Packet System) Mobility Management (EMM) proporciona procedimientos para el control de la movilidad cuando el equipo de usuario (UE) utiliza la red de acceso radioeléctrico terrestre UMTS evolucionada (E-UTRAN). También proporciona control de seguridad para los protocolos NAS.

La EMM comprende diferentes tipos de procedimientos, tales como:

• Los procedimientos comunes de EMM se pueden iniciar siempre que exista una conexión de señalización NAS. Estos procedimientos son iniciados por la red e incluyen la reasignación de GUTI, la autenticación, el control del modo de seguridad, la identificación y la información de EMM.
• Procedimientos específicos de EMM : exclusivos del UE. Solo se puede ejecutar un procedimiento específico de EMM iniciado por el UE a la vez. Los procedimientos de este tipo son: conexión y conexión combinada, desconexión o desconexión combinada, actualización normal del área de seguimiento y actualización combinada del área de seguimiento (solo en modo S1) y actualización periódica del área de seguimiento (solo en modo S1).
• Procedimientos de gestión de conexión EMM : gestionan la conexión del UE con la red:
  • Solicitud de servicio: Iniciada por el UE y utilizada para establecer una conexión segura con la red o para solicitar la reserva de recursos para el envío de datos, o ambas cosas.
  • Procedimiento de paginación: Iniciado por la red y utilizado para solicitar el establecimiento de una conexión de señalización NAS o para indicar al UE que se vuelva a conectar si es necesario como resultado de una falla de red.
  • Transporte de mensajes NAS: Iniciado por el UE o la red y utilizado para transportar mensajes SMS .
  • Transporte genérico de mensajes NAS: Iniciado por el UE o la red y utilizado para transportar mensajes de protocolo de otras aplicaciones.

El UE y la red ejecutan en paralelo el procedimiento de conexión y el procedimiento de activación del contexto de portador EPS predeterminado. Durante el procedimiento de conexión EPS, la red activa un contexto de portador EPS predeterminado. Los mensajes de gestión de sesión EPS para la activación del contexto de portador EPS predeterminado se transmiten en un elemento de información dentro de los mensajes de gestión de movilidad EPS. El UE y la red completan el procedimiento combinado de activación del contexto de portador EPS predeterminado y el procedimiento de conexión antes de que finalice el procedimiento de activación del contexto de portador EPS dedicado. El éxito del procedimiento de conexión depende del éxito del procedimiento de activación del contexto de portador EPS predeterminado. Si el procedimiento de conexión falla, los procedimientos de gestión de sesión ESM también fallarán.

El protocolo de gestión de sesiones EPS (ESM) proporciona procedimientos para el manejo de contextos de portador EPS. Junto con el control de portador proporcionado por el estrato de acceso , proporciona el control de los portadores del plano de usuario. La transmisión de mensajes ESM se suspende durante los procedimientos EMM, excepto durante el procedimiento de conexión.

Portador EPS: Cada contexto de portador EPS representa un portador EPS entre el UE y una PDN. Los contextos de portador EPS pueden permanecer activados incluso si los portadores de radio y S1 que constituyen los portadores EPS correspondientes entre el UE y el MME se liberan temporalmente. Un contexto de portador EPS puede ser un contexto de portador de opción predeterminada o un contexto de portador dedicado. Un contexto de portador EPS predeterminado se activa cuando el UE solicita una conexión a una PDN. El primer contexto de portador EPS predeterminado se activa durante el procedimiento de conexión EPS. Además, la red puede activar uno o varios contextos de portador EPS dedicados en paralelo.

En general, los procedimientos ESM solo se pueden realizar si se ha establecido un contexto EMM entre el UE y el MME, y si el MME ha iniciado el intercambio seguro de mensajes NAS mediante dichos procedimientos. Una vez que el UE se conecta correctamente, puede solicitar al MME que establezca conexiones con PDN adicionales. Para cada conexión adicional, el MME activa un contexto de portador EPS predeterminado independiente. Este contexto de portador EPS predeterminado permanece activado durante toda la vida útil de la conexión con la PDN.

Tipos de procedimientos ESM: ESM comprende diferentes tipos de procedimientos, tales como:

• Los procedimientos de contextos de portador EPS , iniciados por la red, se utilizan para la manipulación de los contextos de portador EPS, incluyendo la activación del contexto de portador EPS predeterminado, la activación del contexto de portador EPS dedicado, la modificación del contexto de portador EPS y la desactivación del contexto de portador EPS.
• Procedimientos relacionados con transacciones : iniciados por el UE para solicitar recursos, como una nueva conexión PDN o recursos de portador dedicados, o para liberar dichos recursos. Estos incluyen el procedimiento de conectividad PDN, el procedimiento de desconexión PDN, el procedimiento de asignación de recursos de portador y el procedimiento de modificación de recursos de portador.

El MME mantiene la información de contexto EMM y de contexto del portador EPS para los UE en los estados ECM-IDLE, ECM CONNECTED y EMM-DEREGISTERED.

La pila de protocolos MME consta de:

1. Pila S1-MME para admitir la interfaz S1-MME con eNodeB
2. Pila S11 para admitir la interfaz S11 con Serving Gateway

MME admite la interfaz S1 con eNodeB. La pila de interfaces S1 MME integrada consta de IP , SCTP y S1AP.

