システムアーキテクチャの進化 - 百科事典
システムアーキテクチャの進化（SAE）は、モバイル通信プロトコルグループ3GPPのLTE無線通信標準の核となるネットワークアーキテクチャです。SAEはGPRSコアネットワークの進化ですが、簡素化されたアーキテクチャであり、すべてIPネットワーク（AIPN）、高帯域幅と低遅延の無線アクセスネットワーク（RAN）のサポート、E-UTRA（LTEおよびLTEアドバンスドの空中インターフェース）や3GPPの旧システム（例えばGERANやUTRAN、GPRSおよびUMTSのそれぞれの空中インターフェース）を含む複数の異種アクセスネットワークへのサポートおよびモビリティ、さらにWi-Fi、WiMAXやCDMA2000などの非3GPPシステムへのサポートも含まれます。
SAEアーキテクチャ
SAEは、コントロールプランとユーザープランのトラフィックを分離した平坦なすべてIPアーキテクチャを持ちます。SAEアーキテクチャの主な構成要素は進化したパケットコア（EPC）であり、SAEコアとも呼ばれます。EPCはGPRSネットワークと同様の役割を果たす予定です（モビリティ管理エンティティ、サービスゲートウェイ、PDNゲートウェイのサブコンポーネントを通じて）。
= 進化したパケットコア（EPC） =
EPCのサブコンポーネントは以下の通りです：
MME（モビリティ管理エンティティ）
MMEはLTEアクセスネットワークのキーコントロールノードで、アイドルモードのユーザーエ设备及びその再送信を含むページングとタグ付け手順の責任があります。それと同時に、ベアラーアクティベーション/デアクティベーションプロセスに関与し、UEがコアネットワーク（CN）ノードの再配置を伴うインター-LTEハンドオーバー時の初期接続や手順に責任があります。ユーザーを認証する責任があり（ホームサブスクライバーサーバーと相互作用して）、NASシグナリングの暗号化/完全性保護の終端点であり、セキュリティキーマネジメントを処理します。シグナリングの法的干渉もサポートされ、MMEはLTEと2G/3Gアクセスネットワーク間のモビリティに対するコントロールプラン機能を提供し、S3インターフェースがMMEからSGSNに終端されます。MMEは、ローミングUEに対するS6aインターフェースの終端点でもあります。
SGW（サービスゲートウェイ）
サービスゲートウェイはユーザーデータパケットのルーティングと転送を行い、ユーザープランのモビリティアンchorとして機能し、eNodeB間のハンドオーバー中にユーザープランのモビリティアンchorとして機能し、またLTEと他の3GPP技術（例えばWiMAXや3GPP2（CDMA 1XおよびEvDO））間のモビリティアンchorとして機能します（S4インターフェースを終端し、2G/3Gシステムとパケットデータネットワークゲートウェイ間のトラフィックを中継します）。アイドル状態のユーザーエ设备及びその下りデータが到着した場合のページングを終端します。UEコンテキストの管理とストレージを行い、例えばIPベアラーサービスのパラメータ、ネットワーク内ルーティング情報などです。法的干渉の場合のユーザートラフィックの複製も行います。
PGW（パケットデータネットワークゲートウェイ）
パケットデータネットワークゲートウェイ（PDNゲートウェイ、PGWとも）は、ユーザーエ设备及び外部パケットデータネットワーク（PDN）間の接続を提供し、トラフィックのエンタープライズおよびエクスイットポイントとして機能します。ユーザーエ设备及び複数のパケットデータネットワークにアクセスするために、ユーザーエ设备及び複数のパケットデータネットワークゲートウェイと同時に接続が可能です。PDNゲートウェイは、各ユーザーごとのパケットフィルタリング、課金サポート、法的干渉およびパケットスクリーニングを実行します。また、3GPPと非3GPP技術（例えばWiMAXや3GPP2（CDMA 1XおよびEvDO））間のモビリティアンchorとして機能します。
HSS（ホームサブスクライバーサーバー）
ホームサブスクライバーサーバーはユーザー関連およびサブスクリプション関連情報を含む中央データベースです。HSSの機能には、モビリティ管理、コールおよびセッションの確立サポート、ユーザー認証およびアクセス認可が含まれます。HSSは、Rel-4以前のホームロケーションレジスタ（HLR）および認証センター（AuC）に基づいています。
ANDSF（アクセスネットワークの発見および選択機能）
ANDSFはUEに3GPPおよび非3GPPアクセスネットワーク（例えばWi-Fi）への接続情報を提供し、UEが近くのアクセスネットワークを検出するのを支援し、これらのネットワークへの接続を優先し管理するルール（ポリシー）を提供する目的であります。
ePDG（進化したパケットデータゲートウェイ）
