In de context van draadloze 5G-netwerken (vijfde generatie) is de NAS (Non-Access Stratum) een cruciale laag in de protocolstapel, die essentiële functionaliteiten biedt met betrekking tot de controle en het beheer van het mobiele apparaat. NAS opereert op het signaleringsvlak en is verantwoordelijk voor het afhandelen van niet-radiotoegangsnetwerkgerelateerde procedures. Laten we ons verdiepen in de details van NAS in 5G:
- Definitie en doel van NAS:
- Definitie:De Non-Access Stratum (NAS) is een laag in de protocolstack van een mobiel netwerk die zich boven het radiotoegangsnetwerk bevindt en verantwoordelijk is voor niet-radiotoegangsgerelateerde procedures. Bij 5G opereert de NAS in de kern van het netwerk en faciliteert hij de communicatie tussen het mobiele apparaat (UE – User Equipment) en het kernnetwerk.
- Doel:Het primaire doel van NAS is het beheren van besturingsvlakprocedures, signalering en mobiliteitsbeheer voor het mobiele apparaat. Het verwerkt functies die onafhankelijk zijn van de onderliggende radiotoegangstechnologie, waardoor een gestandaardiseerde interface tussen het mobiele apparaat en het kernnetwerk mogelijk is.
- Belangrijkste functies van NAS in 5G:
- Registratie en identiteitsbeheer:
- Procedures voor koppelen en loskoppelen: NAS beheert de procedures voor koppelen en loskoppelen, waardoor een mobiel apparaat zich kan registreren bij of loskoppelen van het 5G-netwerk. Dit is essentieel voor het tot stand brengen en beëindigen van verbindingen tussen de UE en het kernnetwerk.
- Identiteitsbeheer: NAS verzorgt het beheer van identiteiten die aan het mobiele apparaat zijn gekoppeld, inclusief Temporary Mobile Subscriber Identity (TMSI), International Mobile Subscriber Identity (IMSI) en andere.
- Verbinding tot stand brengen en vrijgeven:
- Serviceverzoek en vrijgave: NAS beheert het initiëren en vrijgeven van serviceverzoeken, waardoor verbindingen tot stand kunnen worden gebracht en beëindigd voor diensten zoals spraakoproepen, datasessies en berichtenuitwisseling.
- PDN-connectiviteit (Packet Data Network): NAS vergemakkelijkt het tot stand brengen en vrijgeven van verbindingen met PDN’s, waardoor het mobiele apparaat toegang krijgt tot datadiensten en applicaties.
- Mobiliteitsmanagement:
- Locatie-update en trackinggebied-update: NAS verwerkt procedures met betrekking tot het bijwerken van de locatie van het mobiele apparaat en het bijwerken van de trackinggebiedinformatie. Dit is cruciaal voor het handhaven van een nauwkeurige netwerkregistratie en het garanderen van efficiënt mobiliteitsbeheer.
- Overdrachtsondersteuning: NAS ondersteunt overdrachtsprocedures, waardoor het mobiele apparaat naadloos kan overschakelen tussen verschillende cellen of volggebieden terwijl een voortdurende communicatiesessie behouden blijft.
- Beveiliging en authenticatie:
- Beveiligingsmoduscontrole: NAS beheert het instellen en controleren van beveiligingsmodi, waardoor de vertrouwelijkheid en integriteit van de communicatie tussen het mobiele apparaat en het kernnetwerk wordt gegarandeerd.
- Authenticatie en sleutelovereenkomst: NAS verwerkt authenticatie- en sleutelovereenkomstprocedures om de identiteit van het mobiele apparaat te verifiëren en veilige communicatiekanalen tot stand te brengen.
- SMS-afhandeling (Short Message Service):
- SMS-ondersteuning: NAS biedt ondersteuning voor het verwerken van korte berichten, inclusief procedures voor het verzenden, ontvangen en opslaan van SMS-berichten.
- Cell Broadcast: NAS ondersteunt cell broadcast-diensten, waardoor berichten naar meerdere mobiele apparaten binnen een specifiek cel- of geografisch gebied kunnen worden uitgezonden.
- EPS (Evolved Packet System) Dragerbeheer:
- Drageractivering en -deactivatie: NAS beheert de activering en deactivering van EPS-dragers, die communicatiekanalen voor datadiensten vertegenwoordigen. Dit omvat procedures voor het vaststellen, wijzigen en vrijgeven van dragers op basis van de gegevensvereisten van het mobiele apparaat.
