Chiamata 5G – Stabilimento del Piano Utente UPF e Trasmissione Dati

La User Plane Function (UPF) è una delle funzioni di rete (NF) più importanti nella rete core 5G. È la seconda unità funzionale di rete con cui la Radio Network (RAN) interagisce durante i flussi PDU in 5G (NR). Come elemento chiave nell'evoluzione della Separazione del Piano di Controllo e del Piano Utente (CUPS), l'UPF è responsabile dell'ispezione, del routing e dell'inoltro dei pacchetti all'interno dei flussi QoS nelle politiche di sottoscrizione. Utilizza l'SMF per inviare modelli SDF tramite l'interfaccia N4 per applicare le regole di traffico uplink (UL) e downlink (DL). Quando il servizio corrispondente termina, l'UPF alloca o termina i flussi QoS nella sessione PDU.

I. Stabilimento del Piano UtenteQuando si accede inizialmente al sistema 5G, il terminale (UE) deve stabilire un canale del piano utente con il data center in base alla guida del piano di controllo per la trasmissione dei dati di servizio. Durante questo processo:

• Quando il terminale (UE) vuole accedere alla rete 5G, subisce prima un processo di registrazione. Dopo aver completato tutte le procedure del piano di controllo, l'SMF elabora tutte le informazioni relative alla sessione durante la fase di stabilimento del piano utente. L'AMF richiede il DL TEID (Terminal Equipment Identifier) ​​di tutte le sessioni PDU passate all'SMF. L'SMF quindi seleziona il miglior UPF per l'UE all'interno dell'intervallo specificato e invia una richiesta di stabilimento della sessione contenente tutti i parametri per lo stabilimento della sessione PDU predefinita.
• Successivamente, viene creato un flusso QoS predefinito della sessione (non-GBR) per lo scambio con la rete dati (DN) per il traffico. Il traffico di servizio include un percorso più lungo per il calcolo della latenza e il mantenimento del traffico.

Figura 1. Processo di stabilimento del piano utente del terminale 5G (Messaggi)

• [5] Nuova richiesta di stabilimento UE, richiede la creazione del contesto della sessione
• [1] Imposta l'indirizzo UPF
• [5] [10] Richiesta di creare una sessione con UPF
• [3] Risposta del contesto della sessione
• [4] [5] Ottieni l'aggiornamento della sessione predefinita
• [3] QoS predefinito, AMBR
• [3] Aggiungi regole PDR downlink e uplink predefinite per IMSI

II. Prima trasmissione dati Uplink/DownlinkQuando si verifica l'effettiva trasmissione dei dati (ovvero, dati uplink o downlink), l'AMF invia un altro Richiesta di contesto SM all'SMF, in cui:

• L'SMF invia una richiesta di modifica della sessione contenente informazioni relative al tipo di sessione richiesto.
• L'UPF stabilisce una sessione PDU all'interno delle regole e dei regolamenti in base alle esigenze dell'utente. L'UPF quindi aggiunge il mapping del flusso QoS, imposta il TEID, inserisce varie regole (come PDR, FAR, URR, ecc.) e alcune politiche relative alla sessione nella sessione PDU. Inoltre, fattura ogni scambio di pacchetti e aggiunge un ID di sessione univoco per distinguerlo dalle altre sessioni PDU. L'UPF aggiunge anche un numero IMSI per identificare l'UE a cui appartiene la sessione corrente.
• Il contesto della sessione viene preparato dall'UPF e inviato all'AMF tramite l'SMF, che quindi lo inoltra al gNB. Contiene informazioni come il TEID locale dell'UPF, il contesto QoS e il messaggio di rilascio della sessione.

Figura 2. Flusso della prima trasmissione dati del piano utente del terminale 5G (Messaggio)

• [2] Gestione delle politiche QoS (Tipo di politica)
• [2] Impostazione dinamica delle regole
• [2] Aggiornamento delle regole statiche e dinamiche
• [3] Mapping FDR, PDR, QDR, BAR, URR
• [3] Allegare regole alla sessione
• [3] Creazione di un nuovo TEID e inserimento nel PDR
• [2] Impostazione del TEID da passare all'UPF
• [2] Gestione QoS/Bearer
• [5] Creazione di una richiesta di sessione
• [9] Aggiornamento e creazione di una sessione
• [6] Gestione della pianificazione delle regole
• [7] Ricezione dell'autorizzazione di addebito
• [2] Inizializzazione dei crediti di addebito
• [2] Ottenere tutte le politiche attive
• [10] Impostazione della sessione UPF
• [4] Lettura, creazione, aggiornamento e ricerca di sessioni
• [8] Lettura e scrittura di sessioni e serializzazione e deserializzazione di tutti i vettori di sessione
• [5] Stato inattivo quando la sessione PDU passa allo stato inattivo
• [6] Gestione della risposta di aggiornamento della sessione
• [5] Elaborare i messaggi di configurazione dall'AMF (richiesta iniziale o sessione PDU esistente)
• [3] Aggiornare le notifiche di cambio di stato inviate all'AMF
• [3] Preparare le risposte (contesto della sessione) da inviare all'AMF per l'inoltro al gNB
• [3] Inviare il TEID locale dell'UPF all'AMF per l'utilizzo da parte del gNB
• [3] Inviare il contesto QoS appropriato all'AMF
• [5] Ottenere l'ID della sessione PDU dal contesto RAT
• [5] Richiedere all'AMF di inviare un messaggio per rilasciare la sessione