ePDGの主な機能は、EPCに接続されたUEに対して非信頼性の高い非3GPPアクセス（例えばWi-Fiコール（VoWiFi））でデータ伝送を安全にすることです。この目的のために、ePDGはUEとのIPsecトンネルの終端ノードとして機能します。
ノンアクセスストラトム（NAS）プロトコル
ノンアクセスストラトム（NAS）プロトコルは、ユーザーエ设备及びMME間のコントロールプランの最高レベルのストラトムを形成します。NASプロトコルはUEのモビリティとUEとPDNゲートウェイ間のIP接続を確立および維持するセッション管理手順をサポートします。これらは、3Gネットワークや非3GPPアクセスネットワークとの間のシステム間モビリティで使用されるパラメータのマッピングルールを定義します。また、NASシグナリングメッセージの完全性保護および暗号化によってNASセキュリティを提供します。EPS（進化したパケットシステム）は、UEの接続プロセス中にモビリティ管理とセッション管理手順をリンクすることで、ユーザーに「使用可能な」IP接続と「常にオン」の体験を提供します。
= EMM（EPSモビリティ管理） =
EPS（進化したパケットシステム）モビリティ管理（EMM）プロトコルは、ユーザーエ设备及び進化したUMTS地上無線アクセスネットワーク（E-UTRAN）を使用する場合のモビリティ管理手順を提供します。また、NASプロトコルのセキュリティ管理も提供します。EMMは、以下のような異なる手順に分類されます：
EMM共通手順 - NASシグナリング接続が存在する間いつでも実行できます。このタイプのプロセスはネットワークによって起動されます。これにはGUTI割り当て再分配、認証、セキュリティモード制御、識別およびEMM情報が含まれます。
EMM特定手順 - UE固有の特定の手順です。いつでも一度だけUEが起動するEMM特定手順が実行できます。このタイプのプロセスには、接続、組み合わせ接続、デタッチまたは組み合わせデタッチ、通常のトラッキングエリア更新および組み合わせトラッキングエリア更新（S1モードのみ）が含まれます。
EMM接続管理手順 - UEとネットワークの接続を管理します：
サービスリクエスト - UEによって起動され、ネットワークに安全な接続を確立するためまたはデータの送信のためのリソース予約を要求するため、またはこれらの両方を行います。
ページング手順 - ネットワークによって起動され、NASシグナリング接続の確立を要求するため、またはネットワークの障害が原因で必要に応じてUEが再接続するように促すために使用されます。
NASメッセージの転送 - UEまたはネットワークによって起動され、SMSメッセージを転送するために使用されます。
NASメッセージの汎用転送 - UEまたはネットワークによって起動され、他のアプリケーションからのプロトコルメッセージを転送するために使用されます。
UEとネットワークは、接続プロセスとデフォルトEPSベアラーコンテキストのアクティベーションプロセスを並行して実行します。EPS接続プロセス中にネットワークはデフォルトEPSベアラーコンテキストをアクティベートします。デフォルトEPSベアラーコンテキストのアクティベーションに関するEPSセッション管理メッセージは、EPSモビリティ管理メッセージの情報要素として転送されます。UEとネットワークは、デフォルトEPSベアラーコンテキストのアクティベーションプロセスが完了する前に、組み合わせデフォルトEPSベアラーコンテキストのアクティベーションプロセスおよび接続プロセスを完了します。接続プロセスの成功は、デフォルトEPSベアラーコンテキストのアクティベーションプロセスの成功に依存します。接続プロセスが失敗すると、ESMセッション管理プロセスも失敗します。
= ESM（EPSセッション管理） =
EPSセッション管理（ESM）プロトコルは、EPSベアラーコンテキストの処理のための手順を提供します。アクセスストラトムによって提供されるベアラーコントロールとともに、ユーザープランベアラーコントロールを提供します。ESMメッセージの送信は、接続プロセス中は除いて、EMMプロセス中に一時的に停止されます。
EPSベアラーセッション：
各EPSベアラーコンテキストはUEとPDN間のEPSベアラーセッションを表します。EPSベアラーセッションは、UEとMME間の対応するEPSベアラーセッションを構成する無線およびS1ベアラーセッションが一時的に解放されていてもアクティブ状態が維持できます。EPSベアラーセッションはデフォルトオプションベアラーセッションまたは専用ベアラーセッションのいずれかです。デフォルトEPSベアラーセッションはUEがPDNへの接続を要求した場合にアクティブ化されます。最初のデフォルトEPSベアラーセッションはEPS接続プロセス中にアクティブ化されます。また、ネットワークは並行して1つまたは複数の専用EPSベアラーセッションをアクティブ化できます。
