Телекоммуникации изменились с появлением 5G, который обеспечивает более высокие скорости, меньшую задержку и больше соединений. Функция управления сеансами (SMF) — это сердце любой инфраструктуры 5G, поскольку она контролирует и управляет сеансами пользователей по сети. В этом руководстве содержится подробное объяснение того, что делает SMF 5G; здесь обсуждаются его функции, архитектура и операционные модели. Более широкое понимание этой системы по сравнению с другими системами в сфере 5-го поколения позволит администраторам сетей и техническому персоналу использовать эти функции для обеспечения эффективности и надежности сетей следующего поколения. В следующих параграфах мы рассмотрим различные аспекты, такие как функциональные возможности или конфигурации, чтобы можно было знать, как лучше всего ими управлять в различных реальных ситуациях.
В чём Функция управления сеансом (SMF) в сети 5G?
Определение роли SMF
В сетях 5G функция управления сеансом (SMF) является ключевой архитектурой, которая контролирует жизненный цикл сеанса пользователя. Он также может устанавливать сеансы, изменять и завершать их, чтобы сквозная связь всегда оставалась включенной. Он также делает это, определяя, какие сетевые ресурсы необходимы каждому сеансу, и работая вместе с другими функциями, такими как PCF или UPF, для обеспечения соблюдения политик QoS среди различных служб. Более того, SMF управляет контекстом сеансов, включая состояния и распределения, тем самым оптимизируя производительность сетей, обеспечивая при этом бесперебойную работу пользователей в любое время.
Как SMF Поддерживает Функция управления сеансом 5G
Роль функции управления сеансами (SMF) в 5G заключается в координации действий, связанных с сеансами, для эффективного использования ресурсов и оптимизации взаимодействия с пользователем. SMF делает сеть более отзывчивой к абонентам, предоставляя им мощные средства для быстрого запуска, изменения или завершения сеансов. Он также обеспечивает непрерывность пути передачи данных вместе с UPF, который должен адаптироваться к различным типам трафика. Кроме того, этот компонент использует информацию PCF для динамического применения правил QoS, гарантируя соблюдение уровней обслуживания, ожидаемых клиентами во время их сеансов. Эти функции позволяют в режиме реального времени управлять несколькими одновременными соединениями внутри SMF и способствуют повышению общей гибкости и производительности в сетевой среде 5G.
Различие между 4G , так и в 5G SMF
Принципиальное различие между функциями управления сеансами 4G и 5G (SMF) заключается в том, что они могут делать и как они построены. В сети 4G SMF является частью более крупной системы, которая в основном занимается голосовыми вызовами и регулярным использованием Интернета. Здесь он использует фиксированные ресурсы, поэтому не может сильно меняться в зависимости от различных условий сети.
С другой стороны, SMF 5G выигрывает от того, что он основан на услугах, что делает его более гибким и масштабируемым. В этой версии SMF расширенные функции, такие как разделение сети, собраны под одной крышей; они позволяют разделять сети в соответствии с конкретными потребностями, а также обеспечивают поддержку таких вещей, как IoT (Интернет вещей) или URLLC (сверхнадежная связь с малой задержкой). Кроме того, SBA позволяет использовать передовые алгоритмы в сочетании с аналитикой в реальном времени, тем самым обеспечивая наилучшую оптимизацию распределения ресурсов при сохранении стандартов QoS (качества обслуживания), необходимых для оперативного взаимодействия с пользователем в более широком диапазоне или типах/количестве доступных услуг. в сети оператора.
Как Процесс установления сеанса Работа?
Начальные процедуры для Создание сеанса
Процесс установления сеанса в 5G представляет собой серию шагов, необходимых для эффективного подключения и распределения ресурсов. Эти шаги обычно подробно описаны в документации 3GPP TS. Пользовательское оборудование (UE) сначала отправляет запрос сеанса в SMF. Этот запрос содержит важные параметры, такие как желаемое качество обслуживания (QoS) и тип услуги. При получении этого запроса SMF проверяет возможности UE и оценивает текущий статус сети, включая доступность ресурсов.
