5G heterogener Übergabeprozess

Zugriffsmethode für die 5GC-Architektur

In 5G wird der Netzwerk-Slice als logisches Netzwerk definiert, das aus Steuerebenen- und Benutzerebenen-Netzwerkfunktionen (NFs) mit unterschiedlichen Funktionen besteht.

Das 5G-Netzwerk muss auch einige grundlegende Funktionen implementieren, einschließlich der Kommunikation mit dem UE, des Speicherns seiner Abonnements und Anmeldeinformationen, des Zugriffs auf externe Netzwerke, der Verwaltung des Netzwerkzugriffs und des Mobilnetzwerkzugriffs.

Diese Struktur umfasst:

AUSFAls Hersteller bietet es UE-Authentifizierungsdienste für AMF an. Um diesen Dienst bereitzustellen, werden die folgenden Dienstoperationen definiert:
Dieser Dienst ermöglicht die Authentifizierung des UE und stellt einen oder mehrere Hauptschlüssel bereit, die von der AMF für nachfolgende abgeleitete Schlüssel verwendet werden. .

UDM, Unified Data Management, Unified Data Management-Funktion, Unterstützt folgende Funktionen:

-  3GPP AKA身份验证凭证的生成 
-  用户标识处理（例如5G系统中每个用户的SUPI的存储和管理） 
-  支持取消隐藏受隐私保护的用户标识符（SUCI） 
-  基于签约数据的接入认证（例如漫游限制） 
-  UE 服务的 NF 注册管理（例如，为 UE 存储服务 AMF，为  UE PDU 会话存储服务 SMF） 
-  支持服务/会话连续性（通过保持 SMF / DNN 进行中的会话分配） 
-  MT-SMS 交付支持 
-  合法拦截功能（特别是在出站漫游情况下，其中UDM是LI的唯一联系点） 
-  签约管理 
-  SMS 管理

AMF hat die folgenden Hauptfunktionen: Die
Zugriffs- und Mobilitätsverwaltungsfunktion (AMF) umfasst die folgenden Funktionen.
Eine einzelne AMF-Instanz kann einige oder alle AMF-Funktionen unterstützen:

Beenden Sie die RAN CP-Schnittstelle (N2).
Dieses Schnittstellenprotokoll dient dazu, dass F1AP NAS (N1) beendet und NAS-Verschlüsselung und Integritätsschutz bietet.
Registrierungsverwaltung.
Verbindungsmanagement.
Erreichbarkeitsmanagement.
Liquiditätsmanagement.
Gesetzliches Abfangen (gilt für die Schnittstelle zwischen AMF-Ereignissen und LI-System).
Bietet die Übertragung von SM-Nachrichten zwischen UE und SMF.
Transparenter Proxy zum Weiterleiten von SM-Nachrichten. Zugriffsauthentifizierung.
Zugriffsberechtigung.
Bereitstellung einer SMS-Nachrichtenübertragung zwischen UE und SMSF.
Sicherheitsankerfunktion (SEAF).
Positionierung des Servicemanagements von Aufsichtsdiensten.
Bietet die Übertragung von Standortdienstnachrichten zwischen UE und LMF sowie zwischen RAN und LMF.
EPS-Inhaber-ID-Zuordnung für die Zusammenarbeit mit EPS.
UE Mobile Event Benachrichtigung.

Unabhängig von der Anzahl der Netzwerkfunktionen verfügt jedes Zugriffsnetzwerk zwischen dem UE und dem CN nur über eine NAS-Schnittstelleninstanz, die in mindestens einer der Netzwerkfunktionen endet, die das NAS-Sicherheits- und Mobilitätsmanagement implementieren.

Zusätzlich zu den oben genannten AMF-Funktionen kann AMF auch die folgenden Funktionen enthaltenUnterstützung von Nicht-3GPP-Zugangsnetzwerken：

