W sieciach bezprzewodowych 5G (piątej generacji) płaszczyzna użytkownika (UP) i płaszczyzna sterowania (CP) to dwie odrębne płaszczyzny, które odgrywają zasadniczą rolę w ułatwianiu komunikacji między sprzętem użytkownika (UE) a infrastrukturą sieciową. Płaszczyzny te odpowiadają za różne funkcje, w tym za przesyłanie danych użytkownika oraz zarządzanie informacją sygnalizacyjną i sterującą. Przyjrzyjmy się szczegółowo koncepcjom płaszczyzny użytkownika i płaszczyzny kontroli w kontekście 5G:
- Płaszczyzna użytkownika (W GÓRĘ):
- Definicja: Płaszczyzna użytkownika w 5G jest przede wszystkim odpowiedzialna za obsługę transmisji danych użytkownika pomiędzy sprzętem użytkownika (UE) a siecią. Koncentruje się na wydajnym i niezawodnym dostarczaniu treści generowanych przez użytkowników, takich jak dane, głos, wideo i inne informacje specyficzne dla aplikacji.
- Kluczowe funkcje płaszczyzny użytkownika:
- Transmisja danych: Płaszczyzna użytkownika jest odpowiedzialna za przesyłanie danych użytkownika pomiędzy UE a siecią. Obejmuje to rzeczywistą treść wygenerowaną przez użytkownika lub aplikacje, taką jak pliki, filmy i komunikację w czasie rzeczywistym.
- Przekazywanie pakietów: Płaszczyzna użytkownika realizuje przekazywanie pakietów, zapewniając, że pakiety danych są efektywnie kierowane pomiędzy UE a miejscem docelowym, niezależnie od tego, czy jest to inne urządzenie użytkownika, czy serwer w sieci.
- QoS: Parametry jakości usług (QoS), takie jak opóźnienie, przepustowość i niezawodność, są zarządzane przez płaszczyznę użytkownika. Zapewnia, że dane użytkownika są obsługiwane na poziomie spełniającym określone wymagania określone przez używane aplikacje lub usługi.
- Optymalizacja danych: Techniki takie jak kompresja i szyfrowanie mogą być stosowane na płaszczyźnie użytkownika w celu optymalizacji wydajności transmisji danych przy jednoczesnym zachowaniu bezpieczeństwa.
Obsługa
- Protokoły i technologie: Płaszczyzna Użytkownika wykorzystuje różne protokoły i technologie do wydajnej transmisji danych. Mogą one obejmować protokoły takie jak protokół datagramów użytkownika (UDP) i protokół kontroli transmisji (TCP), a także zaawansowane technologie, takie jak IP (protokół internetowy) i Ethernet.
- Mechanizmy transportowe: Płaszczyzna użytkownika wykorzystuje mechanizmy transportowe, takie jak funkcja płaszczyzny użytkownika (UPF), do zarządzania przepływem danych użytkownika i zapewniania prawidłowego routingu w architekturze sieci 5G.
- Funkcja płaszczyzny użytkownika (UPF): UPF jest kluczowym elementem płaszczyzny użytkownika odpowiedzialnym za routing pakietów, przekazywanie i inne funkcje związane z danymi. Działa jako brama dla danych użytkownika przesyłanych między UE a sieciami zewnętrznymi.
- Płaszczyzna sterowania (CP):
- Definicja: Płaszczyzna sterowania w 5G jest przeznaczona do zarządzania informacjami sygnalizacyjnymi i kontrolnymi niezbędnymi do ustanowienia, utrzymania i optymalizacji sesji komunikacyjnych pomiędzy UE a siecią. Obsługuje sygnalizację pomiędzy elementami sieci i kontroluje różne aspekty zachowania sieci.
- Kluczowe funkcje płaszczyzny sterowania:
- Ustanawianie i zwalnianie sesji: Płaszczyzna kontroli zarządza inicjowaniem i kończeniem sesji komunikacyjnych. Obejmuje to konfigurowanie połączeń, ustalanie parametrów i zwalnianie zasobów po zakończeniu sesji.
- Zarządzanie mobilnością: Funkcje płaszczyzny kontrolnej obejmują zarządzanie mobilnością UE podczas ich poruszania się w sieci. Obejmuje to procedury takie jak przełączenia, podczas których UE przechodzi z jednej komórki do drugiej, zapewniając bezproblemową łączność.
- Alokacja zasobów: Płaszczyzna sterowania określa alokację zasobów, zarówno pod względem widma, jak i zasobów sieciowych, aby spełnić wymagania komunikacyjne UE. Obejmuje decyzje związane z przepustowością, częstotliwością i innymi parametrami sieci.
- Kontrola jakości usług (QoS): Funkcje płaszczyzny kontrolnej aktywnie zarządzają parametrami QoS, zapewniając, że doświadczenie użytkownika spełnia określone standardy. Obejmuje to dynamiczne dostosowywanie zasobów w celu dostosowania do zmieniających się warunków sieciowych.
- Zarządzanie bezpieczeństwem: Control Plane odpowiada za zarządzanie funkcjami związanymi z bezpieczeństwem, w tym uwierzytelnianiem, szyfrowaniem i zarządzaniem kluczami. Zapewnia integralność i poufność informacji sygnalizacyjnych i danych użytkownika.