После этого в 5GC SMF аутентифицирует UE и устанавливает соответствующий контекст посредством связи с функцией управления доступом и мобильностью (AMF). В случае успеха он приступает к выделению необходимых ресурсов посредством инициирования запроса на установление сеанса; Процедура настройки пути настраивает путь данных между функцией плоскости пользователя (UPF) и элементами RAN. В течение всего этого процесса качество обслуживания постоянно контролируется SMF, чтобы можно было эффективно удовлетворить потребности пользователей, тем самым обеспечивая беспрепятственное инициирование сеанса для пользователей.
Понимание SMF Взаимодействие с AMF , так и в ФПУ
Взаимосвязь между функцией управления доступом и мобильностью (AMF), функцией управления сеансом (SMF) и функцией плоскости пользователя (UPF) имеет решающее значение, если архитектура 5G должна иметь эффективное управление сеансами. SMF выполняет контекстно-ориентированное управление сеансом и выделение ресурсов после получения определенных параметров от пользовательского оборудования (UE). AMF тесно сотрудничает с SMF для проверки идентификации пользователя и прав доступа, прежде чем можно будет выполнить какое-либо распределение ресурсов при аутентификации UE в течение этого периода.
Создание туннелей, необходимых для обработки пользовательского трафика путем настройки путей передачи данных, требовало, чтобы после успешной аутентификации такой сценарий возникал, когда SMF соединяется с UPF. Другими словами, это подразумевает, что при необходимости пользовательские данные должны пересылаться из сети радиодоступа (RAN) через разные UPF, пока не достигнут пункта назначения. Однако на каждом этапе этого пути условия в реальном времени отслеживаются с помощью SMF, которые также адаптируют качество обслуживания в зависимости от изменений, чтобы не только поддерживать их, но и улучшать, где это возможно, или даже ухудшать, когда это необходимо, не слишком сильно затрагивая другие части. . Следовательно, здесь происходит активное участие AMF и UFP в обеспечении того, чтобы все работало достаточно хорошо при различных требованиях, предъявляемых к ним пользователями в разных средах.
Роль SMF in Установление сеанса PDU
Установление сеанса Protocol Data Unit (PDU) в сетевой архитектуре 5G невозможно без функции управления сеансом (SMF). Последний начинает процесс создания, когда получает запрос сеанса PDU от пользовательского оборудования (UE), определяя соответствующие параметры качества обслуживания (QoS) наряду с потребностями в ресурсах. Установления сеансов PDU, указанные стандартами TS 3GPP, могут аутентифицировать пользователей посредством связи с AMF и координации с UPF для выделения необходимых сетевых ресурсов.
После подтверждения этих настроек SMF создает необходимые пути данных и обеспечивает более быструю передачу пользовательских данных по сети. Кроме того, он устанавливает туннели между UE и UPF, необходимые для поддержки передачи данных на основе QoS. Однако на протяжении всего этого процесса SMF продолжает отслеживать состояние сети, чтобы оптимизировать производительность, а также динамически корректировать распределение ресурсов, тем самым обеспечивая плавность взаимодействия с пользователем во время сеансов передачи данных.
Почему Функция плоскости пользователя (UPF) Важно ли это в 5G?
Исследование отношений между SMF , так и в ФПУ
Взаимодействие функции управления сеансом (SMF) и функции плоскости пользователя (UPF) необходимо для работы сети 5G. Контроль и управление сеансами PDU координируются SMF, в то время как UPF обрабатывает трафик пользовательских данных и обеспечивает эффективную маршрутизацию и обработку данных. Когда SMF устанавливает сеанс PDU, он тесно сотрудничает с UPF, чтобы определить пути передачи данных вместе с параметрами QoS, которые согласовывают сетевые ресурсы с потребностями пользователя. Это сотрудничество важно для обеспечения низкой задержки и высокой пропускной способности, которые являются ключевыми требованиями для хорошего пользовательского опыта в сетях 5G. Более того, состояние сети в режиме реального времени постоянно отслеживается с помощью SMF, что позволяет динамически корректировать распределение ресурсов, чтобы UPF мог оптимально управлять потоком данных, придерживаясь при этом целевых показателей QoS, установленных во время установления сеанса. Таким образом, взаимодействие между SMF и UPF не только служит основой для производительности и масштабируемости услуг 5-го поколения, но и значительно повышает удовлетворенность клиентов за счет надежного и эффективного подключения».
