W kontekście sieci mobilnych piątej generacji (5G) rdzeń Evolved Packet Core (EPC) przechodzi transformację w rdzeń 5G (5GC), co stanowi zasadniczą zmianę w architekturze sieci rdzeniowej. Rdzeń 5G zaprojektowano tak, aby spełniał różnorodne i wymagające wymagania usług 5G, oferując zwiększone możliwości w porównaniu z poprzednimi sieciami Long-Term Evolution (LTE). Przyjrzyjmy się roli i funkcjom EPC w rdzeniu 5G:
Rozwinięty rdzeń pakietowy (EPC) w rdzeniu 5G:
- Ewolucja od EPC do rdzenia 5G:
- Ewolucja od EPC do 5G Core oznacza zmianę paradygmatu w architekturze sieci rdzeniowej w celu dostosowania jej do unikalnych cech i wymagań 5G. Podczas gdy EPC służyła jako sieć rdzeniowa dla sieci LTE i 4G, rdzeń 5G wprowadza bardziej elastyczną i modułową architekturę znaną jako architektura oparta na usługach (SBA).
- Kluczowe elementy rdzenia 5G:
- Rdzeń 5G składa się z kilku kluczowych komponentów, z których każdy obsługuje określone funkcje umożliwiające zaawansowane funkcje i usługi. Godne uwagi komponenty obejmują funkcję zarządzania dostępem i mobilnością (AMF), funkcję zarządzania sesją (SMF), funkcję płaszczyzny użytkownika (UPF), funkcję ekspozycji sieci (NEF) i inne.
- Funkcja zarządzania dostępem i mobilnością (AMF):
- AMF to krytyczny element rdzenia 5G odpowiedzialny za zarządzanie dostępem i mobilnością sprzętu użytkownika (UE), w tym urządzeń takich jak smartfony i urządzenia IoT. Obsługuje zadania takie jak rejestracja, uwierzytelnianie i zarządzanie mobilnością, aby zapewnić bezproblemową łączność podczas przemieszczania się urządzeń UE w sieci.
- Funkcja zarządzania sesją (SMF):
- SMF odgrywa kluczową rolę w zarządzaniu sesjami w rdzeniu 5G. Odpowiada za ustanawianie, modyfikowanie i kończenie sesji danych użytkownika, zapewniając wydajną komunikację pomiędzy UE a sieciami zewnętrznymi. SMF obsługuje także dynamiczne zarządzanie QoS (Quality of Service) dla różnorodnych usług.
- Funkcja płaszczyzny użytkownika (UPF):
- UPF to krytyczny komponent obsługujący płaszczyznę danych użytkownika w rdzeniu 5G. Odpowiada za routing i przekazywanie pakietów danych użytkownika pomiędzy UE a sieciami zewnętrznymi, zapewniając transfer danych o niskim opóźnieniu i dużej przepustowości. UPF obsługuje takie funkcje, jak dzielenie sieci w celu dostosowania do indywidualnych wymagań usług.
- Funkcja ekspozycji sieciowej (NEF):
- NEF ułatwia eksponowanie możliwości i usług sieciowych aplikacjom i usługom stron trzecich. Umożliwia podmiotom zewnętrznym żądanie informacji i wywoływanie usług w ramach rdzenia 5G, umożliwiając rozwój innowacyjnych i dostosowanych do indywidualnych potrzeb aplikacji.
- Ujednolicone zarządzanie danymi (UDM):
- UDM odpowiada za zarządzanie danymi abonenckimi w ramach 5G Core. Obejmuje takie funkcje, jak zarządzanie subskrypcjami, dane uwierzytelniające i informacje o zasadach. UDM zapewnia bezpieczny i autoryzowany dostęp do sieci.
- Funkcja kontroli zasad (PCF):
- PCF jest odpowiedzialny za kontrolę polityki w obrębie rdzenia 5G. Definiuje i egzekwuje zasady związane z QoS, zarządzaniem ruchem i alokacją zasobów sieciowych w oparciu o wymagania usług i profile użytkowników.
- Infrastruktura uwierzytelniania i autoryzacji (AAI):
- AAI świadczy usługi uwierzytelniania i autoryzacji w ramach rdzenia 5G. Zapewnia bezpieczny dostęp UE do sieci, weryfikując ich tożsamość i autoryzując korzystanie z zasobów sieciowych.
- Obsługa dzielenia sieci:
- Jedną z kluczowych cech rdzenia 5G jest obsługa dzielenia sieci. Dzielenie sieci umożliwia tworzenie zwirtualizowanych, izolowanych sieci o niestandardowych charakterystykach, aby spełnić unikalne wymagania różnych usług, aplikacji i branż.
- Interfejsy:
- Rdzeń 5G zawiera zestaw dobrze zdefiniowanych interfejsów, takich jak N1, N2, N3 i inne, ułatwiających komunikację pomiędzy jego komponentami. Interfejsy te umożliwiają wymianę danych sygnalizacyjnych i użytkownika, zapewniając bezproblemową łączność i świadczenie usług.
- Architektura oparta na usługach (SBA):
- SBA to podstawowa koncepcja architektoniczna rdzenia 5G. Odchodzi od tradycyjnej architektury EPC skupionej na węzłach na rzecz bardziej elastycznego i modułowego podejścia, w którym funkcje sieciowe są wdrażane jako usługi. Pozwala to na łatwiejszą skalowalność, elastyczność i zdolność dostosowywania się do zmieniających się wymagań usług.
Korzyści i ulepszenia:
- Większe możliwości:
- Rdzeń 5G zapewnia ulepszone możliwości, takie jak wyjątkowo niezawodne niskie opóźnienia, masową komunikację typu maszynowego i ulepszoną mobilną łączność szerokopasmową, obsługując szeroki zakres zastosowań i usług.
- Dynamiczna alokacja zasobów:
- Rdzeń 5G obsługuje dynamiczną alokację zasobów, umożliwiając efektywne wykorzystanie zasobów sieciowych w oparciu o zapotrzebowanie i wymagania dotyczące usług w czasie rzeczywistym.
- Elastyczność podziału sieci:
- Działanie sieci umożliwia operatorom tworzenie niestandardowych, zwirtualizowanych sieci spełniających specyficzne potrzeby różnych branż, zapewniając elastyczność i możliwości adaptacji.
- Wsparcie dla komunikacji IoT i M2M:
- Rdzeń 5G został zaprojektowany, aby obsługiwać ogromne wymagania w zakresie łączności Internetu rzeczy (IoT) i komunikacji maszyna-maszyna (M2M), umożliwiając szeroką gamę aplikacji i usług.
- Interoperacyjność i standaryzacja:
- 5G Core korzysta z globalnych wysiłków normalizacyjnych prowadzonych przez organizacje takie jak 3GPP, zapewniając interoperacyjność między sprzętem różnych dostawców i promując ujednolicony ekosystem 5G.
Podsumowując, Evolved Packet Core (EPC) w rdzeniu 5G stanowi znaczącą ewolucję w architekturze sieci rdzeniowej, wprowadzając zaawansowane komponenty i funkcjonalności w celu obsługi różnorodnych i wymagających wymagań usług 5G. Przejście z EPC na 5G Core jest zgodne z wizją umożliwienia nowych zastosowań, zastosowań i branż poprzez wdrożenie technologii 5G.