5G の登場により、通信は高速化、低遅延化、接続数の増加が可能になり、変化しました。セッション管理機能 (SMF) は、ネットワーク上のユーザー セッションを制御および管理するため、5G インフラストラクチャの中核をなします。このマニュアルでは、5G SMF の機能、アーキテクチャ、運用モデルについて包括的に説明します。このシステムを第 5 世代領域内の他のシステムと比較して広く理解することで、ネットワーク管理者や技術担当者はこれらの機能を活用して、次世代ネットワークの効率と信頼性を確保できるようになります。次の段落では、機能や構成などのさまざまな側面を検討し、さまざまな実際の状況で最適な管理方法を知ることができるようにします。
何ですか セッション管理機能 （SMF）を5Gネットワークで使用することはできますか？
の役割の定義 SMF
5G ネットワークでは、セッション管理機能 (SMF) は、ユーザー セッションのライフサイクルを制御する重要なアーキテクチャです。セッションを設定したり、変更したり、終了したりできるため、エンドツーエンドの通信が常にオンのままになります。また、各セッションに必要なネットワーク リソースを決定し、PCF や UPF などの他の機能と連携して、さまざまなサービス間で QoS ポリシーを適用することで、これを実現します。さらに、SMF は状態や割り当てを含むセッションのコンテキストを管理し、ネットワークのパフォーマンスを最適化しながら、常に中断のないユーザー エクスペリエンスを保証します。
認定条件 SMF サポートします 5Gセッション管理機能
5G におけるセッション管理機能 (SMF) の役割は、セッションに関連するアクティビティを調整して、リソースを効果的に使用し、ユーザー エクスペリエンスを最適化することです。SMF は、加入者にセッションを迅速に開始、変更、または終了するための強力な手段を提供することで、加入者に対するネットワークの応答性を高めます。また、さまざまな種類のトラフィックに応じて自動的に調整される UPF とともに、データ パスの継続性を確立します。さらに、このコンポーネントは、PCF の洞察を活用して QoS ルールを動的に適用し、セッション中に顧客が期待するサービス レベルが満たされるようにします。これらの機能により、SMF 内での複数の同時接続のリアルタイム管理が可能になり、5G ネットワーク環境の全体的な俊敏性とパフォーマンスの向上に貢献します。
区別する 4G と 5G SMF
4G と 5G のセッション管理機能 (SMF) の主な違いは、その機能と構築方法です。4G ネットワークでは、SMF は主に音声通話と通常のインターネット使用を扱う大規模なシステムの一部です。ここでは固定リソースを使用するため、さまざまなネットワーク状況に応じて大きく変化することはできません。
一方、5G SMF はサービスベースであることから、より柔軟で拡張性の高いメリットがあります。ネットワーク スライシングなどの高度な機能は、このバージョンの SMF によって XNUMX つにまとめられ、特定のニーズに応じてネットワークを分割しながら、IoT (モノのインターネット) や URLLC (超信頼性低遅延通信) などのサポートも提供します。さらに、SBA では、リアルタイム分析と組み合わせた高度なアルゴリズムの使用が許可されているため、オペレーターのネットワークで利用可能なより広範囲または種類/数のサービスにわたって応答性の高いユーザー エクスペリエンスに必要な QoS (サービス品質) 標準を維持しながら、可能な限り最高のリソース割り当て最適化が保証されます。
どのように セッション確立プロセス 作業？
初期手順 セッションの確立
5G のセッション確立プロセスは、効率的な接続とリソース割り当てに必要な一連の手順です。これらの手順は通常、3GPP TS ドキュメントで詳しく説明されています。ユーザー機器 (UE) は最初にセッション要求を SMF に送信します。この要求には、必要なサービス品質 (QoS) やサービス タイプなどの重要なパラメータが含まれています。この要求を受信すると、SMF は UE の機能をチェックし、リソースの可用性など、ネットワークの現在の状態を評価します。
その後、5GC 内で、SMF は UE を認証し、アクセスおよびモビリティ管理機能 (AMF) と通信して適切なコンテキストを確立します。成功した場合は、セッション確立要求の開始を通じて必要なリソースの割り当てに進みます。パス セットアップ手順は、ユーザー プレーン機能 (UPF) と RAN 要素間のデータ パスを構成します。このプロセス全体を通じて、SMF によって QoS が継続的に監視されるため、ユーザーのニーズが効果的に満たされ、ユーザーにとってシームレスなセッション開始が保証されます。
理解する SMF との相互作用 AMF と UPF