Основные задачи Функция плоскости пользователя в пересылке данных
В сетях 5G функция пользовательской плоскости (UPF) отвечает за многие задачи, связанные с пересылкой данных. В основном он маршрутизирует пакеты пользовательских данных между мобильным устройством и внешней сетью передачи данных, выбирая лучший путь с использованием параметров QoS, определенных во время установления соединения. Он также управляет правилами фильтрации и пересылки пакетов, которые определяют, что происходит с данными, в зависимости от потребностей отдельных услуг. Еще одна важная функция, выполняемая UPF, — это формирование трафика, где он контролирует, сколько информации должно быть отправлено в любой момент времени, чтобы не было перегрузок или сбоев в бесперебойной передаче через такие районы с интенсивным движением транспорта, как города, в часы пик. Кроме того, этот компонент хранит информацию о контексте сеанса, тем самым делая возможной эффективную обработку этих сеансов, обеспечивая при этом динамическое распределение ресурсов в соответствии с текущими условиями сети. Действительно, без сомнения, эффективное управление трафиком с помощью UPF играет решающую роль в обеспечении стабильных высокоскоростных соединений, которые служат строительными блоками для расширения функциональных возможностей, обеспечиваемых системами 5G, как того требуют стандарты 3GPP TS.
Что делают интерфейсы SMF Использовать в базовой сети 5G?
Обзор важного Сетевые интерфейсы " У аборигенов N4
Говоря об архитектуре базовой сети 5G, интерфейс N4 считается наиболее важным, поскольку он связывает функцию управления сеансом (SMF) с функцией плоскости пользователя (UPF). Именно через этот интерфейс передаются сигналы для настройки и изменения сеансов пользовательской плоскости, чтобы обеспечить эффективный поток данных от пользовательского оборудования в намеченную сеть передачи данных. Помимо прочего, интерфейс N4 позволяет отправлять правила пользовательской плоскости, параметры качества обслуживания, а также информацию о контексте сеанса, необходимую для бесперебойной непрерывности.
Кроме того, интерфейс N4 следует стандартным процедурам работы, которые направляют SMF на указание UPF обрабатывать трафик в зависимости от ситуации в сети в реальном времени. Такое живое взаимодействие делает сети более гибкими, поскольку они могут приспосабливаться к изменениям спроса со стороны пользователей. Благодаря своему огромному значению интерфейс N4 в значительной степени способствует гибкости и производительности услуг 5G, тем самым подчеркивая необходимость в надежных сетевых интерфейсах в современных телекоммуникациях.
Взаимодействие между SMF и другие основные сетевые функции
Для эффективного управления сеансами пользователей и максимизации потока данных в архитектуре 5G функция управления сеансами (SMF) работает вместе с несколькими базовыми сетевыми функциями. Это влечет за собой некоторые важные компоненты, а именно; Функция управления доступом и мобильностью (AMF), функция плоскости пользователя (UPF), а также функция управления политикой (PCF).
Чтобы UE было постоянно подключено при перемещении по различным областям сети, SMF тесно сотрудничает с AMF, что облегчает начальную настройку сеанса и управление мобильностью. Эти функции обмениваются необходимой информацией через стандартизированные интерфейсы, такие как N1 или N2, на основе протоколов TS 3GPP, где, среди прочего, происходит обмен данными аутентификации пользователя и обновлениями мобильности.
Также через интерфейс N4 SMF взаимодействует с UPF, контролируя таким образом параметры сеансов пользовательской плоскости, чтобы они соответствовали требованиям QoS. Это важно, поскольку в случае сбоя в этой связи пострадает качество обслуживания и производительность приложений.
Более того, PCF применяет политику определения приоритетов распределения сетевых ресурсов, в которую интегрирован SMF. Потребности в реальном времени, а также состояние сети должны передаваться с помощью SMF, которые должны динамически реагировать на меняющиеся требования пользователей, тем самым поддерживая цель 5G по обеспечению лучшего пользовательского опыта за счет эффективного использования ресурсов. Таким образом, такой случай показывает, почему эти сложные взаимозависимости между различными частями базовых сетей, таких как SMF и другие CNF, нельзя игнорировать, поскольку они являются частью бесперебойной работы в системах 5G.
Как Функция контроля политики (PCF) Взаимодействовать с SMF?
Функции и обязанности Функция контроля политики
Функция управления политикой (PCF) в архитектуре 5G очень важна, поскольку она обеспечивает хорошее управление сетевой политикой и правильное распределение ресурсов. В его основные обязанности входит установка и реализация политик качества обслуживания (QoS) и обеспечение соответствия пользовательских сеансов потребностям реального времени, а также требованиям приложений в отношении заданных уровней качества обслуживания. PCF взаимодействует с функцией управления сеансами (SMF), предоставляя политические решения, которые определяют приоритетность ресурсов и контроль пропускной способности.
