Le réseau mobile 4G s’appelle EPS (Evolved Packet system). Il est constitué d’un nouveau réseau d’accès appelé LTE (Long Term Evolution) et d’un nouveau réseau cœur appelé ePC (Evolved Packet Core) tout IP. Le réseau cœur ePC est un réseau cœur convergent : il s’interface à tout type d’accès : LTE, non-3GPP (e.g., WiFi) ainsi qu’au réseau d’accès 5G appelé NR. Le but de cette formation est de présenter l’ensemble de l’architecture ePC et les procédures de gestion de la mobilité, gestion de session et gestion du roaming voix et data. Toutes les procédures AAA (Authentification, Autorisation et Accounting) sont mises en œuvre via le protocole DIAMETER. Un réseau de signalisation DIAMETER constitué d’agents est nécessaire. Il est présenté dans cette formation.

Ce réseau EPS devra interfonctionner avec le réseau légataire paquet, à savoir GPRS (General Packet Radio Service). Le cours introduit aussi très brièvement le réseau GPRS.

Les opérateurs mobiles ont besoin de contrôler l’usage par leurs clients de la data mobile afin de limiter les clients les plus consommateurs (fair use), afin d’accepter ou de refuser / dégrader des flux IP (e.g., dégrader le flux skype). Par ailleurs l’opérateur doit proposer de la QoS pour les services IP de l’opérateur (e.g., Voix sur IP, Mobile TV), etc. L’architecture qui permet de contrôler les flux IP du client (accepter, bloquer, dégrader la QoS, rehausser la QoS) et permet la taxation des flux autorisés, appelée PCC (Policy and Charging Control), est introduite dans ce cours.

Le réseau 4G propose deux approches pour la mise en œuvre des services de la téléphonie : VoLTE ou voix sur IP sur LTE et CSFB où le mobile est transféré sur la 3G ou 2G pour réutiliser le domaine circuit 2G/3G. Les deux approches sont décrites en se focalisant sur l’impact de ces approches sur le réseau cœur EPC .
Le réseau cœur EPC sépare le plan contrôle et le plan usager via l’approche CUPS (Control and User Plane Separation) pour plus de flexibilité, et notamment pour changer la fonction du plan user qui prend en charge les flux du client en fonction de la localisation de ce dernier. Cela permet de réduire la latence de manière significative notamment pour le traffic Internet. CUPS est décrit dans ce cours.

Le réseau cœur mobile ePC doit évoluer pour prendre en charge de manière efficace les devices IoT (Internet of Things), notamment ceux qui doivent économiser leur énergie (fonctionnement sur pile) et qui n’ont que très peu de données à échanger. L’évolution NIDD (Non-IP Data Delivery) ou small data répond à ce besoin afin de remplacer l’établissement de bearers de données IP consommateur en énergie par une extension du protocole NAS (Non-Access Stratum) pour permettre de transférer sur le plan de contrôle de petits volumes de données. Les évolutions de l’ePC telles que NIDD ainsi qu’un réseau cœur dédié pour supportes les devices IoT sont décrites brièvement dans ce cours.

1. Evolution des réseaux mobiles vers l'EPS

2. Réseau coeur paquet 2G/3G: GPRS
2.1. Eléments de l'architecture
2.1.1. 3G SGSN : Fonctions, interfaces et dimensionnement
2.1.2. GGSN : Fonctions, interfaces et dimensionnement
2.1.3. Réseaux IP intra-opérateur et inter-opérateur (GRX)
2.2. Gestion de la mobilité GPRS
2.3. Gestion de session GPRS
2.4. Gestion du roaming GPRS

3. Architecture de réseau coeur EPS : Evolved Packet Core (ePC)
3.1. Elements de l'architecture
3.1.1. eNodeB
3.1.2. SeGW (Security Gateway)
3.1.3. MME
3.1.4. Serving GW
3.1.5. PDN GW/PCEF
3.1.6. PCRF,OCS et OFCS
3.1.7. HSS
3.2. Interfaces
3.2.1. Interfaces S1 à S16
3.2.2. Protocole de base DIAMETER pour la compréhension des interfaces S6a et S13, interfaces pour les accès non-3GPP et interfaces PCC.
3.3. Interfonctionnement avec les accès 2G/3G dans le cas du Gn/Gp SGSN
3.4. Interfonctionnement entre les accès non-3GPP et ePC
3.4.1. e-PDG
3.4.2. AGW
3.4.3. 3GPP AAA Server
3.4.4. Interfaces SWm, SWx, S2a, S2b, Ta, Wa, Wn
3.5. Architecture CUPS pour plus de flexibilité
3.5.1. Entités : SGW-C, PGW-C, SGW-U et PGW-U
3.5.2. Interface Sx et protocole PFCP (Packet Forward Control Protocol)
3.6. Connectivités PDN IPv4, IPv6, Ethernet et Non-IP (NIDD)