5G アーキテクチャで効率的なセッション管理を実現するには、アクセスおよびモビリティ管理機能 (AMF)、セッション管理機能 (SMF)、およびユーザー プレーン機能 (UPF) の関係が重要です。SMF は、ユーザー エクイップメント (UE) から特定のパラメータを受信すると、コンテキスト ベースのセッション制御とリソース割り当てを実行します。AMF は、この期間中に UE を認証しながら、リソース割り当てを行う前に、SMF と緊密に連携してユーザー ID とアクセス権を確認します。
データ パスを設定してユーザー トラフィックを処理するために必要なトンネルを確立するには、認証が成功した後、SMF が UPF とペアになったときにこのようなシナリオが発生することが必要でした。言い換えれば、必要に応じて、ユーザー データは無線アクセス ネットワーク (RAN) からさまざまな UPF を介して転送され、目的の宛先に到達する必要があることを意味します。ただし、このパスの各ステップでは、SMF によってリアルタイムの状態が監視され、変更に応じてサービス品質が調整されるため、品質が維持されるだけでなく、可能な場合は向上し、必要に応じて他の部分にあまり影響を与えずに低下します。その結果、ここで行われるのは、さまざまな環境下でユーザーから課されるさまざまな要求に対してすべてが十分に機能することを保証する AMF と UFP の積極的な参加です。
の役割 SMF in PDUセッションの確立
5G ネットワーク アーキテクチャにおけるプロトコル データ ユニット (PDU) セッションの確立は、セッション管理機能 (SMF) なしでは不可能です。SMF は、ユーザー エクイップメント (UE) から PDU セッション要求を受け取ると、適切なサービス品質 (QoS) パラメータとリソースのニーズを識別して作成プロセスを開始します。3GPP TS 標準で示される PDU セッションの確立は、必要なネットワーク リソースを割り当てるために UPF と調整しながら、AMF と通信してユーザーを認証できます。
これらの設定を確認すると、SMF は必要なデータ パスを作成し、ユーザー データがネットワークを介してより迅速に送信されるようにします。さらに、QoS 駆動型データ送信をサポートするために必要な UE と UPF 間のトンネルを設定します。ただし、このプロセス全体を通じて、SMF はネットワークの状態を監視し続け、リソースの割り当てを動的に調整するだけでなく、パフォーマンスを最適化して、データ セッション中のユーザー エクスペリエンスをスムーズにします。
なぜですか？ ユーザープレーン機能 (UPF) 5Gでは重要ですか?
関係性を探る SMF と UPF
セッション管理機能 (SMF) とユーザー プレーン機能 (UPF) の相互作用は、5G ネットワークの運用に不可欠です。PDU セッションの制御と管理は SMF によって調整され、UPF はユーザー データ トラフィックを処理し、効率的なデータ ルーティングと処理を保証します。SMF によって PDU セッションが確立されると、UPF と密接に連携して、ネットワーク リソースをユーザーのニーズに合わせる QoS パラメーターとともにデータ パスを定義します。この連携は、5G ネットワークでの優れたユーザー エクスペリエンスの重要な要件である低遅延と高スループットを確保するために重要です。さらに、リアルタイムのネットワーク状態は SMF によって継続的に監視されるため、動的なリソース割り当て調整が可能になり、UPF はセッション確立時に設定された QoS ターゲットを遵守しながらデータ フローを最適に管理できます。したがって、SMF と UPF の相互作用は、第 5 世代サービスのパフォーマンスとスケーラビリティの基盤となるだけでなく、信頼性と効率性に優れた接続によって顧客満足度を大幅に向上させます。
の重要なタスク ユーザープレーン機能 データ転送
5G ネットワークでは、ユーザー プレーン機能 (UPF) がデータ転送に関連する多くのタスクを担当しています。主に、確立時に定義された QoS パラメータを使用して最適なパスを選択し、モバイル デバイスと外部データ ネットワーク間でユーザー データ パケットをルーティングします。パケット フィルタリングと転送ルールも UPF によって管理され、個々のサービス ニーズに基づいてデータに何が起こるかを指示します。UPF によって実行されるもう 5 つの重要な機能はトラフィック シェーピングです。これは、ラッシュ アワー時の都市のようなトラフィック量の多いエリアでスムーズな送信が混雑したり中断したりしないように、特定の時間に送信する情報の量を制御します。さらに、このコンポーネントはセッション コンテキスト情報を保持し、ネットワークの現在の状態に応じてリソースが動的に割り当てられるようにしながら、これらのセッションを効率的に処理できるようにします。確かに、UPF によるトラフィックの効果的な管理は、3GPP TS 標準で要求される XNUMXg システムによってもたらされる拡張機能の基盤となる安定した高速接続を実現する上で重要な役割を果たします。
インターフェースとは SMF 5Gコアネットワーク内で使用しますか?
