Κλήση 5G – Δημιουργία Επιπέδου Χρήστη UPF και Μετάδοση Δεδομένων

Η Λειτουργία Επιπέδου Χρήστη (UPF) είναι μία από τις σημαντικότερες λειτουργίες δικτύου (NF) στο δίκτυο πυρήνα 5G. Είναι η δεύτερη λειτουργική μονάδα δικτύου με την οποία αλληλεπιδρά το Ραδιοδίκτυο (RAN) κατά τη διάρκεια ροών PDU στο 5G (NR). Ως βασικό στοιχείο στην εξέλιξη του Διαχωρισμού Επιπέδου Ελέγχου και Επιπέδου Χρήστη (CUPS), η UPF είναι υπεύθυνη για την επιθεώρηση, τη δρομολόγηση και την προώθηση πακέτων εντός ροών QoS σε πολιτικές συνδρομής. Χρησιμοποιεί το SMF για να στείλει πρότυπα SDF μέσω της διασύνδεσης N4 για την επιβολή κανόνων κυκλοφορίας ανοδικής ζεύξης (UL) και καθοδικής ζεύξης (DL). Όταν τερματίζεται η αντίστοιχη υπηρεσία, η UPF κατανέμει ή τερματίζει ροές QoS στη συνεδρία PDU.

I. Εγκατάσταση Επιπέδου ΧρήστηΌταν αρχικά έχει πρόσβαση στο σύστημα 5G, ο τερματικός σταθμός (UE) πρέπει να δημιουργήσει ένα κανάλι επιπέδου χρήστη με το κέντρο δεδομένων σύμφωνα με την καθοδήγηση του επιπέδου ελέγχου για τη μετάδοση δεδομένων υπηρεσίας. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας:

• Όταν ο τερματικός σταθμός (UE) θέλει να έχει πρόσβαση στο δίκτυο 5G, υποβάλλεται πρώτα σε μια διαδικασία εγγραφής. Μετά την ολοκλήρωση όλων των διαδικασιών επιπέδου ελέγχου, το SMF επεξεργάζεται όλες τις πληροφορίες που σχετίζονται με τη συνεδρία κατά τη φάση εγκατάστασης του επιπέδου χρήστη. Το AMF ζητά το DL TEID (Terminal Equipment Identifier) ​​όλων των συνεδριών PDU που μεταβιβάζονται στο SMF. Στη συνέχεια, το SMF επιλέγει την καλύτερη UPF για το UE εντός του καθορισμένου εύρους και στέλνει ένα αίτημα εγκατάστασης συνεδρίας που περιέχει όλες τις παραμέτρους για την εγκατάσταση της προεπιλεγμένης συνεδρίας PDU.
• Στη συνέχεια, δημιουργείται μια προεπιλεγμένη ροή QoS συνεδρίας (μη-GBR) για ανταλλαγή με το δίκτυο δεδομένων (DN) για την κυκλοφορία. Η κυκλοφορία υπηρεσίας περιλαμβάνει μια μεγαλύτερη διαδρομή για τον υπολογισμό της λανθάνουσας κατάστασης και τη διατήρηση της κυκλοφορίας.

Εικόνα 1. Διαδικασία Εγκατάστασης Επιπέδου Χρήστη Τερματικού 5G (Μηνύματα)

• [5] Νέο αίτημα εγκατάστασης UE, απαιτεί δημιουργία περιβάλλοντος συνεδρίας
• [1] Ορισμός διεύθυνσης UPF
• [5] [10] Αίτημα δημιουργίας συνεδρίας με UPF
• [3] Απόκριση περιβάλλοντος συνεδρίας
• [4] [5] Λήψη ενημέρωσης προεπιλεγμένης συνεδρίας
• [3] Προεπιλεγμένο QoS, AMBR
• [3] Προσθήκη προεπιλεγμένων κανόνων PDR καθοδικής και ανοδικής ζεύξης για IMSI

II. Πρώτη Μετάδοση Δεδομένων Ανοδικής/Καθοδικής ΖεύξηςΌταν πραγματοποιείται πραγματική μετάδοση δεδομένων (δηλαδή, δεδομένα ανοδικής ή καθοδικής ζεύξης), το AMF στέλνει ένα άλλο Αίτημα περιβάλλοντος SM στο SMF, στο οποίο:

