Architecture et Fonctions du 5G EPC (Evolved Packet Core)

Architecture et Fonctions du 5G EPC (Evolved Packet Core)

Aujourd’hui on va voir en détail comment fonctionne le 5G EPC, aussi appelé Evolved Packet Core, qui constitue le cœur du réseau dans les premières phases de la 5G, notamment dans les déploiements non-standalone (NSA). Comprendre sa structure et ses composants permet de mieux appréhender la logique des réseaux mobiles et les principes fondamentaux de leur évolution.

Introduction au 5G EPC

Le 5G EPC repose sur l’architecture introduite avec la 4G LTE. Il est conservé dans la 5G NSA afin d’assurer une continuité avec l’infrastructure LTE existante, tout en intégrant le New Radio (NR) pour améliorer les performances. Il s’agit d’un cœur de réseau tout IP qui gère la connectivité, la mobilité, la sécurité et la qualité de service pour les utilisateurs finaux.

Composants clés du 5G EPC

• MME (Mobility Management Entity) : Gère la signalisation de contrôle, l’attachement au réseau, l’authentification des utilisateurs, la gestion de la mobilité, et l’allocation des identifiants temporaires.
• SGW (Serving Gateway) : Transporte les paquets entre l’eNodeB et le PGW, sert de point d’ancrage pour la mobilité intra-LTE.
• PGW (Packet Data Network Gateway) : Fournit l’accès aux réseaux externes (Internet, IMS), gère l’attribution d’adresses IP, les règles de QoS, et les politiques de facturation.
• HSS (Home Subscriber Server) : Base de données centrale contenant les informations d’abonnement, les politiques, et les profils des utilisateurs.
• PCRF (Policy and Charging Rules Function) : Définit les règles de gestion de la QoS et de la facturation en fonction des politiques de l’opérateur.

Fonctionnement du 5G EPC

Le fonctionnement du 5G EPC repose sur une séparation claire entre le plan de contrôle et le plan utilisateur. Lorsqu’un utilisateur se connecte au réseau, le MME traite l’authentification via l’HSS, alloue les ressources de signalisation, et établit un tunnel GTP (GPRS Tunneling Protocol) entre l’eNodeB, le SGW et le PGW. Ce tunnel transporte ensuite les données utilisateur avec une latence réduite et une continuité de session assurée, même en cas de mobilité.

Le SGW assure le relai des données tout en conservant les sessions utilisateur actives, tandis que le PGW connecte ces données aux réseaux externes en appliquant les politiques de QoS transmises par le PCRF. La coordination entre ces entités garantit une gestion optimisée du trafic, adaptée aux applications sensibles à la latence ou nécessitant une forte bande passante.

Architecture GTP et tunnels

Le protocole GTP est central dans le 5G EPC. Il encapsule les données entre les différentes entités du réseau, tout en maintenant des sessions indépendantes de la topologie physique sous-jacente. Cette approche permet d’assurer une livraison fluide des paquets IP, même lorsque l’utilisateur change de cellule ou se déplace entre plusieurs zones de couverture.

Modes d’attachement et session

1. L’UE envoie une demande d’attachement via l’eNodeB au MME.
2. Le MME contacte l’HSS pour authentifier l’abonné et récupérer les données de session.
3. Une session est créée dans le SGW, avec une IP assignée par le PGW.
4. Le tunnel GTP est établi entre les éléments pour le transport des données utilisateur.
5. Les règles de QoS et les paramètres de facturation sont appliqués par le PCRF.

Utilisation dans le contexte NSA (Non-Standalone)

Dans les déploiements NSA, le 5G EPC continue de fonctionner en supportant le NR via l’eNodeB LTE. Cette configuration utilise l’option 3x (EN-DC) où l’UE est simultanément connecté au LTE et au NR. Le contrôle est assuré par la 4G, tandis que les données peuvent être transférées via la 5G pour bénéficier d’un débit supérieur.

Le 5G EPC permet donc de faire cohabiter les réseaux 4G et 5G en assurant une transition fluide sans nécessiter de refonte immédiate de l’infrastructure cœur. Il prend en charge les fonctionnalités avancées comme la VoLTE, le handover inter-RAT, et l’allocation dynamique de bande passante.

Évolutions vers le 5GC

Bien que le 5G EPC constitue une solution efficace pour les déploiements initiaux, son architecture monolithique est progressivement remplacée par un cœur natif 5G (5GC), basé sur une architecture orientée services (SBA) et des principes de virtualisation. Cette transition permet une meilleure modularité, l’implémentation du slicing réseau, et une gestion fine des flux applicatifs.

Le 5G EPC reste néanmoins indispensable dans les phases transitoires pour garantir l’interopérabilité, l’optimisation des investissements existants, et la couverture des cas d’usage courants sans rupture de service.

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