重要事項の概要 ネットワークインターフェイス ような N4
5G コア ネットワーク アーキテクチャについて言えば、セッション管理機能 (SMF) とユーザー プレーン機能 (UPF) をリンクする N4 インターフェイスが最も重要であると考えられています。このインターフェイスを通じて、ユーザー プレーン セッションの設定と変更の信号が渡され、ユーザー デバイスから目的のデータ ネットワークへの効率的なデータ フローが確保されます。特に、N4 インターフェイスでは、シームレスな継続性に必要なユーザー プレーン ルール、サービス品質パラメーター、セッション コンテキスト情報の送信が可能です。
さらに、N4 インターフェースは、リアルタイムのネットワーク状況に応じてトラフィックを処理するよう SMF が UPF に指示する標準的な操作手順に従います。このライブ インタラクションにより、ユーザーの需要が変動するたびに調整できるため、ネットワークの柔軟性が高まります。N4 インターフェースは、その大きな重要性により、5G サービスの俊敏性とパフォーマンスに大きく貢献し、今日の通信における強力なネットワーク インターフェースの必要性を強調しています。
相互作用 SMF その他のコアネットワーク機能
5G アーキテクチャでユーザー セッションを効果的に管理し、データ フローを最大化するために、セッション管理機能 (SMF) はいくつかのコア ネットワーク機能と連携して動作します。これには、アクセスおよびモビリティ管理機能 (AMF)、ユーザー プレーン機能 (UPF)、ポリシー制御機能 (PCF) などの重要なコンポーネントが含まれます。
UE がネットワークのさまざまなエリアを移動しながら継続的に接続されるように、SMF は AMF と緊密に連携して、初期セッションのセットアップとモビリティ管理を容易にします。これらの機能は、1GPP TS プロトコルに基づく N2 や N3 などの標準化されたインターフェイスを通じて必要な情報を共有し、ユーザー認証の詳細やモビリティの更新などが交換されます。
また、SMF は N4 インターフェイスを介して UPF と対話し、ユーザー プレーン セッションのパラメータを制御して QoS 要件を満たします。この関係が失敗すると、サービス品質に影響し、アプリケーションのパフォーマンスにも影響するため、これは重要です。
さらに、PCF は、SMF が統合されているネットワーク リソース割り当ての優先順位付けポリシーを適用します。リアルタイムのニーズは、ネットワークの状態とともに、SMF によって伝達される必要があります。SMF は、ユーザーからの変化する要件に動的に対応することになっており、リソースの効率的な利用を通じてより優れたユーザー エクスペリエンスを提供するという 5G の目標をサポートします。したがって、このような状況では、SMF やその他の CNF などのコア ネットワークのさまざまな部分間の複雑な相互依存関係は、5G システム内でのシームレスな操作の一部を形成するため、無視できないことがわかります。
どのように ポリシー制御機能 (PCF) SMF と対話しますか?