• Το SMF στέλνει ένα αίτημα τροποποίησης συνεδρίας που περιέχει πληροφορίες σχετικά με τον τύπο συνεδρίας που ζητήθηκε.
• Η UPF δημιουργεί μια συνεδρία PDU εντός των κανόνων και κανονισμών σύμφωνα με τις απαιτήσεις του χρήστη. Στη συνέχεια, η UPF προσθέτει αντιστοίχιση ροής QoS, ορίζει το TEID, εισάγει διάφορους κανόνες (όπως PDR, FAR, URR, κ.λπ.) και ορισμένες πολιτικές που σχετίζονται με τη συνεδρία στη συνεδρία PDU. Επίσης, χρεώνει κάθε ανταλλαγή πακέτων και προσθέτει ένα μοναδικό αναγνωριστικό συνεδρίας για να το διακρίνει από άλλες συνεδρίες PDU. Η UPF προσθέτει επίσης έναν αριθμό IMSI για να προσδιορίσει το UE στο οποίο ανήκει η τρέχουσα συνεδρία.
• Το περιβάλλον συνεδρίας προετοιμάζεται από την UPF και αποστέλλεται στο AMF μέσω του SMF, το οποίο στη συνέχεια το προωθεί στο gNB. Περιέχει πληροφορίες όπως το τοπικό TEID της UPF, το περιβάλλον QoS και το μήνυμα απελευθέρωσης συνεδρίας.

Εικόνα 2. Ροή Πρώτης Μετάδοσης Δεδομένων Επιπέδου Χρήστη Τερματικού 5G (Μήνυμα)

• [2] Διαχείριση Πολιτικής QoS (Τύπος Πολιτικής)
• [2] Ρύθμιση Δυναμικού Κανόνα
• [2] Ενημέρωση Στατικού και Δυναμικού Κανόνα
• [3] Αντιστοίχιση FDR, PDR, QDR, BAR, URR
• [3] Επισύναψη Κανόνων στη Συνεδρία
• [3] Δημιουργία νέου TEID και Εισαγωγή του στο PDR
• [2] Ορισμός του TEID που θα μεταβιβαστεί στην UPF
• [2] Διαχείριση QoS/Bearer
• [5] Δημιουργία Αίτησης Συνεδρίας
• [9] Ενημέρωση και Δημιουργία Συνεδρίας
• [6] Χειρισμός Προγραμματισμού Κανόνων
• [7] Λήψη Εξουσιοδότησης Χρέωσης
• [2] Αρχικοποίηση Πιστώσεων Χρέωσης
• [2] Λήψη Όλων των Ενεργών Πολιτικών
• [10] Ρύθμιση Συνεδρίας UPF
• [4] Ανάγνωση, Δημιουργία, Ενημέρωση και Αναζήτηση Συνεδριών
• [8] Ανάγνωση και Εγγραφή Συνεδριών και Σειριοποίηση και Αποσειριοποίηση Όλων των Διανυσμάτων Συνεδρίας
• [5] Ανενεργή Κατάσταση Όταν η Συνεδρία PDU μετακινείται σε Κατάσταση Αδράνειας
• [6] Χειρισμός Απόκρισης Ενημέρωσης Συνεδρίας
• [5] Επεξεργασία μηνυμάτων εγκατάστασης από AMF (αρχικό αίτημα ή υπάρχουσα συνεδρία PDU)
• [3] Ενημέρωση ειδοποιήσεων αλλαγής κατάστασης που αποστέλλονται στο AMF
• [3] Προετοιμασία αποκρίσεων (περιβάλλον συνεδρίας) για αποστολή στο AMF για προώθηση στο gNB
• [3] Αποστολή του τοπικού TEID της UPF στο AMF για χρήση από το gNB
• [3] Αποστολή του κατάλληλου περιβάλλοντος QoS στο AMF
• [5] Λήψη του αναγνωριστικού συνεδρίας PDU από το περιβάλλον RAT
• [5] Αίτημα στο AMF να στείλει ένα μήνυμα για την απελευθέρωση της συνεδρίας