ESM – EPS Session Manager

Continuons notre étude sur les protocoles établies entre l’UE et le MME, et intéressons maintenant au protocole ESM : EPS Session Manager.

I) Principe Général

Lorsqu’un utilisateur souhaite accéder à un service sur Internet (Internet, Streaming, …), l’UE doit mettre en place une session .

Une session EPS (aussi nommée PDN Connection) est en charge de coordonner une connexion IP entre l’UE et le PDN. Le session est caractérisée par l’adresse IP de l’UE et l’APN caractérisant le PGW d’accès au PDN. Lorsqu’une session EPS est établie alors, la QoS et les règles de taxation sont définies (PCC avec le PCRF) et un Default EPS bearer ou un Dedicaded EPS bearer est mis en place pour délivrer les paquets IP. Le Default EPS bearer ou Dedicated EPS bearer correspond à un support (tuyau) sur lequel sont transmis les flux IP jusqu’à la passerelle du réseau (PGW)

Le rôle de la session EPS est donc de gérer les flux de paquets IP de l’UE vers le SGW jusqu’au PGW en s’assurant que les règles PCC soient correctement appliquées.

Etablir une session EPS signifie :

  1. Sélectionner le PDN approprié pour apporter le service demandé par l’utilisateur. (APN sur la carte USIM ou délivré par le HSS)
  2. Attribuer une adresse IP joignable et connue par le PDN
  3. Appliquer les règles de politique sur la QoS et la taxation par rapport à l’abonnement de l’utilisateur
  4. Créer un Default EPS bearer pour délivrer les paquets IP 

Toute session est controlée par le MME, l’UE doit en conséquence informer le MME même si la DATA ne passe pas par le MME. Le MME prend connaissance de la demande (caractérisé par un contexte de bearer), afin de créer un support (bearer) pour la DATA entre l’UE et le SGW et entre le SGW et le PGW concerné (c’est à dire le PGW correspondant à l’application et fourni soit par le téléphone soit par le HSS via l’APN). Ceci permet de créer une connectivité de bout en bout jusqu’au réseau de donné PDN.

Le protocole ESM a donc pour rôle de :

  • Activer et désactiver des contextes de bearer EPS
  • Modifiier des contextes de bearer

Dans le cadre du GPRS et de la 3G, nous parlions de PDP context. L’équivalent en 4G est l’EPS bearer.

II) ESM 

Lors de la création d’une connexion IP entre l’UE et le PDN (à la demande de l’UE) un contexte de bearer EPS par défaut (à ne pas confondre avec un Default EPS bearer) est créé au niveau du MME. Le contexte définit les paramètres du bearer (QoS, le SGW associé, …) et la connectivité IP (APN, @IP UE). Il s’agit de l’équivalent du PDP Context établi pour la 3G.

Le MME peut aussi lancer une procédure ESM pour activer, modifier ou désactiver un context de Bearer EPS (à la demande de l’UE ou de l’EPC).

Protocoles NAS et Protocoles AS

Je vous propose de commencer l’année 2015 par une description fonctionnelle du réseau cellulaire 3G/4G, en reprenant le concept des strates nommées strates d’accès et strates de non accès. Les strates représentent les procédures d’échanges d’information à la fois des informations de signalisations et des informations usagers (payload ou données utiles) entre l’UE et le cœur réseau

AS : Acces Stratum

La strate d’accès fait références aux protocoles relatifs à l’accès radio qui permettent de gérer l’échange d’information (pour rappel signalisation et données) entre l’UE et coeur réseau de l’opérateur. L’AS fait référence aux couches basses de la pile protocolaire OSI.

NAS : Non Acces Stratum

Le NAS (strate de non accès) représente un ensemble de protocoles qui s’établit entre l’UE et le réseau coeur. Le NAS permet l’échange d’information de contrôle ou de données quelque soit l’accès radio. Le NAS s’appuie donc sur l’AS pour transporter ses données.

On peut donc, dans le cadre du réseau 3G, représenter schématiquement les strates d’accès comme suit (figure 1) :

asnas

Figure 1 : Représentation schématique NAS/AS

Les rôles de la Strate d’Accès

Les principales fonctions liées au réseau d’accès (UTRAN Universal Terrestrial Radio Access Network) sont les suivantes

  • ŸGestion des ressources radio
  • ŸHandover
  • ŸChiffrement/Compression

Les rôles de la Non Strate d’Accès

La couche NAS a deux rôles essentiels (figure 2):

  • Gestion des sessions (et des appels pour la 3G)
  • Gestion de la mobilité.

Pour la 3G : La gestion des sessions se découpent en deux sous-couches  :

  • la sous couche de gestion des appels téléphoniques nommées Call Control –CC– uniquement pour le réseau 3G (puisque le réseau 4G n’est qu’un réseau IP). Cette sous-couche ne concerne que la gestion des appels en commutation de circuits, c’est à dire l’établissement, le maintien et la libération des appels du domaine circuit
  • la sous couche de gestion des sessions pour l’établissement et le relâchement des sessions (donc du domaine paquet).

La mobilité pour la NAS est la gestion de l’authentification, de mise à jour de la localisation et de l’attachement au réseau. Il s’agit du protocole MM : Mobility Management pour la commutation de circuit et GMM GPRS Mobility Management pour la partie commutation de paquets.

asnas3G

Figure 2: Représentation couches AS/NAS 3G

Pour le LTE, les protocoles se nomment (figure 3):

  • ESM : EPS Session Management
  • EMM : EPS Mobility Management.

asnas4G

Figure 3: Représentation couches AS/NAS 4G

Les rôles de la Strate d’Accès

La strate d’accès regroupe donc les couches basses : RRC, PDCP, RLC, MAC et Phy. Les messages NAS, entre l’UE et le Nb ou eNb sont encapsulé dans les messages RRC.

Nous verrons le rôle de ces couches dans un autre article.