AIPN je architektonický rámec 3GPP, v němž jsou všechny síťové služby poskytovány přes IP transport, čímž nahrazuje starší okruhově přepínané sítě jednotnou infrastrukturou s přepínáním paketů.

Popis

All-IP Network (AIPN) je komplexní architektonický paradigma definované organizací 3GPP, které převádí mobilní sítě z tradičních okruhově přepínaných (CS) domén pro hlas a oddělených paketově přepínaných (PS) domén pro data na plně konvergovanou infrastrukturu založenou na IP. V této architektuře jsou všechny služby – včetně hlasu v reálném čase (prostřednictvím Voice over LTE neboli VoLTE a později Voice over NR), videa, zasílání zpráv a signalizace – přenášeny jako IP pakety. Jádrová síť se vyvíjí tak, aby pro poskytování služeb využívala IP Multimedia Subsystem (IMS), zatímco transportní vrstvy využívají IP protokoly end-to-end, od uživatelského zařízení (UE) přes rádiovou přístupovou síť (RAN) a jádro až k externím sítím.

Architektonicky AIPN integruje několik klíčových komponent. Evolved Packet Core (EPC) ve 4G a 5G Core (5GC) slouží jako centrální jádrové sítě založené na IP, které spravují konektivitu, mobilitu a politiky. IMS poskytuje servisní vrstvu pro multimediální služby a využívá Session Initiation Protocol (SIP) pro řízení relací. Transportní sítě využívají pro backhaul a konektivitu jádra IP/MPLS nebo Ethernet a zajišťují kvalitu služeb (QoS) prostřednictvím mechanismů jako je DiffServ. Na přístupové straně jsou rádiová rozhraní LTE a 5G NR nativně založena na IP, s protokoly jako GTP-U pro tunelování uživatelské roviny a SCTP over IP pro signalizaci.

Jak AIPN funguje, zahrnuje směrování IP paketů end-to-end. Když se UE připojí, naváže výchozí IP bearer pro konektivitu. Pro služby jako hlas se UE zaregistruje u IMS a signalizace SIP nastaví vyhrazený bearer s příslušnými parametry QoS (např. pro garantovaný přenosový výkon). Pakety jsou zapouzdřeny a směrovány přes IP tunely (např. GTP tunely mezi eNodeB/gNB a jádrovými bránami), s vynucováním politik prostřednictvím PCRF ve 4G nebo PCF v 5G. Tento jednotný přístup eliminuje potřebu samostatných CS síťových prvků, jako je MSC, zjednodušuje provoz sítě a umožňuje bezproblémovou integraci služeb.

Role AIPN v síti je transformační. Poskytuje škálovatelný a flexibilní základ pro multimediální služby, snižuje provozní náklady konsolidací sítí a podporuje inovace prostřednictvím webových API a síťové expozice. Standardizací na IP zajišťuje interoperabilitu s pevnými sítěmi a internetem, což usnadňuje konvergenci (např. prostřednictvím fixed-mobile convergence). V 5G principy AIPN tvoří základ network slicing a edge computing, což umožňuje dynamickou alokaci zdrojů pro různé případy užití od vylepšeného mobilního širokopásmového připojení až po kritický IoT.

K čemu slouží

AIPN bylo vytvořeno za účelem řešení omezení starších mobilních sítí, které používaly oddělené okruhově přepínané domény pro hlas a paketově přepínané domény pro data. Tento dvoudoménový přístup vedl k neefektivitám: vysokým provozním nákladům z udržování paralelních infrastruktur, složitosti integrace služeb a omezené podpoře nově vznikajících multimediálních aplikací. Rozšíření internetových služeb a poptávka po mobilních širokopásmových datech poháněly potřebu po jednotné síti, která by mohla efektivně zpracovávat všechny typy provozu přes IP, což odráželo vývoj v pevných sítích.

Historicky se sítě 2G a 3G spoléhaly na CS pro hlas, což vyžadovalo vyhrazené zdroje na každé volání, zatímco datové služby byly doplňkem s nižším výkonem. Jak narůstalo využívání dat, tento model se stal neudržitelným. AIPN, zavedené v 3GPP Release 7, mělo za cíl přejít na jednotnou infrastrukturu založenou na IP, snížit náklady konsolidací a umožnit nové zdroje příjmů ze služeb založených na IP, jako je VoIP, videokonference a rich communication services (RCS). Také se sladilo s průmyslovými trendy směřujícími k síťové konvergenci a all-IP transportu.

Problémy, které AIPN řeší, zahrnují zjednodušení sítě, lepší škálovatelnost a zvýšenou agilitu služeb. Eliminací CS prvků operátoři snižují kapitálové i provozní výdaje. Statické multiplexování IP umožňuje efektivnější využití zdrojů ve srovnání s okruhovým přepínáním. Navíc AIPN umožňuje bezproblémovou integraci s IMS pro pokročilé služby, podporuje vyšší datové rychlosti a poskytuje základnu připravenou na budoucnost pro technologie jako LTE, 5G a IoT, čímž zajišťuje, že se sítě mohou vyvíjet s měnícími se požadavky.

Klíčové vlastnosti

• Jednotný IP transport pro všechny služby (hlas, data, signalizace)
• Integrace s IMS pro poskytování multimediálních služeb
• End-to-end správa QoS prostřednictvím řízení politik
• Podpora síťové konvergence (fixed-mobile, multi-access)
• Škálovatelná architektura umožňující vysokorychlostní širokopásmový přenos
• Zjednodušení provozu konsolidací síťových prvků

Související pojmy

• IMS – IP Multimedia Subsystem
• EPC – Evolved Packet Core Network
• 5GC – 5G Core Network

Definující specifikace

• TS 22.258 (Rel-7) — All-IP Network Service Requirements
• TS 22.259 (Rel-19) — Personal Network Management Requirements
• TR 22.978 (Rel-19) — Feasibility of All-IP Network (AIPN) in 3GPP
• TR 22.980 (Rel-19) — Network Composition Feasibility Study

📖 Anglický originál a plná specifikace: AIPN na 3GPP Explorer