In 5G-Netzwerken (fünfte Generation) spielt die NAS-Signalisierung (Non-Access Stratum) eine entscheidende Rolle beim Aufbau und der Verwaltung der Verbindung zwischen dem Benutzergerät (UE) und dem 5G-Kernnetzwerk. Die NAS-Signalisierung ist für die Abwicklung von Verfahren im Zusammenhang mit Netzwerkzugriff, Mobilitätsverwaltung und Sitzungsverwaltung verantwortlich. Es arbeitet auf der Steuerungsebene des Protokollstapels und unterscheidet sich von den Funkzugriffsverfahren der unteren Schicht.
Hier finden Sie detaillierte Einblicke in die NAS-Signalisierung in 5G:
1. Definition von NAS:
- Non-Access-Stratum (NAS): Das Non-Access-Stratum stellt den Teil des Protokollstapels dar, der die Signalisierung und Verfahren im Zusammenhang mit der Steuerebene verarbeitet, mit Ausnahme der Funkzugriffsverfahren. NAS ist für die Kommunikation zwischen dem UE und dem 5G-Kernnetzwerk verantwortlich und kümmert sich um Aspekte wie Registrierung, Authentifizierung und Mobilitätsmanagement.
2. Wichtige NAS-Verfahren in 5G:
- Anmeldeverfahren:
- Attach-Verfahren: Wenn ein UE zum ersten Mal eine Verbindung zum 5G-Netzwerk herstellt oder die Verbindung nach dem Ruhemodus wiederherstellt, durchläuft es das Attach-Verfahren. Während dieses Vorgangs registriert das UE seine Präsenz beim Netzwerk.
- Detach-Prozedur: Die Detach-Prozedur findet statt, wenn das UE das Netzwerk verlässt oder sich ausschaltet. Es stellt die ordnungsgemäße Beendigung der Verbindung des UE mit dem Netzwerk sicher.
- Mobilitätsmanagementverfahren:
- Standortaktualisierung: Die NAS-Signalisierung verwaltet den Standortaktualisierungsvorgang, bei dem das Netzwerk über den aktuellen Standort des UE aktualisiert wird.
- Aktualisierung des Tracking-Bereichs: In Szenarien, in denen das UE in einen neuen Tracking-Bereich wechselt, wird das Verfahren zur Aktualisierung des Tracking-Bereichs ausgelöst, um das Netzwerk über die Änderung zu informieren.
- Sitzungsverwaltungsverfahren:
- Dienstanforderung: Das Dienstanforderungsverfahren ermöglicht es dem UE, bestimmte Dienste anzufordern oder die Kommunikation mit dem Netzwerk zu initiieren.
- Dienstfreigabe: Wenn das UE einen bestimmten Dienst oder eine bestimmte Kommunikation abschließt, wird das Dienstfreigabeverfahren aufgerufen, um Ressourcen freizugeben und das Netzwerk zu informieren.
- Sicherheitsmaßnahmen:
- Authentifizierung und Schlüsselvereinbarung (AKA): NAS-Signalisierung verwaltet die Authentifizierungs- und Schlüsselvereinbarungsverfahren, um eine sichere Kommunikation zwischen dem UE und dem Netzwerk zu gewährleisten.
- Sicherheitsmodussteuerung: Das Sicherheitsmodussteuerungsverfahren ist für die Einrichtung der Sicherheitsmechanismen verantwortlich, die für eine sichere Kommunikation erforderlich sind.
3. NAS-Protokollstapel:
- NAS-Schicht: Die NAS-Schicht befindet sich über den Funkzugriffsprotokollen und ist mit dem 5G-Kernnetzwerk verbunden. Es umfasst verschiedene Protokolle wie NAS-Sicherheit, Mobilitätsverwaltung, Sitzungsverwaltung und Registrierung.
- Integration mit unteren Schichten: NAS-Signalisierung interagiert mit unteren Schichten des Protokollstapels, einschließlich der RRC-Schicht (Radio Resource Control), die für Funkzugriffskontrollverfahren verantwortlich ist.
4. NAS-Zustandsmaschine:
- Zustandsübergänge: Die NAS-Signalisierung im UE und im Netzwerk durchläuft Zustandsübergänge basierend auf den verschiedenen Verfahren und Ereignissen. Die Zustandsmaschine regelt diese Übergänge und sorgt so für eine ordnungsgemäße Koordination zwischen dem UE und dem Netzwerk.
5. NAS-Sicherheit:
- Authentifizierung: Die NAS-Signalisierung umfasst Authentifizierungsverfahren, um die Identität des UE zu überprüfen und einen sicheren Zugriff auf das Netzwerk zu gewährleisten.
- Verschlüsselung und Integritätsschutz: Um die Vertraulichkeit und Integrität von Benutzerdaten zu schützen, nutzt die NAS-Signalisierung Verschlüsselungs- und Integritätsschutzmechanismen.
6. Handhabung der NAS-Mobilität:
- Übergabeverfahren: Die NAS-Signalisierung ist an Übergabeverfahren beteiligt, wenn ein UE von einer Zelle in eine andere wechselt, und stellt so die Kontinuität der Kommunikationssitzung sicher.
- Inter-RAT (Radio Access Technology) Handover: Für Szenarien mit Handover zwischen verschiedenen Funkzugangstechnologien, wie z. B. 5G zu LTE, verwaltet die NAS-Signalisierung den Übergang.
7. Netzwerkfunktionsinteraktion:
- Interaktion mit Kernnetzwerkfunktionen: Die NAS-Signalisierung interagiert mit Kernnetzwerkfunktionen, einschließlich der AMF (Access and Mobility Management Function) und der SMF (Session Management Function), und stellt so die Koordination für Steuerungsebenenfunktionen sicher.
8. Auswirkungen auf die Branche:
- Effizienter Verbindungsaufbau: NAS-Signalisierung trägt zum effizienten Verbindungsaufbau, Mobilitätsmanagement und Sitzungsmanagement in 5G-Netzwerken bei und bietet eine Grundlage für nahtlose und sichere Benutzererlebnisse.
9. Herausforderungen und Überlegungen:
- Skalierbarkeit: Da 5G-Netzwerke eine große Anzahl angeschlossener Geräte unterstützen, steht die NAS-Signalisierung vor Herausforderungen im Zusammenhang mit der Skalierbarkeit und der effizienten Abwicklung des Signalisierungsverkehrs.
- Übergabeoptimierung: Die Sicherstellung optimierter Übergabeverfahren ist von entscheidender Bedeutung, insbesondere in Szenarien mit hoher Mobilität oder dichten Einsatzgebieten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die NAS-Signalisierung in 5G eine entscheidende Komponente für die Verwaltung von Steuerungsebenenprozeduren im Zusammenhang mit Netzwerkzugriff, Mobilitätsmanagement, Sitzungsmanagement und Sicherheit ist. Es gewährleistet eine effiziente Kommunikation zwischen dem UE und dem 5G-Kernnetz und trägt so zur Gesamtfunktionalität und Leistung von 5G-Netzen bei.