Das Non-Access Stratum (NAS)-Protokoll in LTE (Long-Term Evolution) ist eine Schlüsselkomponente der gesamten LTE-Protokollarchitektur. Es ist für die Abwicklung von Signalisierungs- und Kontrollverfahren verantwortlich, die unabhängig von der Funkzugangstechnologie sind. Das NAS-Protokoll arbeitet auf einer höheren Ebene als das Access Stratum (AS) und ist für den Aufbau, die Verwaltung und die Freigabe von Verbindungen zwischen User Equipment (UE) und dem Evolved Packet Core (EPC) in LTE-Netzwerken unerlässlich.
NAS-Protokoll in LTE:
Protokollstapel:
Das NAS-Protokoll ist Teil eines mehrschichtigen Protokollstapels in LTE. Der Protokollstapel umfasst:
- Non-Access Stratum (NAS): Verwaltet Signalisierungs- und Kontrollverfahren unabhängig von der Funktechnologie.
- Radio Resource Control (RRC): Verwaltet funkspezifische Steuerverfahren und Signalisierung.
- Packet Data Convergence Protocol (PDCP): Gewährleistet eine zuverlässige, sequenzielle Zustellung von IP-Paketen.
- Radio Link Control (RLC): Verwaltet die zuverlässige Datenübermittlung über die Funkschnittstelle.
- Medium Access Control (MAC): Steuert Funkressourcen und Zugriff auf die physikalische Schicht.
Interaktion mit AS:
Das NAS-Protokoll kommuniziert mit der Access Stratum (AS)-Schicht, wenn funkspezifische Verfahren erforderlich sind. Wenn die NAS-Schicht beispielsweise einen Funkträger für die Benutzerdatenübertragung einrichten muss, weist sie die AS-Schicht an, die erforderlichen funkspezifischen Aktionen durchzuführen.
NAS-Protokollfunktionen:
Prozeduren anhängen und trennen:
Das NAS-Protokoll verwaltet Verfahren im Zusammenhang mit der Anbindung und Trennung des UE an und vom LTE-Netzwerk. Während des Verbindungsvorgangs stellt das UE Informationen zum Herstellen einer Verbindung mit dem Netzwerk bereit. Bei Trennvorgängen wird die Verbindung des UE mit dem Netzwerk beendet.
Sicherheitsfunktionen:
Sicherheitsrelevante Funktionen des NAS-Protokolls sind entscheidend für die Gewährleistung der Vertraulichkeit und Integrität der Datenübertragung. Das NAS verwaltet Sicherheitsverfahren wie Schlüsselerstellung und Verschlüsselung, um Kommunikationskanäle zu sichern.
Sitzungsverwaltung:
Das NAS-Protokoll ist für die Verwaltung von Sitzungen verantwortlich, was die Einrichtung, Änderung und Freigabe von EPS-Trägern (Evolved Packet System) umfasst. Diese Träger sind für die Übertragung von Nutzdaten in LTE-Netzen unerlässlich.
Standortaktualisierung:
Die Bereitstellung von Informationen über den Standort des UE an das Netzwerk ist eine weitere Funktion des NAS-Protokolls. Verfahren zur Standortaktualisierung helfen dem Netzwerk, den Aufenthaltsort des UE innerhalb des LTE-Abdeckungsbereichs zu verfolgen.
NAS-Signalisierung:
Signalfluss:
Bei der NAS-Signalisierung handelt es sich um den Austausch von Nachrichten zwischen dem UE und den EPC-Komponenten, beispielsweise der Mobility Management Entity (MME). Es werden verschiedene Arten von NAS-Nachrichten ausgetauscht, um Verfahren wie Anhängen, Trennen, Sicherheitsaushandlung und Sitzungsverwaltung zu erleichtern.
Nachrichtentypen:
NAS-Nachrichten können basierend auf ihren Funktionen in verschiedene Typen eingeteilt werden. Zu den gängigen NAS-Nachrichtentypen gehören Nachrichten zum Anhängen und Trennen, Nachrichten zur Sicherheitsmodussteuerung, Nachrichten zur Sitzungsverwaltung und Nachrichten zur Standortaktualisierung.
Bedeutung des NAS-Protokolls:
Netzwerkzugang:
Das NAS-Protokoll ist von grundlegender Bedeutung, um dem UE den Zugriff auf das LTE-Netzwerk zu ermöglichen. Während des Verbindungsvorgangs stellt das UE die notwendigen Informationen bereit, um eine Verbindung mit dem Netzwerk herzustellen.
Sicherheitseinrichtung:
Vom NAS-Protokoll verwaltete sicherheitsrelevante Verfahren tragen zur Einrichtung sicherer Kommunikationskanäle zwischen dem UE und dem Netzwerk bei und gewährleisten so die Vertraulichkeit und Integrität der Datenübertragung.
Sitzungsverwaltung:
Das NAS-Protokoll ist für die Sitzungsverwaltung verantwortlich und erleichtert die Einrichtung, Änderung und Freigabe von EPS-Trägern für eine effiziente Datenübertragung.
Abschluss:
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Non-Access Stratum (NAS)-Protokoll in LTE ein entscheidendes Element ist, das Signalisierungs- und Steuerungsverfahren unabhängig von der Funkzugangstechnologie verwaltet. Es spielt eine zentrale Rolle bei der Einrichtung, Verwaltung und Freigabe von Verbindungen zwischen Benutzergeräten und dem Evolved Packet Core und stellt den effizienten Betrieb von LTE-Netzwerken sicher. Das NAS-Protokoll ist für die Bereitstellung einer zuverlässigen, sicheren und nahtlosen Kommunikation in LTE unerlässlich.