EPC evolved packet core

Сеть четвёртого поколения LTE, как и другие беспроводные сети, состоит из нескольких элементов, программных и аппаратных. Для большинства этих элементов нет привычного слуху неподготовленного человека названия: «технари» предпочитают аббревиатуры, к тому же, по большей части, английские. Так, если в малопонятном предложении из пяти слов одновременно присутствуют термины MME, eNodeB и PLMN ID, то такая фраза точно связна с LTE-сетью. Часть таких фраз можно научиться воспринимать уже к концу текста.

Ядро любой сотовой сети — набор ключевых технических элементов, систем и управляющих ими программных решений. К ядру подсоединены внешние элементы сети, такие, например, как сеть радиодоступа (сеть базовых станций, RAN) или магистральные каналы связи. Аббревиатура, которая заменяет специалистам понятие «архитектура ядра сети LTE», — SAE (System Architecture Evolution).

Ядро сети 4G LTE по сравнению с сетями предыдущих поколений претерпело существенные изменения, и вот лишь некоторые их них. Организация ядра упростилась: из него исчезли некоторые элементы, негативно влиявшие на производительность совместной работы всех сетевых систем. Как следствие, у сети LTE более высокая пропускная способность, и ей присущи меньшие задержки, то есть, она быстрее реагирует на запросы пользовательских устройств. Структура ядра сети LTE обеспечивает доступность сетей предыдущих поколений связи для пользователя. Например, пока сети LTE не вытеснили GSM полностью, загрузку интернет-страницы в браузере смартфона может обеспечивать сеть LTE, а звонок другому абоненту — сеть GSM. В стандарте LTE предусмотрены два варианта реализации такого взаимодействия, но в обоих случаях все переключения между сетями остаются незаметными для пользователя. Для того, чтобы всё работало как часы, существует несколько контролирующих узлов и систем.

В основе SAE лежит Evolved Packet Core (EPC), или улучшенное (по сравнению с ядрами сетей предыдущих поколений) пакетное ядро. Под пакетом нужно понимать пакет данных — мельчайший фрагмент информации, передающейся в цифровых сетях, включая LTE. Пакеты данных передаются по строгим правилам, свод которых называется протоколом. В LTE-сети на вооружение взят традиционный IP-протокол, на основе которого взаимодействуют совершенно разные сети связи по всему миру. Универсальность IP-протокола позволяет операторам LTE, опираясь на сервис передачи данных, оказывать одному и тому же клиенту весь спектр услуг связи. Обеспечивается это технологией MBMS (Multimedia Broadcast Multicast Service), которая поддерживает многоадресные и широковещательные услуги на скоростях до 256 кбит/с. Ядро EPC является составной системой, в которую входят четыре компонента:

• Узел, обеспечивающий поддержку мобильности пользователя сети (MME, Mobility Management Entity). MME, в частности, в ответе за то, что подключенное к сети устройство может, оставаясь на связи, двигаться, переключаться с одной базовой станции на другую, работать в роуминге. MME обеспечивает аутентификацию пользовательских устройств, для которых тоже придумано свое сокращение — UE (User Equipment).
• Обслуживающий шлюз (SGW, Serving Gateway) обрабатывает и передаёт данные, поступающие от UE в подсистему базовых станций оператора, и данные, идущие в обратном направлении. Этот узел также отвечает за некоторые операции, связанные с обеспечением мобильности пользователя.
• Пакетный шлюз (PGW, Packet Data Network Gateway) управляет потоками данных между своей сетью и другими IP-сетями. Этот узел также необходим для корректной работы биллинга.
• Узел, отвечающий за корректность тарификации потребляемых пользователем услуг и начисление платы за них (PCRF, Policy and Charging Rules Function).

Нередко под сетью любого мобильного оператора понимается совокупность расставленных на местности базовых станций (БС). Действительность, как ясно из вышесказанного, чуть сложнее. БС сети LTE стали сложнее, функциональнее и тоже обзавелись сокращенным английским названием — eNodeB или eNB. Теперь нетрудно в единственной фразе с множеством технических терминов, как это любят специалисты, дать упрощенное описание того, как именно работает LTE-сеть. eNB взаимодействуют друг с другом, с UE, а также с узлами SGW и MME, входящими в EPC.

Одно из требований стандарта к сетям LTE — уменьшение задержек соединения: они ниже в 4–6 раз по сравнению с сетями 3G. Каждая подсистема сети, каждый узел ядра при обработке информации и обмене ею с другими узлами увеличивает задержки. Следовательно, требования к скорости обработки информации и взаимодействию элементов ядра LTE по сравнению с 3G — повышенные.

Все технические новшества сетей LTE, большинство из которых приходятся как раз на архитектуру ядра, позволяют операторам предоставлять наиболее качественные на сегодня услуги мобильной передачи данных на скоростях в десятки Мбит в секунду.