Połączenie 5G – Ustanowienie płaszczyzny użytkownika UPF i transmisja danych

Funkcja płaszczyzny użytkownika (UPF) jest jedną z najważniejszych funkcji sieciowych (NF) w rdzeniowej sieci 5G. Jest to druga jednostka funkcjonalna sieci, z którą sieć radiowa (RAN) wchodzi w interakcje podczas przepływów PDU w 5G (NR). Jako kluczowy element w ewolucji separacji płaszczyzny kontrolnej i płaszczyzny użytkownika (CUPS), UPF odpowiada za inspekcję, routowanie i przekazywanie pakietów w ramach przepływów QoS w politykach subskrypcji. Używa SMF do wysyłania szablonów SDF przez interfejs N4 w celu egzekwowania reguł ruchu uplink (UL) i downlink (DL). Kiedy odpowiednia usługa się kończy, UPF przydziela lub kończy przepływy QoS w sesji PDU.

I. Ustanowienie płaszczyzny użytkownikaPodczas początkowego dostępu do systemu 5G, terminal (UE) musi ustanowić kanał płaszczyzny użytkownika z centrum danych zgodnie z wytycznymi płaszczyzny kontrolnej dla transmisji danych serwisowych. W trakcie tego procesu:

• Kiedy terminal (UE) chce uzyskać dostęp do sieci 5G, najpierw przechodzi proces rejestracji. Po zakończeniu wszystkich procedur płaszczyzny kontrolnej, SMF przetwarza wszystkie informacje związane z sesją podczas fazy ustanawiania płaszczyzny użytkownika. AMF żąda downlink DL TEID (Terminal Equipment Identifier) wszystkich sesji PDU przekazanych do SMF. SMF następnie wybiera najlepszy UPF dla UE w określonym zakresie i wysyła żądanie ustanowienia sesji zawierające wszystkie parametry dla domyślnego ustanowienia sesji PDU.
• Następnie tworzony jest domyślny przepływ QoS sesji (non-GBR) do wymiany z siecią danych (DN) dla ruchu. Ruch serwisowy obejmuje dłuższą trasę do obliczania opóźnień i utrzymywania ruchu.

Rysunek 1. Proces ustanawiania płaszczyzny użytkownika terminala 5G (Wiadomości)

• [5] Nowe żądanie ustanowienia UE, wymaga utworzenia kontekstu sesji
• [1] Ustaw adres UPF
• [5] [10] Żądanie utworzenia sesji z UPF
• [3] Odpowiedź kontekstu sesji
• [4] [5] Pobierz aktualizację sesji domyślnej
• [3] Domyślny QoS, AMBR
• [3] Dodaj domyślne reguły PDR downlink i uplink dla IMSI

II. Pierwsza transmisja danych Uplink/DownlinkKiedy następuje rzeczywista transmisja danych (tj. dane uplink lub downlink), AMF wysyła kolejne żądanie kontekstu SM do SMF, w którym:

• SMF wysyła żądanie modyfikacji sesji zawierające informacje związane z żądanym typem sesji.
• UPF ustanawia sesję PDU zgodnie z zasadami i regulacjami zgodnie z wymaganiami użytkownika. Następnie UPF dodaje mapowanie przepływu QoS, ustawia TEID, wstawia różne reguły (takie jak PDR, FAR, URR itp.) oraz niektóre polityki związane z sesją do sesji PDU. Rozlicza również każdą wymianę pakietów i dodaje unikalny identyfikator sesji, aby odróżnić ją od innych sesji PDU. UPF dodaje również numer IMSI, aby zidentyfikować UE, do którego należy bieżąca sesja.
• Kontekst sesji jest przygotowywany przez UPF i wysyłany do AMF za pośrednictwem SMF, które następnie przekazuje go do gNB. Zawiera informacje takie jak lokalny TEID UPF, kontekst QoS i komunikat o zwolnieniu sesji.

Rysunek 2. Przepływ pierwszej transmisji danych płaszczyzny użytkownika terminala 5G (Wiadomość)

• [2] Zarządzanie polityką QoS (typ polityki)
• [2] Ustawianie reguł dynamicznych
• [2] Aktualizacja reguł statycznych i dynamicznych
• [3] Mapowanie FDR, PDR, QDR, BAR, URR
• [3] Dołączanie reguł do sesji
• [3] Tworzenie nowego TEID i wstawianie go do PDR
• [2] Ustawianie TEID do przekazania do UPF
• [2] Zarządzanie QoS/nośnikiem
• [5] Tworzenie żądania sesji
• [9] Aktualizacja i tworzenie sesji
• [6] Obsługa harmonogramu reguł
• [7] Odbieranie autoryzacji rozliczeniowej
• [2] Inicjalizacja kredytów rozliczeniowych
• [2] Uzyskiwanie wszystkich aktywnych polityk
• [10] Konfiguracja sesji UPF
• [4] Odczyt, tworzenie, aktualizacja i wyszukiwanie sesji
• [8] Odczyt i zapis sesji oraz serializacja i deserializacja wszystkich wektorów sesji
• [5] Stan nieaktywny, gdy sesja PDU przechodzi w stan bezczynności
• [6] Obsługa odpowiedzi aktualizacji sesji
• [5] Przetwarzanie wiadomości konfiguracyjnych z AMF (początkowe żądanie lub istniejąca sesja PDU)
• [3] Aktualizacja powiadomień o zmianie stanu wysyłanych do AMF
• [3] Przygotowanie odpowiedzi (kontekst sesji) do wysłania do AMF w celu przekazania do gNB
• [3] Wyślij lokalny TEID UPF do AMF do użytku przez gNB
• [3] Wyślij odpowiedni kontekst QoS do AMF
• [5] Uzyskaj identyfikator sesji PDU z kontekstu RAT
• [5] Poproś AMF o wysłanie wiadomości w celu zwolnienia sesji