- Protokoły i technologie: Płaszczyzna sterowania wykorzystuje różne protokoły sygnalizacyjne do komunikacji pomiędzy elementami sieci. Protokoły takie jak Signaling System 7 (SS7), Diameter i Session Initiation Protocol (SIP) są powszechnie używane do celów sygnalizacyjnych w sieciach 5G.
- Funkcja płaszczyzny sterowania (funkcja CP): Funkcja płaszczyzny sterowania obejmuje wiele elementów sieci, które wspólnie wykonują zadania związane ze sterowaniem. Może to obejmować takie elementy, jak funkcja zarządzania dostępem i mobilnością (AMF) oraz funkcja zarządzania sesją (SMF).
- Podział sieci: Płaszczyzna sterowania odgrywa kluczową rolę we wdrażaniu podziału sieci, funkcji w 5G, która umożliwia dostosowywanie charakterystyki sieci w oparciu o specyficzne wymagania różnych usług. Każdy segment sieci ma dedykowaną płaszczyznę sterowania, umożliwiającą zarządzanie dostosowane do różnych przypadków użycia.
- Interakcja między płaszczyzną użytkownika a płaszczyzną sterowania:
- Separacja płaszczyzn: Oddzielenie płaszczyzny użytkownika i płaszczyzny sterowania jest podstawową zasadą architektoniczną w 5G. To oddzielenie pozwala na skalowalność, elastyczność i efektywne zarządzanie zasobami.
- Oddzielenie funkcji: Funkcje płaszczyzny użytkownika i płaszczyzny sterowania są oddzielone, co oznacza, że przetwarzanie danych użytkownika i informacji sterujących może odbywać się niezależnie. Architektura ta zwiększa możliwości adaptacyjne i wydajność sieci.
- Dynamiczna alokacja zasobów: Płaszczyzna sterowania dynamicznie przydziela zasoby w odpowiedzi na zmieniające się warunki sieciowe i wymagania użytkowników. Instruuje Plan Użytkownika, jak efektywnie zarządzać zasobami, aby sprostać wymaganiom sesji komunikacyjnych.
- Efektywna komunikacja: Płaszczyzna użytkownika i płaszczyzna kontroli współpracują ze sobą, aby zapewnić efektywną komunikację. Płaszczyzna Kontroli dostarcza niezbędnych informacji sygnalizacyjnych i kontrolnych do ustanawiania sesji komunikacyjnych i zarządzania nimi, podczas gdy Płaszczyzna Użytkownika obsługuje transmisję danych użytkownika.
- Wyzwania i rozważania:
- Zagadnienia dotyczące opóźnień: Kluczowe znaczenie ma zrównoważenie potrzeby małych opóźnień w płaszczyźnie użytkownika z funkcjami sterowania i sygnalizacji w płaszczyźnie sterowania. Minimalizacja opóźnień jest niezbędna w przypadku aplikacji wymagających komunikacji w czasie rzeczywistym.
- Skalowalność: Wraz ze wzrostem liczby podłączonych urządzeń i sesji komunikacyjnych zapewnienie skalowalności zarówno płaszczyzny użytkownika, jak i płaszczyzny kontroli staje się wyzwaniem. Aby zapewnić skalowalność, konieczne jest efektywne zarządzanie zasobami i optymalizacja.
- Bezpieczeństwo i niezawodność: Obydwa samoloty muszą wdrożyć solidne środki bezpieczeństwa, aby chronić informacje sygnalizacyjne i dane użytkownika. Zapewnienie niezawodności procedur kontrolnych i transmisji danych użytkownika ma kluczowe znaczenie dla utrzymania godnej zaufania sieci.
- Interoperacyjność: Zapewnienie interoperacyjności pomiędzy sprzętem różnych dostawców i różnymi architekturami sieciowymi jest kwestią rozważaną w obu płaszczyznach. Wysiłki standaryzacyjne przyczyniają się do bezproblemowej komunikacji pomiędzy elementami pochodzącymi z różnych źródeł.
- Wyzwania związane z dzieleniem sieci: Dzielenie sieci umożliwia dostosowywanie do różnych usług, ale efektywne zarządzanie wieloma wycinkami i koordynowanie ich stwarza wyzwanie. Koordynacja funkcji Płaszczyzny Użytkownika i Płaszczyzny Kontroli w każdym segmencie wymaga wyrafinowanych mechanizmów zarządzania i koordynacji.
Podsumowując, płaszczyzna użytkownika i płaszczyzna kontroli w 5G to odrębne płaszczyzny zaprojektowane do obsługi różnych aspektów komunikacji. Płaszczyzna Użytkownika koncentruje się na wydajnej transmisji danych użytkownika, podczas gdy Płaszczyzna Sterowania zarządza funkcjami sygnalizacji, sterowania i zarządzania siecią. Oddzielenie tych płaszczyzn zwiększa elastyczność, skalowalność i wydajność sieci 5G, przyczyniając się do dostarczania różnorodnych usług i aplikacji o różnych wymaganiach.