メインLTEパケットコア要素の機能 - MME、SGW、PGW

私が書くことを始めなければならないとき、私は私の最初のLTEのような問題が何であるかを理解するために、私の頭蓋骨の背中を深く見ています。そしてあなたは何を知っていますか？私は覚えていない。
だから、何かを始める最良の方法は、最初から始めることです（書く）。
LTEネットワークの3つの主要なパケットコア要素を詳しく見てみましょう。

MME - モビリティ管理エンティティ
MMEは、LTEアクセスネットワークの主要な制御ノードです。それは、再送信を含むトラッキングおよびページング手順、およびユーザ装置（UE）のアイドルモードについても責任がある。 MMEは、ベアラの起動にも関与し、その非アクティブ化手順は、そのタスクへの初期アタッチ中のUEのためのSGWの選択およびコアネットワーク（CN）ノードの再配置を含むイントラハンドオーバの発生時にも属する。
MMEは、HSSに向かってユーザを認証する役割を担い、ユーザがローミング中であれば、MMEはユーザのホームHSSへのS6aインタフェースを終了する。すべてのNon Access Stratum（NAS）シグナリングはMMEポイントで終了し、MMEポイントは一時UE ID（GUTI）の生成と割り当ても担当します。その役割の中には、公衆陸上移動ネットワーク（PLMN）への認可UEであり、存在する場合にはUEローミング制限を実施することもある。 MMEは、NASシグナリングの暗号化と完全性保護の終了ポイントでもあります。シグナリングの合法的傍受（LI）は、MMEエンティティによってもサポートされる可能性があります。また、S3インタフェース（SGSNからMMEへ）によるLTEと2G / 3Gネットワ​​ーク間のモビリティのための制御プレーン機能を提供します。


23.401 3GPPの文書によると、上記の機能はリストとして記載されている。
MME機能は次のとおりです。

• 
  
• NASシグナリング
• NASシグナリングセキュリティ。
• 3GPPアクセスネットワーク間の移動性のためのインターCNノードシグナリング（S3終了）。
• ECM-IDLE状態におけるUE到達能力（ページング再送信の制御および実行を含む）。
• 追跡エリアリスト管理;
• UE位置（例えば、TAI）から時間帯へのマッピングと、移動性に関連するUE時間帯変化のシグナリングと、
• PDN GWおよびサービングGW選択;
• MME変更を伴うハンドオーバのためのMME選択;
• 2Gまたは3G 3GPPアクセスネットワークへのハンドオーバのためのSGSN選択;
• ローミング（ホームHSSに向かってS6a）。
• 認証;
• 認可;
• 専用ベアラ確立を含むベアラ管理機能;
• シグナリングトラフィックの合法的傍受。
• 警告メッセージ転送機能（適切なeNodeBの選択を含む）。
• UE Reach能力手続き。

MMEは、モビリティの場合のみ、UEトリガサービスリクエスト、PDN切断、およびUEデタッチの場合にのみ、UEタイムゾーンの変更を通知するものとする。 UE時間帯が変更されたかどうかをMMEが判断できない場合（例えば、UE時間帯がMME再配置中に古いMMEによって送信されない）、MMEはUE時間帯の変更を通知してはならない。 規制された義務化された時間変更（例えば、夏時間や夏時間の変更）によって引き起こされるUEタイムゾーンの変更は、MMEが実際の変更のためにシグナリング手順を開始するように誘発してはならない。 代わりに、MMEはtheUEの次のモビリティイベントまたはサービスリクエスト手順を待ってから、これらの手順を使用してPDN GWのUEタイムゾーン情報を更新しなければならない。

SGW - サービングゲートウェイ

サービングGWは、E-UTARNへのインタフェースを終端するゲートウェイです。 EPSに関連付けられた各UEについて、所与の時点において、単一のサービングGWが存在する。

SGWは、隣接するeNodeBとのハンドオーバを担当し、ユーザプレーンにわたるすべてのパケットに関するデータ転送も担当する。 その職務には、2G / 3Gなどの他のネットワークへのモビリティインターフェイスに注意を払っています。 SGWは、アイドル状態の間にUEに関連するコンテキスト情報を監視し維持しており、UEのデータをダウンリンク方向に到着したときにページング要求を生成する。 （たとえば、誰かの呼び出し）。 SGWはまた、LIの場合にユーザトラフィックの複製を担当する。

