W kontekście sieci bezprzewodowych 5G (piątej generacji) NAS (Non-Access Stratum) jest kluczową warstwą stosu protokołów, zapewniającą istotne funkcjonalności związane z kontrolą i zarządzaniem urządzeniem mobilnym. NAS działa w płaszczyźnie sygnalizacyjnej i odpowiada za obsługę procedur niezwiązanych z radiową siecią dostępową. Zagłębmy się w szczegóły NAS w 5G:
- Definicja i cel NAS:
- Definicja: Warstwa bez dostępu (NAS) to warstwa stosu protokołów sieci mobilnej, która znajduje się nad siecią dostępu radiowego i jest odpowiedzialna za procedury niezwiązane z dostępem radiowym. W 5G NAS działa w rdzeniu sieci i ułatwia komunikację pomiędzy urządzeniem mobilnym (UE – User Equipment) a siecią szkieletową.
- Cel: Głównym celem NAS jest zarządzanie procedurami płaszczyzny kontrolnej, sygnalizacją i zarządzaniem mobilnością urządzenia mobilnego. Obsługuje funkcje niezależne od podstawowej technologii dostępu radiowego, umożliwiając ustandaryzowany interfejs pomiędzy urządzeniem mobilnym a siecią szkieletową.
- Kluczowe funkcje NAS w 5G:
- Rejestracja i zarządzanie tożsamością:
- Procedury dołączania i odłączania: NAS zarządza procedurami podłączania i odłączania, umożliwiając urządzeniu mobilnemu rejestrację w sieci 5G lub odłączenie się od niej. Jest to niezbędne do ustanawiania i kończenia połączeń pomiędzy UE a siecią szkieletową.
- Zarządzanie tożsamością: NAS obsługuje zarządzanie tożsamościami powiązanymi z urządzeniem mobilnym, w tym tymczasową tożsamością abonenta mobilnego (TMSI), międzynarodową tożsamością abonenta mobilnego (IMSI) i innymi.
- Nawiązanie i wydanie połączenia:
- Żądanie usługi i zwolnienie: NAS zarządza inicjowaniem i zwalnianiem żądań usług, umożliwiając nawiązywanie i kończenie połączeń dla usług takich jak połączenia głosowe, sesje danych i przesyłanie wiadomości.
- Łączność PDN (Packet Data Network): NAS ułatwia ustanawianie i zwalnianie połączeń z sieciami PDN, umożliwiając urządzeniu mobilnemu dostęp do usług i aplikacji danych.
- Zarządzanie mobilnością:
- Aktualizacja lokalizacji i aktualizacja obszaru śledzenia: NAS obsługuje procedury związane z aktualizacją lokalizacji urządzenia mobilnego i aktualizacją informacji o obszarze śledzenia. Ma to kluczowe znaczenie dla utrzymania dokładnej rejestracji sieci i zapewnienia skutecznego zarządzania mobilnością.
- Obsługa przekazywania: NAS obsługuje procedury przekazywania, umożliwiając urządzeniu mobilnemu płynne przełączanie między różnymi komórkami lub obszarami śledzenia przy jednoczesnym utrzymywaniu trwającej sesji komunikacyjnej.
- Bezpieczeństwo i uwierzytelnianie:
- Kontrola trybu bezpieczeństwa: NAS zarządza ustanawianiem i kontrolą trybów bezpieczeństwa, zapewniając poufność i integralność komunikacji pomiędzy urządzeniem mobilnym a siecią rdzeniową.
- Uwierzytelnianie i uzgadnianie kluczy: NAS obsługuje procedury uwierzytelniania i uzgadniania kluczy w celu weryfikacji tożsamości urządzenia mobilnego i ustanowienia bezpiecznych kanałów komunikacji.
- Obsługa SMS-ów (krótkich wiadomości):
- Obsługa SMS: NAS zapewnia obsługę krótkich wiadomości, w tym procedury wysyłania, odbierania i przechowywania wiadomości SMS.
- Cell Broadcast: NAS obsługuje usługi transmisji komórkowej, umożliwiając transmisję wiadomości do wielu urządzeń mobilnych w obrębie określonej komórki lub obszaru geograficznego.
- EPS (Evolved Packet System) Zarządzanie nośnikami:
- Aktywacja i dezaktywacja nośnika: NAS zarządza aktywacją i dezaktywacją nośników EPS, które reprezentują kanały komunikacji dla usług danych. Obejmuje to procedury ustanawiania, modyfikowania i zwalniania nośników w oparciu o wymagania dotyczące danych urządzenia mobilnego.