Unterstützt N2-Schnittstelle und N3IWF. Auf dieser Schnittstelle werden möglicherweise einige Informationen (z. B. 3GPP-Zellenidentität) und Prozeduren (z. B. im Zusammenhang mit der Übergabe), die durch den 3GPP-Zugriff definiert wurden, nicht angewendet, und Nicht-3GPP-Zugriffsspezifische Informationen, die nicht für den 3GPP-Zugriff gelten, können angewendet werden.
Unterstützt NAS-Signalisierung über UE auf N3IWF. Einige Verfahren, die durch NAS-Signalisierung beim 3GPP-Zugriff unterstützt werden, sind möglicherweise nicht für nicht vertrauenswürdigen Nicht-3GPP-Zugriff (z. B. Paging) geeignet.
Unterstützt die Authentifizierung von UEs, die über N3IWF verbunden sind.
Verwalten Sie den Mobilitäts-, Authentifizierungs- und individuellen Sicherheitskontextstatus von UEs, die über einen Nicht-3GPP-Zugriff oder gleichzeitig über 3GPP und Nicht-3GPP verbunden sind.
Unterstützt einen koordinierten RM-Verwaltungskontext, der für 3GPP- und Nicht-3GPP-Zugriff gültig ist.
Unterstützt einen dedizierten CM-Verwaltungskontext für das UE für die Verbindung über einen Nicht-3GPP-Zugriff.
Hinweis: Nicht alle Funktionen müssen in der Instanz des Web Slice unterstützt werden.

Die Sitzungsverwaltungsfunktion (SMF) umfasst die folgenden Funktionen：

Sitzungsverwaltung, z. B. Aufbau, Änderung und Freigabe von Sitzungen, einschließlich Tunnelwartung zwischen UPF- und AN-Knoten.
Zuweisung und Verwaltung von UE-IP-Adressen (einschließlich optionaler Autorisierung).
DHCPv4- (Server und Client) und DHCPv6- (Server und Client) Funktionen.
ARP-Proxy und / oder IPv6 Neighbor Solicitation Proxy für Ethernet-PDUs. SMF antwortet auf ARP- und / oder IPv6-Nachbarwerbungsagenten, indem es die MAC-Adresse angibt, die der in der Anforderung gesendeten IP-Adresse entspricht.
Wählen und steuern Sie UP-Funktionen, einschließlich der Steuerung der UPF-Proxy-ARP- oder IPv6-Nachbarerkennung oder der Weiterleitung des gesamten ARP / IPv6-Nachbarwerbungsverkehrs an SMF für Ethernet-PDU-Sitzungen.
Konfigurieren Sie die UPF-Flusskontrolle, um den Verkehr zum richtigen Ziel zu leiten.
Beenden Sie die Schnittstelle zur Richtliniensteuerungsfunktion.
Gesetzliches Abfangen (wird für die Schnittstelle von SM-Ereignissen und LI-System verwendet). Ladedatenerfassung und unterstützende Ladeschnittstelle.
Steuern und koordinieren Sie die Erfassung von Ladedaten durch UPF.
Beenden Sie die NAS-SM-Nachricht.
Downlink-Datenbenachrichtigung.
Der Initiator von AN-spezifischen SM-Informationen wird über AM2 über AMF an AN gesendet.
Bestimmen Sie den SSC-Modus der Sitzung.

Roaming-Funktion:

Verarbeiten Sie die lokale Implementierung, um QoS SLA (VPLMN) anzuwenden.

Ladedatenerfassungs- und Ladeschnittstelle (VPLMN).

Gesetzliches Abfangen (Schnittstelle zwischen VPLMN- und LI-Systemen bei SM-Ereignissen).

Unterstützung der Interaktion mit externem DN zur Übertragung der PDU-Sitzungsautorisierungs- / Authentifizierungssignalisierung über externen DN.

PCF: Strategiekontrollfunktion

AF: Anwendungsfunktion, Anwendungsfunktion, Bezieht sich auf verschiedene Dienste auf der Anwendungsebene, bei denen es sich um interne Anwendungen des Betreibers wie Volte AF (ähnlich wie 4G Volte As) oder AF von Drittanbietern (wie Videoserver, Spieleserver) handeln kann, wenn es sich um den internen AF des Betreibers handelt In einer vertrauenswürdigen Domäne mit anderen NFs kann sie direkt mit anderen NFs wie PCF interagieren, während sich der AF eines Drittanbieters nicht in der vertrauenswürdigen Domäne befindet und über NEF auf andere NFs zugreifen muss.

NEF: Network Exposure Function, Network Exposure FunctionAlle externen Anwendungen, die auf die internen Daten des 5G-Kernnetzwerks zugreifen möchten, müssen NEF bestehen und befinden sich zwischen dem 5G-Kernnetzwerk und externen Anwendungsfunktionen von Drittanbietern (möglicherweise auch mit einem internen AF), die für die Verwaltung offener Netzwerkdaten verantwortlich sind. NEF bietet entsprechende Sicherheitsgarantien, um die Sicherheit externer Anwendungen im 3gpp-Netzwerk zu gewährleisten, und bietet Funktionen zum Öffnen von Qos-Anpassungsfunktionen für externe Anwendungen, Abonnement von Mobilitätsstatusereignissen, Verteilung von AF-Anforderungen und andere Funktionen.