23.401 3GPPの文書によると、SGWはリストとして機能する。

SGWの機能は次のとおりです。

• eNodeB間ハンドオーバのためのローカルモビリティアンカーポイント;
• 特に、eNodeBにおける並べ替え機能を補助するために、eNodeB間およびRAT間ハンドオーバ中に経路を切り替えた直後に、ソースeNodeB、ソースSGSNまたはソースRNCに1つまたは複数の「エンドマーカー」を送信すること。
• 3GPP間モビリティのためのモビリティアンカーリング（S4の終了と2G / 3GシステムとPDN GW間のトラフィックの中継）。
• ECM-IDLEモードのダウンリンクパケットバッファリングおよびネットワークトリガサービス要求手順の開始。
• 合法的傍受;
• パケットのルーティングと転送;
• 上りリンクおよび下りリンクにおけるトランスポートレベルのパケットマーキング。 関連するEPSベアラのQCIに基づいて、DiffServコードポイントを設定するステップと、
• オペレーター間課金の会計処理。 GTPベースのS5 / S8の場合、Serving GWは、UEとベアラごとにアカウンティングデータを生成します。
• 課金原則およびTS 32.240に規定されている基準点に基づいてOFCSを接続する

PDN GW - パケットデータネットワークゲートウェイ

PGWは、SGiインタフェースをPDNに終端するゲートウェイです。 UEが複数のPDNにアクセスしている場合、そのUEには複数のPGWが存在する可能性がありますが、同時にS5 / S8接続とGn / Gp接続の混在はサポートされません。

PGWは、3GPP技術と非3GPP技術との間のモビリティの「アンカー」としての役割を果たす。 PGWは、UEに対するトラフィックの入口または出口点であることによって、UEから外部PDNへの接続性を提供する。 PGWは、ポリシー施行、ユーザのパケットフィルタリング、課金サポート、およびLIを管理します。

WiMAX、CDMA 1X、EvDOなど、非3GPP技術を使用することが可能です。

PGWは、23.401の3GPP文書に従ってリストとして機能する。

PGW関数には次のものがあります。

• ユーザごとのパケットフィルタリング（例えば、ディープパケット検査）。
• 合法的傍受;
• UEのIPアドレス割り当て。
• 上りリンクおよび下りリンクにおけるトランスポートレベルのパケットマーキング。関連するEPSベアラのQCIに基づいて、DiffServコードポイントを設定するステップと、
• オペレータ間課金の会計処理。
• TS 23.203に定義されたULおよびDLサービスレベル課金（例えば、PCRFによって定義されたSDFに基づいて、またはローカルポリシーによって定義されたディープパケットインスペクションに基づいて）。
• 課金原則およびTS 32.240 [51]に規定されている基準点を通じたOFCSのインターフェース。
• TS 23.203 [6]に定義されているULおよびDLサービスレベルゲート制​​御。
• TS 23.203 [6]で定義されている（例えば、SDFごとのレートポリシング/シェーピングによる）ULおよびDLサービスレベルレート実施。
• APN-AMBRに基づくULおよびDLレート実施（例えば、非GBR QCIに関連付けられた同じAPNのすべてのSDFのトラフィック集約に対するレートポリシング/シェーピングによる）。
• 同じGBR QCI（例えば、レートポリシング/シェーピングによる）を有するSDFの集合体の蓄積されたMBRに基づくDLレート施行;
• DHCPv4（サーバーとクライアント）とDHCPv6（クライアントとサーバー）の機能。
• このバージョンの仕様では、ネットワークはPPPベアラタイプをサポートしていません。 GGSNのプレリリース8のPPP機能は、PDN GWに実装することができます。
• パケットスクリーニング。
• さらに、PDN GWには、GTPベースのS5 / S8の次の機能が含まれています。
• TS 23.203 [6]に定義されるULおよびDLベアラバインディング。
• TS 23.203 [6]に定義されたULベアラバインディング検証。
• RFC4861 [32]で定義されているような機能。
• UEおよびベアラごとの課金。

PGWは、E-UTRAN、GERANまたはUTRANのいずれかを使用して、GERAN / UTRANのみのUEおよびE-UTRAN可能なUEの両方にPDN接続を提供する。 PGWは、S5 / S8インタフェース上でのみE-UTRANを使用するE-UTRAN対応UEにPDN接続を提供する。

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X2-based handover without SGW relocation

