EPC: Ein neues Kern-Netz für die neue LTE-Funktechnik

Viele neue Sende-Einrichtungen an den Mobilfunkmasten – das ist der sichtbare Teil des LTE Aufbaus.

Für die Öffentlichkeit unsichtbar ist der zweite, genauso wichtige Teil: Auch die Technik und Infrastruktur, mit denen diese neuen LTE-Sende-Einrichtungen betrieben und gesteuert werden – das sogenannte Kern-Netzwerk - ändert sich radikal. Dieses Kern-Netz wird bei LTE mit Evolved Packet Core (deutsch etwa: Entwickeltes packetorientiertes Kernnetzwerk) oder Evolved Packet System bezeichnet. Es funktioniert im Prinzip wie das normale Internet, der technische Fachausdruck dafür ist ein IP-basiertes Netz oder englisch ein All-IP-Netz. Doch was heißt das und wie unterscheidet sich dieses Netz von einem GSM-Netz oder einem UMTS-Netz, was also ist das neue daran?

GSM-, UMTS- und LTE-Netze: Die Unterschiede

Vereinfacht ausgedrückt waren die bisherigen Mobilfunknetze völlig oder zu einem guten Teil auf Sprachtelefonie fixiert. Das GSM-Netz der zweiten Mobilfunkgeneration war ursprünglich als reines Telefonnetz ausgelegt, andere Funktionen wie SMS oder Datenübertragung kamen dann nach und nach dazu. Beim UMTS-Netz stehen Telefonieren und Senden von größeren Datenmengen als gleichberechtigte Funktionen nebeneinander. Das Kern-Netzwerk ist bei UMTS geteilt in einen Teil, der feste Kanäle für die Übertragung von Telefonaten vorsah (circuit switched)  und einen, der verschiedene Datenpakete – ähnlich wie im Internet – transportierte.

Im LTE-Netz haben – genau wie im Internet – die Daten den absoluten Vorrang. Telefonieren ist damit nur noch eine von vielen Unterfunktionen der Datenübertragung. Es  wird eine Entwicklung nachvollzogen, die im Festnetz schon weiter vorangeschritten ist: Telefonieren wird nicht mehr über einen eigenen Kanal abgewickelt, sondern läuft als Voice over IP übers Internet.

Das wirkt sich dann auf die Art aus, in der das LTE-Kernnetz funktioniert: Es soll von einem Endgerät zum anderen Endgerät alles mit der Internettechnik – dem Internet Protocol, kurz IP -  übertragen werden. Technisch ausgedrückt ist es ein IP-basiertes Netz oder ein All-IP-Netz.

Diese prinzipielle Änderung macht das Netz bei der Datenübertragung schneller – sowohl bei dem Herunterladen und Senden als auch bei den Reaktionszeiten. Der australische IT-Spezialist Stuart Corner sagt: Es wird in erster Linie nicht die neue Datenfunktechnik LTE sein, welche große Geschwindigkeitssprünge erlaubt, sondern vor allen Dingen das neue Kern-Netzwerk.

Signalisierungsdaten: Von der Anmeldung zur Rechnung

Das neue Netz ist anders aufgeteilt: Über einen Teil laufen die sogenannten Signalisierungsdaten – beispielsweise die Anmeldung des Teilnehmers im Netz, seine Überprüfung und Identifizierung, die Lokalisierung seines Mobilfunkgerätes - über den anderen Teil die sogenannten Nutzerdaten – also Dienste, die er in Anspruch nimmt wie Telefonieren oder mobiles Internet.

Zu den Teilen, welche die Signalisierungsdaten verwalten und bearbeiten gehören die Management Mobility Entity, kurz MME (deutsch: Management der mobilen Einheiten), der Home Subscriber Server, kurz HSS (deutsch: Abonnenten-Server) und die Policy and Charging Rules Function, kurz PCRF (deutsch etwa: Gebührenstelle).

In der MME meldet sich das Mobilfunkgerät an, und wird dann weitergeleitet an eine Stelle, welche die Dienstleistungen – also die Datenübertragungen – managt. Das MME ruft auch die Informationen über den Kunden beim HSS ab – denn die sind dort hinterlegt; in den GSM- und UMTS-Netzen hatte diese Kunden-Datenbank den Namen Home Location Register (HLR). Die PCRF lässt – je nach Tarif – bestimmte Datenströme von diesem Endgerät zu oder lehnt sie ab, es berechnet wie viel die Dienstleistung bei dem vom Kunden gebuchten Tarif kostet und stellt die Rechnung aus.

Nutzerdaten: So werden Dienstleistungen durchs Netz geschleust

Die Dienstleistungen selbst werden im sogenannten SAE-Gateway durchgeführt. Das Kürzel steht für System Architecture Evolution Gateway – und meint im Deutschen etwa die Haupt-Schnittstelle für das Netz. Dieses Gateway besteht aus zwei Bereichen: Da ist erstens das Serving Gateway – kurz SGW auf Deutsch etwa Dienstleistungsportal. Dorthin wird das Endgerät des Nutzers nach der Anmeldung beim MME weiter geleitet. Es bleibt dort angemeldet, wenn der Nutzer zwischen zwei Mobilfunkmasten wechselt oder wenn er von LTE in eine andere Funktechnik wechselt. Es nimmt die Datenpakete in Empfang, die der Nutzer sendet – beispielsweise indem er surft – und leitet sie weiter zum Ausgang.

Der Ausgang wird mit PDN Gateway bezeichnet, das steht für Public Data Network Gateway deutsch etwa Portal zu den öffentlichen Netzen. Und das ist auch seine Funktion: Hier werden die Daten in andere Netze – andere Mobilfunknetze, Internet – weitergeschickt und die einkommenden Daten für das Endgerät des Kunden empfangen und weiter geleitet.