NRF: NF-Repository-Funktion, NetzwerkspeicherfunktionEs wird verwendet, um die NF-Registrierung, -Verwaltung und -Statuserkennung durchzuführen und die automatische Verwaltung aller NFs zu realisieren. Wenn jede NF gestartet wird, muss sie bei der NRF registriert sein, um Dienste bereitzustellen. Die Registrierungsinformationen umfassen NF-Typ, Adresse, Serviceliste usw.

NSSF ， Die Network Slice-Auswahlfunktion, Die Netzwerk-Slice-Auswahlfunktion unterstützt die folgenden Funktionen:

 -  选择为UE服务的网络切片实例集 
 -  确定允许的 NSSAI，以及在需要时确定到签约阅的 S-NSSAI 的映射 
 -  确定已配置的 NSSAI，以及在需要时确定到签约的 S-NSSAI 的映射 
 -  确定可能用于查询 UE 的 AMF 集，或基于配置确定候选 AMF 的列表（可能通过查询NRF）
 -

UPF: Benutzerebenenfunktion, Benutzerebenenfunktion, Einschließlich Routing und Weiterleitung von Benutzerdatenpaketen, Dateninteraktion mit dem externen Datennetzwerk-DN, QoS-Verarbeitung auf Benutzerebene, Implementierung von Flusssteuerungsregeln (wie Gating, Umleitung, Verkehrsumleitung) usw.
Ähnlich wie in EPC, 5G Die Anwendungsfunktion (AF) verwendet die Dienste und Informationen, die von anderen 3GPP-Netzwerkfunktionen gemäß der konfigurierten Strategie bereitgestellt werden.

DN: Datennetz (DN), Wie Carrier-Geschäft, Internet- oder Drittanbieter-Geschäft usw.

Der Secure Edge Protection Agent (SEPP) wird für sichere Verbindungen mit anderen Betreibern verwendet。
Bitte beachten Sie, dass NEF, NRF, NSSF und SEEP in EPC nicht vorhanden sind.
Zusätzlich ist das Nicht-3gpp-Zugangsnetzwerk über die Nicht-3gpp-Verbindungsfunktion (N3IWF) mit dem 5GC verbunden, und die Nicht-3gpp-Verbindungsfunktion (N3IWF) ist über die N2-Schnittstelle bzw. die N3-Schnittstelle mit der Steuerebenenfunktion AMF und der Benutzerebenenfunktion UPF verbunden.

Unter Verwendung von Daten, die vom UE zur Datenebene des 5G-Kerns (User Plane Function / UPF) über den Quell-gNB fließen, wird die RRC-Signalisierung (Radio Resource Control) verwendet, um die Signalqualität kontinuierlich zu messen und zu melden. Wenn der Quellknoten erkennt, dass eine Übergabe erforderlich ist, stellt er eine Verbindung mit dem Ziel-gNB her, um den Übergabeprozess zu starten. Sobald sich der Tunnel zum Ziel-gNB bewegt hat, führt das UE eine Übergabe durch und stellt eine Verbindung mit demselben Zielknoten her. Eine Pfadwechselanforderung wird vom Ziel-gNB an die AMF gesendet, und sobald dies bestätigt ist, können Daten vom UE durch den Zielknoten und zur vorgeschriebenen UPF fließen.

Zugriffsmethode für die EPC-Architektur

Diese Zugriffsmethode ist unterteilt in: UE, 3GPP-Zugriffsnetzwerk / Nicht-3GPP-Zugriffsnetzwerk, EPC, nämlich Terminal, Zugriffsnetzwerk und Kernnetzwerk.

Das UE ist unser Mobiltelefon oder CPE, das Zugangsnetz sind die Basisstationen in der ganzen Stadt (es kann sich um eine große Turmbasisstation oder eine kleine Basisstation von der Größe eines in Innenräumen hängenden Routers handeln), und das EPC ist der Betreiber (China Mobile / China Unicom / Der Kernnetzwerkserver von China Telecom umfasst viele Server, die Signalisierung, Daten, Abrechnungsrichtlinien usw. verarbeiten.