の機能と責任 ポリシー制御機能
5G アーキテクチャのポリシー制御機能 (PCF) は、ネットワーク ポリシーが適切に管理され、リソースが適切に割り当てられることを保証するため、非常に重要です。主な役割には、サービス品質 (QoS) ポリシーの設定と実装、およびユーザー セッションがリアルタイムのニーズと、指定されたレベルのサービス品質に関するアプリケーション要件を満たしていることを確認することが含まれます。PCF は、リソースの優先順位付けと帯域幅制御をガイドするポリシー決定を提供することで、セッション管理機能 (SMF) と連携します。
動的な変更をサポートするために、PCF はネットワーク状態、ユーザー コンテキスト、アプリケーション カテゴリに関する情報を使用して、需要に基づいたポリシー適応を行います。PCF はネットワーク パフォーマンス インジケーターとユーザー エクスペリエンス パラメーターの両方を積極的に監視しているため、ネットワークを介したデータ フローを改善しながら効率を最適化するために、即座に変更を加えることができます。さらに、規制への準拠とネットワーク スライスのさまざまな側面の管理にも配慮しているため、システムの整合性の他の部分に影響を与えることなく、あらゆる種類のアプリケーションが必要なものを確実に取得できます。これらすべてが、このコンポーネントがシステム設計全体にわたって高速応答の 5G 接続に必要である理由を示しています。
QoS 管理とポリシー適用のプロセス
リソースのスムーズな配分を実現し、ユーザー エクスペリエンスを向上させるために、5G ネットワークにおけるサービス品質 (QoS) 管理とポリシーの適用はさまざまな手順に従います。ユーザーのニーズとアプリケーション要件の特定は、PCF がサービス レベルをトラフィック パターンと消費者プロファイルに一致させるこのプロセスの最初の手順です。次に、PCF と SMF 間の通信を通じてネットワーク全体にリソースを割り当てる方法を指示することにより、ポリシーを実行可能な構成に変換する必要があります。
ポリシーを設定したら、ネットワーク パフォーマンスを継続的に監視することが重要です。特定の状況や、システムを使用する人が増えるピーク時には、ポリシーが効率的に機能しない場合があるためです。これにより、PCF は特定の時間に何が起こっているかを把握し、それに応じて調整することができます。たとえば、リソース割り当てを変更して、輻輳が最も激しい場合でもサービス品質 (QoS) を確保できます。さらに、さまざまなアプリケーションやセッション間の優先順位を継続的に評価し、システム全体の効率を最適化する動的な強制メカニズムを適用する必要があります。さらに、機械学習と組み合わせた分析は、ユーザーの需要を予測して必要な変更を事前に行うことで、この手順の改善にも役立ちます。これにより、リアクティブではなくプロアクティブになります。QoS 管理は、適切なポリシー制御手段がなければ堅牢性や信頼性を実現できません。したがって、両方が完了するまで連携して機能し、それぞれが 5G ネットワークの成功に向けて独自の役割を果たします。
役割とは 統合データ管理 (UDM) SMF 操作で再生しますか?
SMFとのデータ同期 UDM
5G ネットワーク内でのサービス提供の統一性と効率性を維持するには、セッション管理機能 (SMF) と統合データ管理 (UDM) の間でデータを同期することが重要です。UDM は、ユーザー プロファイルやサブスクリプションの詳細などが最新であることを確認することで、加入者データを管理します。SMF は、加入者データを含むセッション パラメータを確認または更新する必要がある場合、必要な情報を取得するために UDM と通信します。
これら 5 つの機能は、標準化されたインターフェースを介して相互に通信し、やり取りがスムーズになります。ユーザーのサブスクリプション ステータスの変更は、データ同期 (サービス権限、リソース制限、ポリシー更新など) によって、できるだけ早く SMF に反映される必要があります。さらに、リアルタイムのデータ交換メカニズムにより、SMF は最新の加入者プロファイル情報に従ってセッション管理戦略を動的に調整できるため、全体的なユーザー エクスペリエンスが向上します。このような同期により、ネットワークはさまざまな要求やサービス要件に迅速に対応できるようになり、XNUMXG 環境内でのリソース割り当てとパフォーマンスが最適化されます。
加入者情報の取り扱いと 認証
5G ネットワークでは、加入者情報と認証の管理が非常に重要です。SMF は、ユーザーの ID を確認する際に、必要な資格情報とサービス権限が正しく、簡単にアクセスできることを確認しながら、UDM を利用して安全に確認します。このプロセスでは、認証とキーの合意 (AKA) メカニズムなどの標準化されたプロトコルを使用して、このデバイス内に保存されているデータと照合し、ユーザーの資格情報を UDM が保持している資格情報と照合します。
さらに、SIM ベース、eSIM、仮想 ID など、複数の認証手法をサポートしているため、ネットワーク リソースへのエントリ ポイントは安全であるだけでなく、柔軟性も確保されます。さらに、最先端のセキュリティ フレームワークを UDM に組み込むことで、不正アクセスに対する保護が強化され、加入者のデータの機密性、整合性、可用性、信頼性が維持されます。モバイル テクノロジーのエコシステムが進歩するにつれて、5G インフラストラクチャ上のユーザー間の信頼性を確保するための強力な認証プロトコルが必要になります。
5G ネットワークで SMF を展開および構成する方法は?
