LTE-Netzwerke: Die Architektur

Die Architektur der LTE-Netzwerke wird mit dem technischen Begriff System Architecture Evolution oder dem entsprechenden Kürzel SAE bezeichnet.

Sie soll im Vergleich zu früheren Funknetzwerken eine einfachere Struktur bieten, höhere Datenmengen verarbeiten und dabei eine schnellere Reaktionszeit des Gesamtnetzes bieten. Die neue Architektur soll auch die reibungslose Mobilität  zwischen LTE anderen Funktechniken wie GPRS oder Wimax sicherstellen. Schließlich soll die neue Architektur das Funknetz in ein All-IP-Netz verwandeln. Das heißt die Datenpakete des Funknetzes werden nach dem im Internet üblichen Standard verschickt. Damit können auf mobilen Endgeräten IP-basierte Dienstleistungen wie  Internet-Fernsehen, Online-Spiele, oder Datenübertragung aus dem Internet, aber auch Internet-Telefonie optimiert werden.

Prinzipiell gilt für LTE-Netze: es wird getrennt zwischen Nutzdaten und sogenannten Signalisierungsinformationen. Die einzelnen Elemente des Netzwerkes arbeiten alle  IP-basiert.

EUTRAN: Das Funknetz

Wie bei jedem anderen Mobilfunknetz besteht auch bei LTE das Funknetz aus einzelnen Zellen. Vom Gerät des Nutzers gehen die Funksignale an den Sendemast, von dort zur Basisstation -  bei LTE wird sie eNodeB genannt. Sendemast und Basisstation bilden eine Funkzelle.

Im LTE-Funknetz werden mehrere aneinander grenzende Funkzellen zu einer Gruppe zusammengefasst, der so genannten Tracking Area. Der gesamte Funk-Teil, also alle Funkzellen und Tracking-Areas eines Betreibers zusammengenommen, wird im technischen Englisch mit E-UTRAN oder EUTRAN bezeichnet. Der Ausdruck EUTRAN ist aus den Anfangsbuchstaben von Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (deutsch etwa: Entwickelter universeller terrestrischer Funkzugang) gebildet. Dieser Teil des Netzwerkes wird auch als Luftschnittstelle bezeichnet.

EPC: Das Kernnnetz

Von der Luftschnittstelle gehen die Daten des Nutzers dann ins Kernnetz von LTE, das im technischen Englisch Evolved Packet Core (EPC) genannt wird. Das Evolved Packet Core besteht aus drei Komponenten:

Da ist erstens die MME. Dieses Kürzel steht für Mobility Management Entity. Eine MME verwaltet mehrere Tracking-Areas. Die MME ist das wichtigste Steuerungselement im EPC; sie ist nur für Steuersignale zuständig. Die MME ist für die Mobilitätsverwaltung zuständig, das heißt sie registriert und ermittelt gegebenenfalls den genauen Aufenthaltsort des Nutzers, der mit einem Endgerät im LTE-Netz ist. In der MME meldet sich der Nutzer sozusagen mit seinem Endgerät an.

Die MME  organisiert außerdem die Erkennung des Nutzers, beziehungsweise stellt seine  Zugangsberechtigung fest. Zur Erkennung des Nutzers greift das MME auf eine Datenbank zu, in der die Teilnehmer verzeichnet sind, diese heißt im technischen Englisch HSS (Home Scriber Server). Sein Profil wird in der MME gespeichert. Die MME legt den Schlüssel fest, nach dem die Daten verschlüsselt werden und sendet diesen an die Basisstation – oder das eNodeB - welche die Verschlüsselung vornimmt. Sobald das Endgerät eingeschaltet wird, weist die MME ihm einen SGW zu.

Dieser SGW (kurz für Englisch Service Gateway) ist die zweite Komponente eines LTE-Netzes. Das Service Gateway bleibt der Fixpunkt für das Gerät des Nutzers, wenn dieser zwischen zwei LTE-Sendemasten wechselt oder wenn er vom LTE-Netz ins UMTS- oder GSM-Netz wechseln muss. Das SGW ist eine Schaltstation – es schaltet die vom Nutzer kommenden oder an ihn gerichteten Daten an die richtige Adresse.

Die vom Nutzer geschickten oder an ihn adressierten Daten laufen über die dritte Komponente: das Public Data Network Gateway (Kürzel: PGW deutsch etwa: Schnittstelle für öffentliche Datennetzwerke). Das PGW ist sozusagen ein Terminal, in dem die Daten des Nutzers aus dem Netz des Mobilfunkbetreibers in andere Netze weitergeleitet oder in dem Daten, die aus anderen Netzen für ihn ankommen, in Empfang genommen werden.

Das Endgerät eines Nutzers kann mit mehreren dieser PDN-GW kommunizieren – wenn es gleichzeitig verschiedene Netze anspricht. Der PDN-Gateway sendet außerdem Daten an eine Recheneinheit, die außerhalb des Kernnetzwerkes liegt, das PCRF (Police and Charging Rules Function).

Das Nutzer-Verzeichnis und die Rechnungsstelle

Damit kommen wir zu den beiden Teilen, die außerhalb des Kernnetzwerkes liegen, jedoch mit diesem verknüpft sind: im Home Scriber Server, kurz HSS sind die Nutzerdaten, einschließlich eines Profils gespeichert. Er ist sozusagen ein komplettes Verzeichnis aller Kunden eines Mobilfunkbetreibers. Hier ist beispielsweise die Identifizierungsnummer (IMSI) des Mobilfunkteilnehmers gespeichert oder welche Dienste für ihn erlaubt sind. Dort wird auch gespeichert, an welcher MME das Gerät zuletzt angemeldet war.

Die Rechnungs- und Kontrollstelle befindet sich schließlich im Teil, welcher Police and Charging Rules Function (PCRF) genannt wird. Sie stellt fest, ob die Datenarten, die im PGW ankommen, vom Kunden genutzt werden können und wenn ja, unter welchen Tarif sie fallen. Anhand dieser Angaben kann dann schließlich die Rechnung erstellt werden.

Autor: ET