4. Gestion de la Mobilité : Attachement, Détachement, mise à jour de Tracking Area, etc.
4.1. Protocole EMM entre UE et MME
4.2. Procédure S1-AP entre eNodeB et MME pour la gestion de la mobilité
4.3. Interface S6 basée sur DIAMETER entre MME et HSS
4.4. Interface S13 basée sur DIAMETER entre MME et EIR
4.5. Authentification EPS avec AKA
4.6. Procédure de bout de bout de rattachement de l'UE au réseau EPS
4.7. Accès I-WLAN à l'EPC
4.7.1. Accès I-WLAN fiable à l'ePC : Procédure de rattachement
4.7.2. Accès I-WLAN non fiable à l'ePC : Procédure de rattachement
4.8. ISR : Idle-mode Signaling Reduction

5. Gestion de session
5.1. Protocole ESM entre UE et MME
5.2. Protocole S1-AP entre eNodeB et MME pour l'établissement de bearers
5.3. Protocole GTPv2-C entre MME et Serving-GW et entre Serving-GW et PDN-GW
5.3.1. Procédure d'établissement de default bearer
5.3.2. Procédure d'établissement de dedicated bearer
5.3.3. Etablissement par le réseau
5.3.3.1. Cas de la VoLTE
5.3.3.2. Cas de la ViLTE
5.3.4. Etablissement par l'usager
5.4. Procédure d'établissement de bearer avec CUPS
5.5. QoS 4G
5.5.1. QCI
5.5.2. ARP
5.5.3. GBR, MBR, APN-AMBR et UE-AMBR
5.5.4. Exemples

6. Handover
6.1. Procédure de gestion de la mobilité Intra E-UTRAN avec Interface X2
6.2. Procédure de gestion de la mobilité Intra E-UTRAN sans Interface X2
6.3. Procédure de gestion de la mobilité Intra E-UTRAN avec Relocation EPC
6.4. Procédure de gestion de la mobilité entre le domaine paquet 2G/3G et E-UTRAN

7. PCC (Policy and Charging Control) dans l' EPS
7.1. Policy control
7.2. Charging Control
7.3. Architecture PCC
7.3.1. PCEF
7.3.2. PCRF
7.3.3. OCS
7.3.4. OFCS
7.3.5. SPR
7.3.6. AF
7.4. Interfaces PCC: Gx, Sd, Gy, Gz, Sp, Ud, Rx, S9, Sy
7.5. Scénarii PCC
7.5.1. Fair use
7.5.2. Anti-bill shock
7.5.3. Turbo bouton (speed boost)
7.5.4. Recharge d’un compte prépyé pour la data mobile
7.5.5. Redirection de trafic
7.5.6. Control parental
7.5.7. Voix sur Ip avec pré-conditions
7.6. Taxation online
7.7. Taxation offline

8. Ciscuit Switched Fall Back (CSFB)
8.1. Impacts CSFB
8.1.1. Interface SGS-AP entre MME et MSC Server
8.1.2. Terminal compatible CSFB
8.1.3. Impact sur les protocoles NAS entre UE et MME
8.2. Gestion de la mobilité CSFB
8.2.1. Attachement combiné CS+PS
8.2.2. Mise à jour combinée TA+LA
8.3. Appel sortant CSFB
8.4. Appel entrant CSFB
8.5. SMS sortant CSFB
8.6. SMS entrant CSFB
8.7. Service USSD

9. SMS in MME
9.1. Architecture SMS in MME
9.2. Interface S6c, SGd
9.3. Envoi et réception de SMS via l’architecture SMS in MME

10. EPC et IMS/VoLTE/VoWiFi
10.1. Négociation du service voix CSFB ou VoLTE pour les appels normaux et l’appel d’urgence pendant la procédure d’attachement de l’UE au MME
10.2. Etablissement/modification/libération du default bearer IMS
10.3. Allocation de l’adresse IP du P-CSCF
10.4. Etablissement/modification/liberation du dedicated bearer IMS
10.5. Etablissement du default bearer SOS
10.6. Etablissement du dedicated bearer SOS
10.7. Handover VoLTEVoWiFi et vice versa
10.8. T-ADS
10.9. SR-VCC

11. ePC pour les devices IoT : LTE-M et NB-IoT
11.1. Cœur réseau ePC dédié pour les devices IoT (DECOR, Dedicated core)
11.2. Connectivités établies pour les devices IoT
11.2.1. Connectivité IP avec optimisation du plan usager
11.2.2. Connectivité IP avec optimisation plan contrôle
11.2.3. Connectivité Non-IP avec optimisation plan contrôle
11.3. Economie d’énergie pour les devices IoT : eDRX et PSM
11.4. Non-IP data delivery (NIDD) pour les devices IoT