- Registratie en identiteitsbeheer:
- Protocollen en interfaces in NAS:
- Protocollen:NAS maakt gebruik van verschillende protocollen voor de communicatie tussen het mobiele apparaat en het kernnetwerk. Deze omvatten NAS-signaleringsprotocollen zoals NAS Transport Layer Security (TLS) en NAS Application Protocol (NasP).
- Interfaces:De primaire interface die bij NAS hoort, is de S1-interface, die het mobiele apparaat verbindt met de ontwikkelde NodeB (eNB) in het radiotoegangsnetwerk. Bovendien kan de X2-interface betrokken zijn bij NAS-signalering voor procedures die verband houden met communicatie tussen eNB’s.
- S1-MME- en S1-U-interfaces:Voor mobiliteitsbeheer en dataconnectiviteit communiceert NAS met de Mobility Management Entity (MME) en Serving Gateway (SGW) via respectievelijk de S1-MME- en S1-U-interfaces.
- Uitdagingen en overwegingen:
- Veiligheid en privacy:Het beschermen van de veiligheid en privacy van gebruikersgegevens en signaalinformatie is een cruciale overweging voor NAS. Robuuste beveiligingsmaatregelen, waaronder encryptie en authenticatie, zijn essentieel om te beschermen tegen ongeoorloofde toegang en aanvallen.
- Latentiebeheer:Omdat 5G streeft naar ultra-lage latentie, is efficiënt beheer van signaalprocedures door NAS cruciaal. Het minimaliseren van signaleringsvertragingen tijdens mobiliteitsgebeurtenissen en het tot stand brengen van verbindingen draagt bij aan een verbeterde gebruikerservaring.
- Interoperabiliteit:Het garanderen van interoperabiliteit tussen de netwerkapparatuur en mobiele apparaten van verschillende leveranciers is essentieel voor naadloze communicatie. Normalisatie-inspanningen spelen een sleutelrol bij het bereiken van een gemeenschappelijk kader en het bevorderen van interoperabiliteit.
- Evolutie met Network Slicing:Nu 5G netwerk-slicing-mogelijkheden introduceert, moet NAS zich aanpassen om de creatie en het beheer van aangepaste netwerk-slices te ondersteunen die tegemoetkomen aan specifieke servicevereisten en gebruiksscenario’s.
- Evolutie en toekomstige overwegingen:
- Integratie met 6G:Vooruitkijkend zal NAS waarschijnlijk evolueren om te integreren met potentiële 6G-technologieën en -architecturen. Het anticiperen op de eisen van toekomstige generaties garandeert de voortdurende relevantie en aanpasbaarheid van NAS in evoluerende netwerken.
- Verbeteringen voor IoT:Naarmate het Internet of Things (IoT) steeds vaker voorkomt, kan NAS verbeteringen zien om de diverse vereisten van IoT-apparaten beter te ondersteunen, waaronder energiezuinigheid, lage latentie en enorme apparaatconnectiviteit.
- Geavanceerde serviceondersteuning:Toekomstige ontwikkelingen op het gebied van NAS kunnen aanvullende ondersteuning voor geavanceerde diensten omvatten, zoals augmented reality (AR), virtual reality (VR) en andere opkomende toepassingen die specifieke signalerings- en connectiviteitsvereisten vereisen.
- Efficiëntie en schaalbaarheid:Voortdurende inspanningen op het gebied van standaardisatie en optimalisatie zullen zich waarschijnlijk richten op het verbeteren van de efficiëntie en schaalbaarheid van NAS, zodat deze geschikt is voor het groeiende aantal verbonden apparaten en diverse servicescenario’s.
Samenvattend is de Non-Access Stratum (NAS) in 5G een cruciale laag die verantwoordelijk is voor het beheer van controlevlakprocedures, signalering en mobiliteitsbeheer tussen het mobiele apparaat en het kernnetwerk. De functies omvatten registratie, het tot stand brengen en vrijgeven van verbindingen, mobiliteitsbeheer, beveiliging, SMS-afhandeling en EPS-dragerbeheer. Naarmate 5G evolueert, zal NAS een cruciale rol blijven spelen bij het garanderen van efficiënte communicatie en beheer van mobiele apparaten binnen het netwerk.