LTEには2つの一般的なハンドオーバがあります。: X2 and S1

この記事では、X2ベースのHOだけを説明し、SGWが変更されていない場合のX2ベースのハンドオーバに関する情報を公開することを認めなければなりません。
[別のHOを記述した記事を公開した後、この行を直接リンクで更新します。[Update-16-03-2012]最初はSGW再配置によるX2ベースのハンドオーバーです）。

これらすべての情報は、3GPP TS 23.401を読むだけであなた自身が見つけることができます。

いつものように、一般的な写真から始めるのは良いことなので、ここにあります。

ご覧のように、緑色の矢印は、同じMMEによって制御される2つのeNodeB間のUEの動きを示しています。 あなたが知るべき手順は、ハンドオーバーと呼ばれます。 この手順では、UEとPGWとの間で設定されたベアラはすべて、新しいeNodeBに移動される（ターゲットeNodeBがそれらを処理できる場合）。
X2ベースのハンドオーバの一般的な説明は以下を参照してください。


一般的なX2ベースのHO記述

これらの手順は、X2インタフェースを使用してソースeNodeBからターゲットeNodeBにUEをハンドオーバするために使用される。これらの手順では、MMEは変更されません。サービングGWが変更されていないか、または再配置されているかによって、2つの手順が定義されます。ソースeNodeBとターゲットeNodeBとの間のX2インタフェースに加えて、手順は、MMEとソースeNodeBとの間だけでなく、MMEとターゲットeNodeBとの間のS1-MMEインタフェースの存在に依存する。
サービングPLMNがX2ベースのハンドオーバの間に変化する場合、例えば、ソースeNodeBは、新しいサービングPLMNとして選択されたPLMNを（ハンドオーバー制限リスト内の）ターゲットeNodeBに示すものとする。
UEは、ハンドオーバコマンドを受信すると、ターゲットセル内の対応するEPS無線ベアラを受信しなかったEPSベアラを除去する。ハンドオーバ実行の一部として、ダウンリンクおよびオプションとしてアップリンクパケットがソースeNodeBからターゲットeNodeBに転送される。 UEがターゲットeNodeBに到着したとき、ソースeNodeBから転送されたダウンリンクデータをそれに送ることができる。 UEからのアップリンクデータは、（ソース）SGWを介してPGWに、またはオプションでソースeNodeBからターゲットeNodeBに転送することができる。ハンドオーバ完了フェーズのみがSGWの潜在的な変更の影響を受け、ハンドオーバ準備と実行フェーズは同一である。
MMEは、X2ハンドオーバが進行中であることを示すeNodeBからのNAS手順（例えば専用ベアラ確立/変更/リリース、位置報告制御、NASメッセージ転送など）に対する拒否を受信した場合、 SGW再配置の場合を除いて、ハンドオーバが完了したか、またはハンドオーバが失敗したとみなされる場合でも、同じNAS手順。故障は、NAS手順を守るタイマーの満了によって知られている。
MMEは、ハンドオーバ手順中にサービングGWの再配置が必要であることを検出した場合（このタイプのHOについては後で説明する）、ハンドオーバ手順が開始された後に受信されたPGW開始EPSベアラ要求を拒否し、進行中のハンドオーバ手順によりリクエストが一時的に拒否されました。拒否はSGWによってPGWに転送され、同じ指示が適用されます。
進行中のハンドオーバ手順のために要求が一時的に拒否されたことを示すEPSベアラPDN GW開始手順に対する拒否を受信すると、PGWはローカルに構成されたガードタイマを開始する。 PGWは、ハンドオーバが完了したことを検出するか、またはメッセージ受信を使用して失敗したか、またはガードタイマーが満了したときに、予め設定された回数まで手順を再試行する。
MMEが、X2ハンドオーバが進行中であるという指示を伴うeNodeBからのCSフォールバックインジケータを有するUEコンテキスト変更要求メッセージに対する拒否を受信した場合、MMEはCSフォールバックインジケータを有するUEコンテキスト変更要求メッセージをターゲットeNodeBに再送するハンドオーバが完了したとき、またはハンドオーバが失敗したとみなされたときにソースeNBに通知する。


X2-based handover without SGW relocation
この手順は、MMEが変更されていない場合にX2を使用してソースeNodeBからターゲットeNodeBにUEをハンドオーバーするために使用され、サービングGWも変更されないと決定する。 サービングGWとソースeNodeBとの間、およびサービングGWとターゲットeNodeBとの間のIP接続の存在が想定される。