- Rejestracja i zarządzanie tożsamością:
- Protokoły i interfejsy w NAS:
- Protokoły: NAS wykorzystuje różne protokoły do komunikacji pomiędzy urządzeniem mobilnym a siecią szkieletową. Należą do nich protokoły sygnalizacyjne NAS, takie jak NAS Transport Layer Security (TLS) i NAS Application Protocol (NasP).
- Interfejsy: Podstawowym interfejsem związanym z NAS jest interfejs S1, który łączy urządzenie mobilne z rozwiniętym NodeB (eNB) w radiowej sieci dostępowej. Dodatkowo interfejs X2 może być zaangażowany w sygnalizację NAS dla procedur związanych z komunikacją między eNB.
- Interfejsy S1-MME i S1-U: W celu zarządzania mobilnością i łączności danych NAS komunikuje się z jednostką zarządzania mobilnością (MME) i bramą obsługującą (SGW) odpowiednio poprzez interfejsy S1-MME i S1-U.
- Wyzwania i rozważania:
- Bezpieczeństwo i prywatność: Ochrona bezpieczeństwa i prywatności danych użytkownika oraz informacji sygnalizacyjnych ma kluczowe znaczenie dla NAS. Solidne środki bezpieczeństwa, w tym szyfrowanie i uwierzytelnianie, są niezbędne do ochrony przed nieautoryzowanym dostępem i atakami.
- Zarządzanie opóźnieniami: Ponieważ celem sieci 5G jest zapewnienie bardzo małych opóźnień, kluczowe znaczenie ma efektywne zarządzanie procedurami sygnalizacyjnymi przez serwer NAS. Minimalizacja opóźnień w sygnalizacji podczas wydarzeń związanych z mobilnością i ustanawiania połączenia przyczynia się do poprawy komfortu użytkownika.
- Interoperacyjność: Zapewnienie interoperacyjności pomiędzy sprzętem sieciowym różnych dostawców a urządzeniami mobilnymi jest niezbędne do płynnej komunikacji. Wysiłki normalizacyjne odgrywają kluczową rolę w tworzeniu wspólnych ram i promowaniu interoperacyjności.
- Ewolucja w zakresie podziału sieci: Wraz z wprowadzeniem możliwości podziału sieci 5G, serwer NAS musi się dostosować, aby wspierać tworzenie i zarządzanie niestandardowymi wycinkami sieci, dostosowanymi do określonych wymagań usług i przypadków użycia.
- Ewolucja i rozważania na przyszłość:
- Integracja z 6G: Patrząc w przyszłość, NAS prawdopodobnie będzie ewoluował w kierunku integracji z potencjalnymi technologiami i architekturami 6G. Przewidywanie wymagań przyszłych pokoleń zapewnia ciągłą przydatność i możliwość adaptacji serwerów NAS w rozwijających się sieciach.
- Ulepszenia IoT: W miarę jak Internet rzeczy (IoT) staje się coraz bardziej powszechny, serwer NAS może zostać udoskonalony, aby lepiej spełniać różnorodne wymagania urządzeń IoT, w tym niski pobór mocy, małe opóźnienia i ogromną łączność z urządzeniami.
- Zaawansowane wsparcie usług: Przyszłe ulepszenia NAS mogą obejmować dodatkową obsługę zaawansowanych usług, takich jak rzeczywistość rozszerzona (AR), rzeczywistość wirtualna (VR) i inne nowe aplikacje wymagające określonych wymagań w zakresie sygnalizacji i łączności.
- Wydajność i skalowalność: Bieżące wysiłki w zakresie standaryzacji i optymalizacji będą prawdopodobnie skupiać się na poprawie wydajności i skalowalności serwera NAS, zapewniając jego obsługę rosnącej liczby podłączonych urządzeń i różnorodnych scenariuszy usług.
Podsumowując, warstwa bez dostępu (NAS) w sieci 5G to krytyczna warstwa odpowiedzialna za zarządzanie procedurami płaszczyzny kontrolnej, sygnalizacją i zarządzaniem mobilnością pomiędzy urządzeniem mobilnym a siecią rdzeniową. Jego funkcje obejmują rejestrację, ustanawianie i udostępnianie połączeń, zarządzanie mobilnością, bezpieczeństwo, obsługę SMS-ów i zarządzanie nośnikami EPS. Wraz z rozwojem 5G, NAS będzie nadal odgrywać kluczową rolę w zapewnianiu wydajnej komunikacji i zarządzania urządzeniami mobilnymi w sieci.