Для поддержки динамических изменений PCF использует информацию о состояниях сети, контекстах пользователей и категориях приложений для адаптации политики в зависимости от спроса. Таким образом, PCF может немедленно изменить ситуацию, чтобы улучшить поток данных через сети, одновременно оптимизируя их эффективность, поскольку он активно отслеживает как показатели производительности сети, так и параметры взаимодействия с пользователем. Более того, он также заботится о соответствии нормативам и управляет различными аспектами сетевых сегментов, тем самым гарантируя, что все виды приложений получат то, что им нужно, не затрагивая другие части целостности системы. Все это показывает, почему этот компонент необходим для быстрого реагирования на подключение 5G во всей конструкции системы.
Процесс управления качеством обслуживания и обеспечения соблюдения политик
Чтобы обеспечить плавное распределение ресурсов и улучшить взаимодействие с пользователем, управление качеством обслуживания (QoS) и соблюдение политик в сетях 5G выполняются в несколько этапов. Идентификация потребностей пользователей и требований приложений является первым шагом на пути к этому процессу, в котором PCF сопоставляет уровни обслуживания со структурами трафика и профилями потребителей. Во-вторых, политики должны быть преобразованы в действенные конфигурации, определяющие, как ресурсы будут распределяться по сети посредством связи между PCF и SMF.
После настройки политик важно постоянно отслеживать производительность сети, поскольку иногда они могут не работать эффективно при определенных условиях или в периоды пиковой нагрузки, когда систему использует больше людей. Это позволяет PCF знать, что происходит в определенное время, чтобы он мог соответствующим образом адаптироваться, например, изменяя распределение ресурсов, обеспечивая тем самым качество обслуживания (QoS) даже в самой высокой точке перегрузки. Более того, следует применять динамические механизмы обеспечения соблюдения, которые постоянно оценивают приоритеты между различными приложениями и сеансами, тем самым оптимизируя общую эффективность системы. Кроме того, аналитика в сочетании с машинным обучением также может помочь улучшить эту процедуру, прогнозируя спрос пользователей, тем самым внося необходимые изменения до того, как они произойдут, и, таким образом, проявляя инициативу, а не реагируя на это. Управление QoS не обеспечит надежность и устойчивость без надлежащих мер политического контроля; поэтому оба должны работать вместе до завершения, где каждый играет свою роль в достижении успеха с сетями 5G.
Какую роль выполняет Единое управление данными (UDM) Играть в SMF Operations?
Синхронизация данных между SMF и UDM
Чтобы поддерживать единообразие и эффективность предоставления услуг в сетях 5G, важно, чтобы данные синхронизировались между функцией управления сеансом (SMF) и унифицированным управлением данными (UDM). UDM управляет данными подписчиков, обеспечивая актуальность таких данных, как профили пользователей и сведения о подписке. Если SMF необходимо просмотреть или обновить параметры сеанса, который включает в себя данные абонента, он обращается к UDM, чтобы получить необходимую информацию.
Эти две функции взаимодействуют друг с другом через стандартизированные интерфейсы, которые делают их взаимодействие плавным. Изменения статуса подписки пользователей должны как можно быстрее отражаться в SMF посредством синхронизации данных, т. е. разрешений на услуги, ограничений ресурсов или обновлений политики. Кроме того, механизмы обмена данными в реальном времени позволяют SMF динамически корректировать стратегии управления сеансами в соответствии с последней информацией профиля абонента, тем самым улучшая качество обслуживания пользователей в целом. Такая синхронизация позволяет сети гибко реагировать на различные запросы или требования к услугам, тем самым оптимизируя распределение ресурсов и производительность в среде 5G.
Обработка информации о подписчиках и Аутентификация
Управление информацией об абонентах и аутентификация очень важны в сетях 5G. При проверке личности пользователя SMF полагается на UDM, чтобы сделать это безопасно, гарантируя при этом, что необходимые учетные данные, а также права на обслуживание верны и к ним можно легко получить доступ. Этот процесс включает проверку данных, хранящихся на этом устройстве, с использованием стандартизированных протоколов, таких как механизм аутентификации и соглашения о ключах (AKA), во время которого учетные данные пользователя сопоставляются с учетными данными, хранящимися в UDM.