一般的に、ESMプロセスはUEとMME間にEMMコンテキストが確立され、NASメッセージの安全な交換がMMEによってEMMプロセスを使用して開始された場合にのみ実行できます。UEが成功して接続すると、UEはMMEに対して追加のPDNへの接続を設定するリクエストを送信できます。各追加接続に対して、MMEは独立したデフォルトEPSベアラーセッションをアクティブ化します。デフォルトEPSベアラーセッションはPDNへの接続の寿命全体を通じてアクティブ状態が維持されます。
ESMプロセスの種類：
ESMは以下のような異なる手順に分類されます：
EPSベアラーセッションプロセス - ネットワークによって起動され、EPSベアラーセッションの操作（デフォルトEPSベアラーセッションのアクティベーション、専用EPSベアラーセッションのアクティベーション、EPSベアラーセッションの変更、EPSベアラーセッションのデアクティベーション）に使用されます。
取引関連プロセス - UEによって起動され、リソースの要求（新しいPDN接続または専用ベアラーリソース、またはこれらのリソースの解放）を処理するためです。これにはPDN接続プロセス、PDNディスコネクトプロセス、ベアラーリソース割り当てプロセス、ベアラーリソース変更プロセスが含まれます。
MMEはECM-IDLE、ECM CONNECTED、EMM-DEREGISTERED状態のUEに対してEMMコンテキストとEPSベアラーセッション情報を維持します。
EPCプロトコルスタック
= MME（モビリティ管理エンティティ）プロトコル =
MMEプロトコルスタックは以下の通りです：
S1-MMEスタック - eNodeBとのS1-MMEインターフェースをサポート
S11スタック - サービスゲートウェイとのS11インターフェースをサポート
MMEはeNodeBとのS1インターフェースをサポートします。統合されたS1 MMEインターフェーススタックはIP、SCTP、S1APを含みます。
SCTP（ストリームコントロールトランスミッションプロトコル）は、IPのサービスを使用して適応モジュール（例えばS1AP）に信頼性の高いデータグラムデリバリーサービスを提供する一般的なトランスポートプロトコルです。SCTPは以下のような主要な機能を提供します：
アソシエーション設定 - アソシエーションはデータ転送のために設定されるエンドポイント間の接続で、TCP接続に似ています。SCTPアソシエーションは各エンドポイントに複数のアドレスを持つことができます。
信頼性の高いデータデリバリ - シーケンスデータをストリームとして提供し、ヘッドオブラインブロッキングの排除（Elimination of head-of-line blocking）：SCTPは複数の方向に向かうシーケンスデータの提供を確保し、他の方向のデータのブロッキングを排除します。
S1AP（S1アプリケーションパート）はE-UTRANと進化したパケットコア（EPC）間のシグナリングサービスで、SAEベアラーマネジメント機能、初期コンテキスト転送機能、UEのモビリティ機能、ページング、リセット機能、NASシグナリングのトランスポート機能、エラーレポート、UEコンテキスト解放機能、ステータス転送のS1インターフェース機能を満たします。
MMEはサービスゲートウェイとのS11インターフェースをサポートします。統合されたS11インターフェーススタックはIP、UDP、eGTP-Cを含みます。
SGW（サービスゲートウェイ）プロトコル
SGWは以下の通りです：
S11コントロールプランスタック - MMEとのS11インターフェースをサポート
S5/S8コントロールおよびデータプランスタック - PGWとのS5/S8インターフェースをサポート
S1データプランスタック - eNodeBとのS1ユーザープランインターフェースをサポート
S4データプランスタック - UMTSのRNCとeNodeBのSGW間のS4ユーザープランインターフェースをサポート
Sxa - 3GPP Rel-14以降、Sxインターフェースおよび関連するPFCPプロトコルがSGWに追加され、SGW-CとSGW-U間のコントロールユーザープラン分離を可能にします。
SGWはMMEとのS11インターフェースをサポートし、PGWとのS5/S8インターフェースをサポートします。これらのインターフェースのための統合されたコントロールプランスタックはIP、UDP、eGTP-Cを含みます。
SGWはeNodeBとのS1-Uインターフェースをサポートし、PGWとのS5/S8データプランインターフェースをサポートします。これらのインターフェースのための統合されたデータプランスタックはIP、UDP、eGTP-Uを含みます。
PGW（パケットデータネットワークゲートウェイ）プロトコル
P-GWがサポートする主要なインターフェースは以下の通りです：
S5/S8 - S-GWとP-GW間のインターフェースで、S-GWとP-G