Der Abschnitt vom UE zum Zugangsnetz ist drahtlos. Wir nennen diesen Abschnitt des Netzwerks das Luftzugangsnetz, das Zugangsnetz und der EPC sind alle interne Netzwerke, die durch Lichtwellenleiter verbunden sind.

NAS, Non-Access-Stratum-Signalisierung, ist die Signalisierung, die zwischen dem UE und dem Kernnetzwerk-EPC verwendet wird. Obwohl das Zugriffsnetzwerk eUTRAN verwendet wird, analysiert die Basisstation es nicht;
AS, die Zugriffsschichtensignalisierung wird vom UE und dem Zugriffsnetzwerk eUTRAN verwendet Die Signalisierung wird von der Basisstation verarbeitet und kann vom Kernnetz nicht gesehen werden

Mobility Management Entity (MME), Kernelement der Netzwerksteuerungsebene, das für das Benutzer- und Sitzungsmanagement verantwortlich ist. Die Hauptfunktionen von MME sind:
Zugriffskontrolle, Mobilitätsmanagement, Sitzungsmanagement, S-GW-Auswahl, Sicherheitsauthentifizierung.

Home Subscriber Server (HSS), Home Subscriber Server, ist ein Datenbankserver im Kernnetzwerk, der die Dateninformationen aller Benutzer des Kernnetzwerks speichert (dh die Karteninformationen für die Kontoeröffnung hier). Wenn der Benutzer eine Verbindung zur MME herstellt, werden die vom Benutzer übermittelten Informationen zur Authentifizierung mit den Informationen auf dem HSS-Datenserver verglichen.
Funktionen: Benutzerregistrierung, Aktualisierung des Terminalstandorts, Mobilitätsmanagement;

Im Allgemeinen verfügt unsere SIM-Karte über einen Kontoeröffnungsort, und die Registrierungsauthentifizierungsinformationen Ihrer SIM-Karte werden auf dem HSS-Server des Kontoeröffnungsorts gespeichert. Der Unterschied zwischen der Registrierung und der Geschäftstätigkeit während des Roamings besteht hauptsächlich im Zugriff auf HSS。

Serving Gateway (S-GW), Gateway für den Zugriff auf Benutzerebenen, entspricht den herkömmlichen Funktionen der SGSN-Benutzerebene:
Sitzungsverwaltung, Routing und Datenweiterleitung, Qos-Kontrolle, Abrechnung;

So können Sie sehen, ob der Service erbracht werden kann oder nicht und welche Priorität SGW hat

PDN-Gateway (P-GW), Paketdaten-Gateway. Es ist das Gateway zwischen dem Netz des Betreibers und dem Internet, und seine Funktion ähnelt der des traditionellen GGSN.
Die Hauptfunktionen umfassen die Überprüfung der Pakettiefe, die Zuweisung von IP-Adressen, das Sitzungsmanagement, das Routing und die Datenweiterleitung, die PCRF-Auswahl, die Qos-Kontrolle, den Nicht-3GPP-Zugriff und das dienstbasierte Laden

Das Design von PGW dient zwei Hauptzwecken: Nicht-3GPP-Netzwerk (wie 1X, GSM, CDMA, VoWIFI), Zugriff auf das LTE-Kernnetz, LTE-Kernnetzdaten und Internet-Gateway.

Richtlinien- und Gebührenregelfunktion (PCRF), Richtlinien- und Gebührenregelserver, Bereitstellung der Verwaltung und Kontrolle von Datendienstressourcen gemäß Benutzerpaketen und Geschäftsanforderungen.
Konfigurieren von PCC-Laderegeln, Durchführen einer Prioritätswarteschlangen-Konfliktlösungsverarbeitung für Servicedatenströme, Unterstützen des IP-Sicherheitsschutzes für die Steuersignalisierung, Bereitstellen anfänglicher Standardlademethoden für PCEF, Aktivieren, Deaktivieren und Ändern von PCC-Regeln, Richtliniensteuerungsfunktionen;

ePDG: Das Gateway, das das nicht vertrauenswürdige Nicht-3GPP-Netzwerk mit dem Kernnetzwerk verbindet, unterstützt die nahtlose Verbindung von LTE- und Wifi-Diensten und wird im Allgemeinen in der SSR-Hardwarearchitektur ausgeführt, die EPG oder EWG unterstützt.

Referenz:
LTE-Netzwerkarchitektur

Robuste und universelle nahtlose Handover-
Authentifizierung in 5G HetNets