ステップ1：ターゲットeNodeBは、ターゲットセルのTAI + ECGIおよび切り替えられるEPSベアラのリストを含む、UEがセルを変更したことを通知するために、MMEにパス切り替え要求メッセージを送信する。 MMEは、サービングGWがUEにサービスを提供し続けることができると判断する

ステップ2. MMEは、デフォルトのベアラが受け入れられた各PD​​N接続について、サービングGWへのPDN接続ごとにベアラ変更要求（受け入れられたEPSベアラのためのダウンリンクユーザプレーンのためのeNodeBアドレスおよびTEID、ISR活性化）メッセージを送信するターゲットeNodeBによって識別される。 PDN GWがUEの位置情報を要求した場合、MMEはまた、このメッセージ内にユーザ位置情報IEを含む。 UEタイムゾーンが変更された場合、MMEはこのメッセージにUEタイムゾーンIEを含む。この手順の前にISRがアクティブ化されている場合、MMEはISRを維持する必要があります。 UEは、トラッキングエリア更新手順においてISR状態について通知される。
MMEは、ステップ1で受信されたEPSベアラのリストを使用して、UEコンテキスト内の任意の専用EPSベアラがターゲットeNodeBによって受け入れられていないかどうかを判定する。 MMEは、ベアラ解放手順をトリガすることによって、受け入れられていない専用ベアラを解放する。サービングGWが、非許容ベアラのDLパケットを受信した場合、サービングGWはDLパケットを廃棄し、ダウンリンクデータ通知をMMEに送信しない。
PDNコネクションのデフォルトベアラがターゲットeNodeBによって受け入れられておらず、複数のPDNコネクションがアクティブである場合、MMEは、そのPDNコネクションのすべてのベアラを失敗としてみなし、MMNが要求したPDN切断手順をトリガすることによってPDNコネクションを解放する。
デフォルトのEPSベアラがターゲットeNodeBによって受け入れられなかった場合、MMEは手順6で指定されたとおりに動作します。

ステップ3において、サービングGWがステップ2でMMEからユーザ位置情報IEおよび/またはUEタイムゾーンIEを受信した場合、サービングGWは、この情報についてPDNGWに通知する。関連するPDN GWへのPDN接続ごとにベアラ変更要求（サービングGWアドレスおよびTEID、ユーザ位置情報IEおよび/またはUEタイムゾーンIE）メッセージを送信することによって、課金に使用することができる。 Modify Bearer ResponseメッセージがサービングGWに返送される。

ステップ4.サービングGWは、新しく受信されたアドレスおよびTEIDを使用して、ターゲットeNodeBにダウンリンクパケットを送信し始める。 Modify Bearer ResponseメッセージがMMEに返送される。

ステップ5.サービングGWは、ターゲットeNodeBにおける並べ替え機能を支援するために、パスを切り替えた直後に、1つまたは複数の「エンドマーカ」パケットを古いパス上に送信しなければならない。
MMEは、Path Switch Request AckメッセージでPath Switch Requestメッセージを確認します。 UE AMBRが変更された場合、例えば、同じAPNに関連付けられているすべてのEPSベアラがターゲットeNodeBで拒否された場合、MMEは、Path Switch Request AckメッセージのターゲットeNodeBにUE AMBRの更新値を提供します。
一部のEPSベアラがコアネットワークで正常に切り替えられなかった場合、MMEは、パススイッチ要求確認メッセージに、ベアラが確立されなかったことを通知し、専用ベアラは、ベアラ解放手順を開始して、 EPSベアラー。ターゲットeNodeBは、ベアラがコアネットワーク内に確立されていないことが通知されたときに、対応するベアラコンテキストを削除しなければならない。
デフォルトのEPSベアラがコアネットワークで正常に切り替えられなかった場合、またはターゲットeNodeBによって受け入れられていない場合、MMEはターゲットeNodeBにPath Switch Request Failureメッセージを送信します。 MMEは、MME開始デタッチ手順で説明したように、UEを明示的にデタッチする。

ステップ7：リリースリソースを送信することによって、ターゲットeNodeBは、ソースeNodeBへのハンドオーバーの成功を通知し、リソースの解放をトリガーする。

ステップ8.「エリア更新のためのトリガ」という句に記載されている条件の1つが当てはまる場合、UEはトラッキングエリア更新手順を開始する。 MMEがトラッキングエリア更新要求を受信したときにISRがUEに対してアクティブにされた場合、MMEはトラッキングエリア更新受諾メッセージにISR Activatedを示すことによってISRを維持する必要があります。