～のステップバイステップガイド 配備します SMF
- 準備: ハードウェア仕様、ソフトウェアの依存関係、ネットワーク アーキテクチャなど、SMF 展開の前提条件を評価します。
- インストール: 既存のシステム コンポーネントと適切に動作することを確認するために、SMF ソフトウェア パッケージを目的のサーバーにダウンロードしてインストールします。
- 構成: インターフェース、トラフィック ルーティング、リソース管理設定などの一部のパラメータがネットワーク アーキテクチャに応じて定義されるように、構成ファイルを編集します。
- 統合: SMF を UDM、AMF などの必要なネットワーク機能とリンクし、通信プロトコルが正しいことを確認します。
- テスト: さまざまな重要なシナリオとストレス条件下での 5G 環境における SMF のパフォーマンスと機能の相互運用性を確認するための包括的なテストを実行します。
- 展開: スムーズな切り替えプロセスを実現するために、初期起動段階で検出された異常を観察しながら SMF を運用します。
- メンテナンス: 定期的な更新、3GPP TS ガイドラインに照らしたパフォーマンスのチェック、スムーズな運用と効率性を維持するために必要なトラブルシューティング手順を含むメンテナンス プランを作成します。
ネットワークインターフェースとパラメータの設定
5G ネットワークでは、サービス管理機能 (SMF) でネットワーク インターフェイスとパラメータを構成することが重要です。これにより、良好な通信とリソースの割り当てが可能になります。
- ネットワーク インターフェイスの識別: 最初のステップは、SMF で使用されるすべての物理インターフェイスと仮想インターフェイスを認識することです。これには、コントロール プレーン インターフェイスと、N2 (AMF から SMF) や N4 (SMF から UPF) などのユーザー プレーン インターフェイスの両方が含まれる場合があります。
- パラメータの設定: 各インターフェイスには、慎重に定義された独自のパラメータ セットが必要です。これには、IP アドレス指定、SMF またはこのプロセスに関係するその他のネットワーク機能ユニットを通じて実行される帯域幅割り当て設定などの QoS パラメータが含まれる場合があります。これにより、データ フローが最適化され、最適なサービス提供が可能になります。
- 接続の確認: 構成を行った後、すべてのインターフェイスがネットワーク内の他の機能と接続されて適切に動作していることを確認するために、接続をテストする必要があります。
- 監視と調整: インターフェースに関するパフォーマンス メトリックを提供できる監視ツールを実装します。提供されたフィードバックに基づいて、ネットワークの環境要求の変化に応じて一部の設定を微調整したり、常に高い可用性を確保したりする必要がある場合があります。
これらの指示に従えば、このレベルでネットワークを管理する人々に大いに役立ち、信頼性が高く効率的な 5G が実現します。
信頼性の高いベストプラクティス SMF 操作
5G ネットワークでサービス管理機能 (SMF) がスムーズに動作するようにするために実行する必要があるいくつかの事項を以下に示します。
- ソフトウェアを定期的に更新する: SMF ソフトウェアのパッチやその他の拡張機能を最新の状態に保ちます。これにより、セキュリティの脆弱性に対処しながら、変化する標準に常に対応できるようになります。
- 監視システムの強度: レイテンシ、エラー率、リソース使用率など、パフォーマンス メトリックを測定できる高度な監視ソリューションを導入します。これらのリアルタイム機能により、問題を早期に検出して解決時間を短縮し、より効率的にセッションを確立できるようになります。
- スケーラビリティ計画: SMF アーキテクチャを設計する際には、予想されるネットワーク要件を満たすだけでなく、それを超えるように将来の成長を計画します。そのためには、必要に応じて水平方向または垂直方向に拡張できることが必要です。