• SCTP (Stream Control Transmission Protocol) es un protocolo de transporte común que utiliza los servicios del Protocolo de Internet (IP) para proporcionar un servicio de entrega de datagramas fiable a los módulos de adaptación, como el S1AP. SCTP proporciona una entrega fiable y secuenciada sobre la infraestructura IP existente. Las principales características que ofrece SCTP son:
  • Configuración de la asociación : Una asociación es una conexión que se establece entre dos puntos finales para la transferencia de datos, de forma similar a una conexión TCP. Una asociación SCTP puede tener varias direcciones en cada extremo.
  • Entrega de datos fiable : Entrega de datos secuenciados en un flujo continuo (eliminación del bloqueo de cabecera de línea ): SCTP garantiza la entrega secuenciada de datos con múltiples flujos unidireccionales, sin bloquear los fragmentos de datos en la otra dirección.
• S1AP (S1 Application Part) es el servicio de señalización entre E-UTRAN y el Evolved Packet Core (EPC) que cumple las funciones de la interfaz S1, tales como las funciones de gestión de portadores SAE, la función de transferencia de contexto inicial, las funciones de movilidad para UE, la paginación, la funcionalidad de reinicio, la función de transporte de señalización NAS, la notificación de errores, la función de liberación de contexto de UE y la transferencia de estado.

MME admite la interfaz S11 con Serving Gateway. La pila de interfaz S11 integrada consta de IP , UDP y eGTP-C .

El SGW consta de

1. Pila de plano de control S11 para admitir la interfaz S11 con MME
2. Pilas de plano de datos y control S5/S8 para admitir la interfaz S5/S8 con PGW
3. Pila de plano de datos S1 para admitir la interfaz de plano de usuario S1 con eNodeB
4. Pila de plano de datos S4 para admitir la interfaz de plano de usuario S4 entre el RNC de UMTS y el SGW del eNodeB.
5. Sxa: desde la versión 14 de 3GPP, la interfaz Sx y el protocolo PFCP asociado se añadieron al SGW, lo que permite la separación del plano de usuario de control entre SGW-C y SGW-U.

SGW admite la interfaz S11 con MME y la interfaz S5/S8 con PGW. La pila del plano de control integrado para estas interfaces consta de IP , UDP y eGTP-C .

SGW admite la interfaz S1-U con eNodeB y la interfaz de plano de datos S5/S8 con PGW. La pila de plano de datos integrada para estas interfaces consta de IP , UDP y eGTP-U .

Las principales interfaces compatibles con el P-GW son:

1. S5/S8: Esta interfaz se define entre S-GW y P-GW. Se denomina S5 cuando S-GW y P-GW se encuentran en la misma red (escenario sin itinerancia) y S8 cuando S-GW se encuentra en la red visitada y P-GW en la red de origen (escenario con itinerancia). En la interfaz S5/S8 se utilizan los protocolos eGTP-C y GTP-U .
2. Gz: esta interfaz es utilizada por el P-GW para comunicarse con el Sistema de Cobro Fuera de Línea (OFCS), principalmente para enviar los Registros de Datos de Cobro (CDR) de los usuarios de pospago a través de FTP .
3. Gy: Esta interfaz es utilizada por el P-GW para comunicarse con el Sistema de Cobro en Línea (OCS). El P-GW informa al sistema de cobro sobre la carga útil de los usuarios prepago en tiempo real. En la interfaz Gy se utiliza el protocolo Diameter .
4. Gx: Esta interfaz es utilizada por el P-GW para comunicarse con la función de reglas de política y tarificación (PCRF) y gestionar las reglas de política y tarificación (PCC). Estas reglas contienen información relacionada con la tarificación, así como parámetros de calidad de servicio (QoS) que se utilizarán en el establecimiento de la conexión. El protocolo Diameter se utiliza en la interfaz Gx.
5. SGi: esta interfaz se define entre el P-GW y las redes externas, por ejemplo, el acceso a Internet, el acceso corporativo, etc.
6. Sxb: desde la versión 14 de 3GPP, la interfaz Sx y el protocolo PFCP asociado se agregaron al PGW, lo que permite la separación del plano de usuario de control entre PGW-C y PGW-U.

3GPP especificó dos soluciones para voz:

• IMS : En la versión 7 se especificóuna solución para la voz sobre IP de IMS .
• Función de conmutación de circuitos (CSFB) : para realizar o recibir llamadas, el equipo de usuario (UE) cambia su tecnología de acceso radioeléctrico de LTE a una tecnología 2G/3G compatible con servicios de conmutación de circuitos. Esta función requiere cobertura 2G/3G. Se requiere una nueva interfaz (denominada SG) entre el MME y el MSC . Esta función se desarrolló en la versión 8.

3GPP especificó tres soluciones para SMS:

• IMS : En la versión 7 se especificó una solución para SMS sobre IP.
• SMS sobre SGs : esta solución requiere la interfaz SGs introducida durante el desarrollo de CSFB. Los SMS se entregan en el estrato de no acceso sobre LTE. No se requiere ningún cambio entre sistemas para enviar o recibir SMS. Esta función se especificó en la versión 8.
• SMS sobre SGd : esta solución requiere la interfaz Diameter SGd en el MME y entrega SMS en el estrato sin acceso sobre LTE, sin requerir la señalización completa ni el MSC heredado que realiza CSFB, ni la sobrecarga asociada con la señalización IMS y la gestión de portadores EPC asociada.

CSFB y SMS sobre SG se consideran soluciones provisionales, siendo IMS la solución a largo plazo . ^{[ 4 ]}