DNS による LTEの PGWおよび SGW 選択手順

考えられる選択シナリオ

最後に、EPSノードがEPSノードの選択のためにDNSクエリメッセージを内部DNS（iDNS）に送信する選択シナリオの同じリスト。

UE Attachの一部として、eNBは、そのUEに提供すべきMMEのアドレスについて、TAIを使用してiDNSサーバに問い合わせる。
UEがアタッチしている間、MMEはiDNSサーバに問い合わせて、要求された（加入した）PDN接続（APN）が位置するPDN-GW（パケットデータネットワークゲートウェイ、PGW）を選択する。選択は、UEがネットワークに接続するとき、MMEに提供される情報に基づくことができる。
PGW選択に続いて、MMEは、TACを使用してUEにサービスするために利用可能なSGWを選択するようにDNSサーバに問い合わせるが、これは、ほとんどの場合、ネットワークトポロジおよびネットワーク内のUEの位置に基づいており、 。
SGSNは、LTEと3G / 2Gハンドオーバ中にLAC、およびRAC（UEから受信した旧GUTIから取得）を使用して旧MMEを解決するためにDNSサーバに照会します。
MMEは、3G / 2GからLTEへのハンドオーバ中にNRI、LAC、およびRAC（UEから受信したP-TMSIから取得）を使用して旧SGSNを解決するようDNSサーバに問い合わせます。
接続中、MMEは、Diameterプロキシ/エッジエージェントに対してHSSピアサービスおよびインターフェイスアソシエーションをサポートするように設定されています。これらは、Diameterプロキシに向かうMME内の静的構成であり、Diameterプロキシを選択するためにMMEによってDNSクエリが開始されません。

PDN-GW選択
Ref。ポイント2に向けて、MMEは、要求されたAPNに起因するPGWを選択する
MMEは、要求された（加入した）PDN接続（APN）が位置するPDN-GWを選択する。選択は、UEがネットワークに接続するとき、MMEに提供される情報に基づくことができる。 PDN-GWのアドレスは、HSSによって直接提供されるか、ベアラ設定手順中にアドレスを解決するためにDNSを使用するか、またはMME上で設定される。
PGW選択は、初期接続またはPDN接続確立時にMME / SGSNによって実行される。
PGW選択は、次のようなS-NAPTR手順を使用して実行されます。
"サービスパラメータ" = {​​所望の基準点、所望のプロトコル}
"アプリケーション固有の文字列" = APN FQDN（3GPP TS 23.003）
例、小さなもの
MMEは、S-NAPTR手順を使用してPGW選択を次のように実行する。
"サービスパラメータ" = {​​"x-3gpp-pgw：x-s5-gtp"}
"アプリケーション固有の文字列" = <APN-NI> .apn.epc.mnc <MNC> .mcc <MCC> .3gppnetwork.org

SGW選択
Ref。ポイント3に、PGW選択MMEクエリiDNSの後にTACに基づいてSGWを選択する
MMEは、通常、ネットワークトポロジおよびネットワーク内のUEの位置に基づいて、UEにサービスするために利用可能なSGWを選択し、その結果、最良のSGWが選択される。 SGWが変更される確率を低減する。
SGW選択は、初期接続またはPDN接続確立手順でMME / SGSNによって実行される。これは、VPMN（Visited Public Mobile Network）またはHPMN（ホームPMN）（ローミングしていないシナリオ）で発生します。
SGW選択は、次のようなS-NAPTR手順を使用して実行されます。
"サービスパラメータ" = {​​所望の基準点、所望のプロトコル}
"アプリケーション固有の文字列" = TAI FQDN（3GPP TS 23.003）
例、短いもの
MMEは、S-NAPTR手順を使用してSGW選択を以下のように実行する。
"サービスパラメータ" = {​​"x-3gpp-sgw：x-s5-gtp"}
"アプリケーション固有の文字列" = tac-lb <TAC-low-byte> .tac-hb <TAC-high-byte> .tac.epc.mnc <MNC> .mcc <MCC> .3gppnetwork.org
TACは16ビットの整数です。 <TAC-high-byte>はTACの最上位バイトの16進文字列であり、<TAC-low-byte>は最下位バイトの16進文字列です。 <TAC-high-byte>または<TAC-low-byte>に2桁未満の有効桁がある場合は、左側に0桁を挿入して2桁のコードを埋めます。
たとえば、16進数= 64に変換された100（10進数）は、0064と表され、したがって、上位バイト= 00および下位バイトは64です。