- 包括的なドキュメント: すべての構成、手順、トラブルシューティング手順が適切に文書化されていることを確認します。これにより、運用効率が向上し、チーム メンバー間での知識の伝達が容易になります。
- 定期的に訓練を実施: 組織内のさまざまなチームが訓練を実施するさまざまなシナリオを含むトレーニング プログラムを実施します。このような準備により、スタッフは予期しない事態が発生したときに何をすべきかについての実践的な経験を積むことができ、適切に対応する能力が向上します。
これらのベストプラクティスは、SMF の信頼性と効率性を高め、通信事業者にとって本質的に回復力と適応性を備えた堅牢な 5G 環境を構築するのに役立ちます。
参照ソース
よくある質問（FAQ）
Q: 5G ネットワークにおける SMF とは何ですか?
A: セッション管理機能 (SMF) は SMF の完全な形式です。これは 5G コアの最も重要な部分の XNUMX つであり、ユーザー セッションを担当します。
Q: SMF ネットワークはアクセスおよびモビリティ管理機能 (AMF) とどのように関係していますか?
A: アクセスおよびモビリティ管理機能 (AMF) と連携して、5G ネットワーク内のモビリティとユーザー セッションを管理します。この接続により、システム内のハンドオーバー手順が高速化されるだけでなく、継続性が保証されるため、効率が向上します。
Q: このコンポーネントは 5g システム内でどのような主な役割を果たしますか?
A: このエンティティの責任には、セッションとサービスの継続性、IP アドレスの管理、割り当て処理、ルート ポリシー管理、5G ネットワーク内のユーザー セッションの QoS の確保が含まれます。
Q: ネットワーク リポジトリ機能 (NRF) との関係は何ですか?
A: その仕事には、ネットワークリポジトリ機能 (NRF) を使用して利用可能なさまざまなネットワーク機能を識別し、5GC での適切なリソース利用と効率的なサービス提供を可能にすることが含まれます。
Q: ネットワーク スライスの選択中に SMF は何を行いますか?
A: したがって、サービス要件とネットワーク ポリシーに応じて、さまざまなユーザー セッションが適切なスライスに割り当てます。
Q: 5G ネットワークでは、SMF はどのようにして IP アドレス管理を確実に行うのでしょうか?
A: SMF は、5G パケット コア ネットワーク内のユーザー エクイップメント (UE) への IP アドレスの割り当てを処理します。IPv4 アドレスと IPv6 アドレスの両方を処理します。
Q: SMF に関する N10 インターフェイスの機能は何ですか?
A: N10 インターフェイスは、ユーザー プレーン機能 (UPF) と SMF をリンクし、5G コア ネットワーク内でのデータ ルーティングとトラフィック転送を効果的に制御できるようにします。
Q: SMF ではさまざまなレベルのサービス品質 (QoS) がどのようにサポートされていますか?
A: SMF は、さまざまなサービス品質 (QoS) をサポートする 5G ネットワーク内のさまざまな種類のユーザー セッションとサービスに対して最適なリソース割り当てと優先順位を保証するさまざまなポリシーを実装します。
Q: SMF とのセッション継続性に関して、ハンドオーバー中に何が起こりますか?
A: ハンドオーバー後できるだけ早くセッションを再確立することでセッションとサービスの継続性が確保され、UE は中断のないサービスを利用できるようになります。そのため、シームレスなモビリティが可能になります。
Q: 仮想化環境で SMF を実装することは可能ですか?
A: はい、ネットワーク機能仮想化 (NFV) を利用して仮想化環境に SMF を実装することが可能であり、これにより 5G コア ネットワーク内のスケーラビリティ、柔軟性、リソース効率が向上します。