Bei 5G spielt das Non-Access Stratum (NAS) eine entscheidende Rolle bei der Signalisierung und Steuerung des Netzwerks. Es ist in zwei Hauptkomponenten unterteilt: Access Stratum (AS) und Non-Access Stratum (NAS). Hier werden wir uns mit den Besonderheiten von 5G NAS befassen und uns dabei auf den Non-Access-Stratum-Aspekt konzentrieren.
1. Definition von NAS:
- Non-Access Stratum (NAS): NAS repräsentiert die Signalisierungs- und Steuerungsebenenfunktionen in 5G, die unabhängig vom Funkzugangsnetzwerk sind. Es kümmert sich um Verfahren im Zusammenhang mit der Einrichtung, Änderung und Freigabe der UE-Verbindung (User Equipment) mit dem 5G-Kernnetz.
2. Schlüsselkomponenten von NAS (Non-Access Stratum):
- Mobilitätsmanagement (MM):
- Registrierungs- und Verbindungsmanagement: NAS ist für Verfahren im Zusammenhang mit der UE-Registrierung und der Verbindung zum Netzwerk verantwortlich und stellt sicher, dass das Netzwerk über den Standort und die Verfügbarkeit des UE informiert ist.
- Authentifizierung und Sicherheit: NAS übernimmt Authentifizierungsverfahren, um einen sicheren Zugriff und eine sichere Kommunikation zwischen dem UE und dem 5G-Kernnetzwerk zu gewährleisten.
- Sitzungsverwaltung (SM):
- UE-Sitzungsaufbau: NAS verwaltet den Aufbau, die Änderung und die Freigabe von Benutzersitzungen und erleichtert so die Verbindung des UE mit verschiedenen Diensten im Kernnetzwerk.
- PDU-Sitzungsaufbau: Für Dienste wie Enhanced Mobile Broadband (eMBB) und Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC) ist NAS am Aufbau von Packet Data Unit (PDU)-Sitzungen beteiligt.
- EMM (EPS-Mobilitätsmanagement):
- Mobilitätsabwicklung im Leerlaufmodus: Wenn sich das UE im Ruhezustand befindet, übernimmt das NAS die Mobilitätsvorgänge und sorgt so für reibungslose Übergänge zwischen verschiedenen Zuständen und Standorten.
- Mobilitätshandhabung im Verbindungsmodus: Während einer aktiven Verbindung verwaltet das NAS Mobilitätsverfahren, um nahtlose Übergaben und Sitzungskontinuität zu unterstützen.
- ESM (EPS-Sitzungsverwaltung):
- Bearer-Handhabung: ESM innerhalb des NAS verwaltet die Einrichtung, Änderung und Freigabe von Trägern, um verschiedene Dienste und Quality of Service (QoS)-Anforderungen zu unterstützen.
- QoS-Aushandlung: NAS handelt QoS-Parameter zwischen dem UE und dem Kernnetzwerk aus, um die gewünschte Servicequalität sicherzustellen.
- SMS (Short Message Service):
- Abwicklung von SMS-Verfahren: NAS überwacht die Signalisierungsverfahren im Zusammenhang mit Short Message Service (SMS) in 5G.
- UE Erreichbarkeitsmanagement:
- UE-Paging und Benachrichtigungsverarbeitung: NAS ist an der Abwicklung von Verfahren im Zusammenhang mit Paging und der Benachrichtigung des UE über eingehende Daten oder Signalisierung beteiligt.
3. Signalflüsse im NAS:
- Erstregistrierung und Anbindung: Wenn ein UE zum ersten Mal eine Verbindung zum 5G-Netzwerk herstellt oder sich erneut anschließt, verwaltet das NAS die Registrierungs- und Anbindungsverfahren und stellt sicher, dass das UE authentifiziert und für den Netzwerkzugriff autorisiert ist.
- Übergabeverfahren: Bei Übergaben spielt NAS eine entscheidende Rolle bei der Signalisierung, um eine nahtlose Mobilität des UE zwischen verschiedenen Zellen und Funkzugangstechnologien sicherzustellen.
- UE-Identitätsverwaltung: NAS verwaltet die Verarbeitung und Aktualisierung von UE-Identitätsinformationen innerhalb des Netzwerks.
- Dienstanforderung und -freigabe: Für Dienste wie SMS oder bestimmte Datensitzungen übernimmt NAS die Initiierung, Änderung und Freigabe dieser Dienste basierend auf UE- und Netzwerkanforderungen.
4. Sicherheitsaspekte von NAS:
- Authentifizierungs- und Schlüsselvereinbarung (AKA): NAS ist für die Initiierung der AKA-Verfahren zur Authentifizierung des UE und zur Einrichtung sicherer Schlüsselmaterialien für die verschlüsselte Kommunikation verantwortlich.
- Integritätsschutz und Verschlüsselung: NAS gewährleistet die Integrität und Vertraulichkeit von Signalnachrichten durch die Anwendung von Integritätsschutz und Verschlüsselungsmechanismen.
- Sicherheitskontextverwaltung: NAS verwaltet den Sicherheitskontext für das UE und verwaltet die für die sichere Kommunikation mit dem Netzwerk erforderlichen Informationen.
5. Interaktionen mit Access Stratum (AS):
- Trennung der Steuerebene: NAS und AS arbeiten unabhängig voneinander, sind jedoch eng koordiniert. AS übernimmt funkspezifische Funktionen, während NAS die Signalisierung und Verfahren im Zusammenhang mit dem Kernnetzwerk verwaltet.
- AS-NAS-Schnittstelle: Die AS-NAS-Schnittstelle erleichtert die Kommunikation und Koordination zwischen den Access Stratum- und Non-Access Stratum-Komponenten.
6. Entwicklung gegenüber früheren Generationen:
- Verbesserungen bei 5G NAS: 5G NAS führt Verbesserungen im Vergleich zu früheren Generationen ein und unterstützt neue Dienste, verbesserte Sicherheitsmechanismen und optimierte Signalisierungsverfahren.
7. Entwicklung zur Unterstützung neuer Dienste:
- URLLC- und mMTC-Unterstützung: NAS in 5G wurde entwickelt, um die einzigartigen Anforderungen von Diensten wie Ultra-Reliable Low Latency Communications (URLLC) und Massive Machine-Type Communications (mMTC) zu unterstützen.
8. Interaktionen mit Kernnetzwerkfunktionen:
- Integration mit 5G-Kernfunktionen: NAS-Schnittstellen mit verschiedenen Funktionen innerhalb des 5G-Kernnetzwerks, einschließlich AMF (Access and Mobility Management Function), SMF (Session Management Function) und UDM (Unified Data Management).
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass 5G NAS (Non-Access Stratum) eine entscheidende Komponente der 5G-Architektur ist und Signalisierungs- und Steuerungsebenenfunktionen übernimmt, die vom Funkzugangsnetzwerk unabhängig sind. Es spielt eine Schlüsselrolle bei der Verwaltung der UE-Registrierung, Mobilität, Sitzungseinrichtung und Sicherheitsverfahren und gewährleistet den effizienten und sicheren Betrieb von 5G-Netzwerken.