Architecture Cœur 4G vs 5G : Guide de l'Evolution EPC vers 5GC

Architecture Cœur Paquet : De la 4G à la 5G

Comprendre l'évolution : EPC vs 5GC, CUPS et Mapping Fonctionnel

Pourquoi une Nouvelle Architecture ?

• Limitations de l'EPC (4G) : Architecture monolithique difficile à scaler. • Besoins 5G : Latence ultra-faible (uRLLC), densité massive (mMTC), débit élevé (eMBB). • Cloud Native : Passage de boîtiers dédiés à des fonctions logicielles virtualisées. • Flexibilité : Le Network Slicing nécessite une granularité plus fine.

Vue d'Ensemble : EPC vs 5G Core (SBA)

4G EPC : Architecture point-à-point. Interfaces spécifiques (S11, S5, S8) reliant des nœuds physiques/logiques.

5G Core : Service Based Architecture (SBA). Les fonctions réseau (NF) exposent des services via des API HTTP/JSON (Bus de services).

Concept Clé : CUPS (Control & User Plane Separation)

Le CUPS (introduit en 4G Rel-14, natif en 5G) sépare la signalisation (C) du trafic utilisateur (U).

Scalabilité Indépendante : On peut ajouter de la capacité de trafic sans toucher aux serveurs de contrôle.

Placement Flexible : Le plan utilisateur (UPF) peut être placé en bordure de réseau (Edge Computing) pour réduire la latence.

Gestion du Contrôle : MME (4G) vers AMF (5G)

MME (Mobility Management Entity) • Cœur de contrôle de l'EPC • Gère : Mobilité + Établissement de Session • Authentification, Sélection SGW/PGW • Interface S1-MME vers eNodeB

AMF (Access & Mobility Function) • Fonction purement contrôle d'accès • Gère : Enregistrement, Mobilité, Reachability • NE GÈRE PLUS : Les sessions (délégué au SMF) • Termine l'interface N2 (RAN) et N1 (UE NAS)

Analogie : L'AMF est un MME allégé de la partie 'Session', se concentrant à 100% sur la localisation de l'abonné et la sécurité d'accès.

Gestion de Session : SGW-C/PGW-C vers SMF

Dans la 4G CUPS, la partie contrôle est dans SGW-C et PGW-C. En 5G, ces fonctions fusionnent dans le SMF (Session Management Function).

Fonctions principales du SMF : • Établissement, modification et libération des sessions PDU. • Allocation et gestion des adresses IP (anciennement tâche du PGW). • Sélection et contrôle de l'UPF (via interface N4). • Termine la partie signalisation session du NAS.

Plan Utilisateur (Data) : SGW-U/PGW-U vers UPF

SGW-U & PGW-U (4G) Dans le modèle 4G classique, les données traversent deux ancres : • SGW : Ancre de mobilité locale (Intra-LTE). • PGW : Ancre IP vers l'extérieur, application des règles QoS.

UPF (User Plane Function - 5G) L'UPF combine les rôles plan utilisateur du SGW et PGW. • Routage et transfert de paquets. • Ancre de mobilité (PDU Session Anchor). • Application de la QoS (Rate limiting, gating). • Inspection de paquets.

Politique et Facturation : PCRF/OCS vers PCF/CHF

PCRF (4G) -> PCF (5G) • PCRF : Décide de la QoS et des règles de taxation. • PCF : Unifie les politiques (Accès, Mobilité, Session). Supporte le Network Slicing.

OCS/OFCS (4G) -> CHF (5G) • OCS : Système de crédit temps réel (Prepaid). • CHF (Charging Function) : Fusionne le charging online/offline en un service convergé (CCS).

Au-delà du mapping : Les nouvelles fonctions SBA

L'architecture SBA (Service Based Architecture) introduit des fonctions IT pour gérer les services réseau.

NRF (Network Repository Function) : L'annuaire du réseau. Permet aux NF (Network Functions) de se découvrir mutuellement. (Ex: AMF demande "Où est le SMF?").

UDM (Unified Data Management) & AUSF : Remplacent le HSS (4G). L'UDM stocke les profils (Frontend) et l'AUSF gère l'authentification.

Récapitulatif : Qui remplace Qui ?

MME (Mobilité) -> AMF (Core Access & Mobility)

MME (Session) + SGW-C/PGW-C -> SMF (Session Management)

SGW-U + PGW-U -> UPF (User Plane Function)

HSS (Home Subscriber Server) -> UDM (Data) + AUSF (Auth)

PCRF (Policy) -> PCF (Policy Control)