EPS je síťová architektura 4G LTE standardizovaná organizací 3GPP, zahrnující rádiový přístup a paketové jádro, která poskytuje plně IP konektivitu pro vysokorychlostní mobilní širokopásmové služby.

Popis

Evolved Packet System (EPS) je kompletní síťový systém definovaný organizací 3GPP pro bezdrátovou komunikaci Long-Term Evolution (LTE). Skládá se ze dvou hlavních domén: Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN), tvořený stanicemi evolved NodeB (eNB), a Evolved Packet Core (EPC). Architektura EPS představuje zásadní odklon od předchozích systémů 3GPP, protože přijímá plně IP, plochý design s menším počtem síťových uzlů za účelem snížení latence a zvýšení datové propustnosti. Jejím hlavním úkolem je poskytovat zabezpečenou, bezproblémovou IP konektivitu mezi uživatelským zařízením (UE) a externími paketovými datovými sítěmi (PDN), jako je internet nebo privátní firemní sítě.

V srdci EPC se nachází několik klíčových logických entit. Mobility Management Entity (MME) zpracovává řídicí rovinu (control-plane), jako je signalizace NAS, autentizace UE, správa sledovacích oblastí (tracking area) a vytváření přenosových kanálů (bearer). Serving Gateway (S-GW) funguje jako kotva (anchor) v uživatelské rovině (user-plane) během předávání spojení (handover) v rámci LTE a směruje datové pakety mezi eNB a Packet Data Network Gateway (P-GW). P-GW představuje kritické rozhraní k externím PDN a vykonává přidělování IP adres, vynucování pravidel (policy enforcement), účtování (charging) a filtrování paketů. Mezi další nezbytné komponenty patří Home Subscriber Server (HSS) pro data účastníků a Policy and Charging Rules Function (PCRF) pro pravidla kvality služeb (QoS) a účtování. Konektivita je řízena prostřednictvím přenosových kanálů EPS (EPS bearers) – logických tunelů se specifickými parametry QoS, které sahají od UE až k P-GW.

EPS funguje tak, že při přihlášení (attach) UE k síti vytvoří výchozí přenosový kanál EPS (default EPS bearer), což zajišťuje trvalou IP konektivitu (always-on). Tento kanál je asociován s IP adresou a výchozím profilem QoS. Vyhrazené kanály (dedicated bearers) se zaručeným datovým tokem (GBR) mohou být zřizovány na požádání pro služby jako VoIP nebo videostreamování. Řídicí rovina (signaling) a uživatelská rovina (data) jsou odděleny, přičemž rozhraní S1 (S1-MME pro řídicí rovinu, S1-U pro uživatelskou) spojuje E-UTRAN s EPC. Systém podporuje mobilitu v rámci LTE (prostřednictvím předání spojení mezi eNB založeného na rozhraní X2), mobilitu do/z dědičných sítí 2G/3G (prostřednictvím rozhraní S3/S4 ke SGSN) a mobilitu v režimu nečinnosti (idle-mode) s aktualizacemi sledovací oblasti (tracking area update). Zabezpečení je zajištěno vzájemnou autentizací mezi UE a sítí pomocí klíčů z HSS a šifrováním/zajištěním integrity signalizace a datových přenosových kanálů.

K čemu slouží

EPS byl vytvořen jako součást projektu 3GPP LTE zahájeného kolem roku 2004 s cílem reagovat na explodující poptávku po mobilních datech a omezení stávající architektury 3G UMTS/HSPA. Jádrová síť UMTS (GPRS Core) byla evolucí přepojování okruhů (circuit-switched) z GSM, s komplexní hierarchií a více tunelovacími protokoly, což vedlo k vyšší latenci a suboptimální datové efektivitě. Průmysl potřeboval systém od základů optimalizovaný pro paketově přepínaná data (packet-switched), aby podporoval vysokorychlostní služby s nízkou latencí, jako je mobilní video, hry v reálném čase a VoIP.

Hlavním účelem EPS bylo zjednodušit síťovou architekturu a dramaticky snížit počet uzlů zapojených do přenosu dat, čímž se sníží náklady a latence. Zavedl „plochou“ architekturu, kde se eNB připojuje přímo k bráně (S-GW/P-GW), čímž odstraňuje Radio Network Controller (RNC) ze systému 3G. Tento plně IP design zjednodušuje přenos (transport), snižuje provozní náklady a usnadňuje zavádění nových služeb. EPS byl dále navržen tak, aby bezproblémově spolupracoval se stávajícími přístupovými technologiemi 3GPP (2G/3G) i non-3GPP (např. Wi-Fi, CDMA), a poskytoval tak kontinuitu služeb. Vyřešil problém síťové složitosti a latence, což umožnilo zážitek z mobilního broadbandu 4G. EPS se svým EPC vytvořil páteř pro služby LTE a později se vyvinul tak, aby se stal základem integrovaným s 5G Core (5GC) v nasazeních 5G non-standalone (NSA).

Klíčové vlastnosti

• Plně IP, plochá síťová architektura snižující latenci a náklady.
• Oddělení řídicí roviny (MME) a uživatelské roviny (S-GW, P-GW).
• Trvalá konektivita (always-on) prostřednictvím zřízení výchozího přenosového kanálu EPS (default EPS bearer).
• Podpora více úrovní kvality služeb (QoS) prostřednictvím vyhrazených a výchozích přenosových kanálů.
• Bezproblémová mobilita v rámci LTE a do/z sítí 2G/3G.
• Integrované funkce řízení pravidel (PCRF) a účtování (PCEF).

Související pojmy

• EPC – Evolved Packet Core Network
• E-UTRAN – Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network
• MME – NPC MME Network Product Class
• P-GW – Packet Data Network Gateway

Definující specifikace

• TR 21.905 (Rel-19) — 3GPP Technical Terms and Definitions
• TR 22.937 (Rel-13) — FMC requirements for 3GPP-WLAN service continuity
• TS 23.003 (Rel-19) — Numbering, addressing and identification in 3GPP
• TS 23.060 (Rel-19) — GPRS Service Description Stage 2
• TS 23.139 (Rel-19) — 3GPP-Fixed Broadband Interworking Stage 2
• TS 23.179 (Rel-13) — MCPTT Functional Architecture
• TS 23.180 (Rel-19) — MC services support in IOPS mode
• TS 23.221 (Rel-19) — 3GPP System Architectural Requirements
• TS 23.222 (Rel-19) — Common API Framework for 3GPP Northbound APIs
• TS 23.246 (Rel-19) — MBMS Bearer Service Stage 2 Description
• TS 23.261 (Rel-19) — IP Flow Mobility between 3GPP and WLAN
• TS 23.280 (Rel-20) — Common Architecture for Mission Critical Services
• TS 23.286 (Rel-19) — V2X Application Enabler Architecture
• TS 23.327 (Rel-13) — 3GPP-WLAN Mobility Stage 2 Description
• TS 23.379 (Rel-20) — MCPTT Functional Architecture
• … a dalších 78 specifikací

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