Кроме того, он поддерживает несколько методов аутентификации, включая, среди прочего, методы на основе SIM-карты, eSIM или виртуализированные удостоверения, что обеспечивает не только безопасные, но и гибкие точки входа в сетевые ресурсы. Кроме того, включение в UDM передовых систем безопасности усиливает защиту от несанкционированного доступа, тем самым обеспечивая конфиденциальность, целостность, доступность и подлинность данных подписчиков. С развитием экосистемы мобильных технологий должны существовать надежные протоколы аутентификации для надежного доверия между пользователями в инфраструктурах 5G.
Как развернуть и настроить SMF в сети 5G?
Пошаговое руководство по Развертывание SMF
- Подготовка: оцените предварительные условия развертывания SMF, такие как характеристики оборудования, зависимости программного обеспечения и сетевую архитектуру.
- Установка: загрузите и установите пакет программного обеспечения SMF на предполагаемый сервер, убедившись, что он хорошо работает с существующими системными компонентами.
- Конфигурация: отредактируйте файлы конфигурации, чтобы некоторые параметры, такие как интерфейсы, маршрутизация трафика и настройки управления ресурсами, определялись в соответствии с вашей сетевой архитектурой.
- Интеграция: свяжите SMF с необходимыми сетевыми функциями, такими как UDM, AMF и другими; убедитесь, что протоколы связи верны.
- Тестирование: Проведите комплексные тесты для определения производительности; функциональная совместимость SMF в среде 5G при различных критических сценариях и стрессовых условиях.
- Развертывание: Введите SMF в эксплуатацию, наблюдая за любыми аномалиями, обнаруженными на начальных этапах запуска, для плавного процесса перехода.
- Обслуживание: Создайте план обслуживания, включающий регулярные обновления, проверку производительности на соответствие рекомендациям 3GPP TS, процедуры устранения неполадок, необходимые для обеспечения бесперебойной работы и эффективности работы.
Настройка сетевых интерфейсов и параметров
Настройка сетевых интерфейсов и параметров в функции управления услугами (SMF) важна в сети 5G, поскольку она обеспечивает хорошую связь и распределение ресурсов.
- Идентификация сетевых интерфейсов. Первым шагом является распознавание всех физических и виртуальных интерфейсов, которые будут использоваться SMF. Они могут включать в себя как плоскость управления, так и интерфейсы плоскости пользователя, такие как N2 (AMF-SMF) и N4 (SMF-UPF).
- Настройка параметров: Каждый интерфейс должен иметь свой собственный набор тщательно определенных параметров; они могут включать в себя IP-адресацию, параметры QoS, среди прочего, такие как настройка выделения полосы пропускания, выполняемая через SMF или любые другие сетевые функциональные блоки, участвующие в этом процессе, чтобы поток данных можно было оптимизировать для наилучшего предоставления услуг.
- Проверка возможности подключения. После выполнения настроек необходимо проверить возможность подключения, чтобы убедиться, что все интерфейсы работают правильно и связаны с другими функциями в сети.
- Мониторинг и настройка: внедрение инструментов мониторинга, которые могут предоставлять показатели производительности интерфейсов; На основе полученных отзывов может возникнуть необходимость в тонкой настройке некоторых параметров из-за изменившихся требований среды к сетям или даже просто для постоянного обеспечения высокой доступности.
Эти инструкции, если им следовать, окажут большую помощь тем, кто управляет сетями на этом уровне, создавая тем самым надежную и эффективную сеть 5G.
Лучшие практики для надежности SMF Эксплуатация
Вот несколько вещей, которые следует сделать, чтобы обеспечить бесперебойную работу функции управления услугами (SMF) в сетях 5G:
- Регулярное обновление программного обеспечения: следите за обновлениями и другими улучшениями программного обеспечения SMF. Это помогает устранять уязвимости безопасности, оставаясь в курсе меняющихся норм.
- Мониторинг надежности системы. Внедрите передовые решения для мониторинга, которые могут измерять задержку, частоту ошибок и использование ресурсов, а также другие показатели производительности. Благодаря этим возможностям работы в режиме реального времени становится возможным обнаруживать проблемы на более раннем этапе, что приводит к сокращению времени разрешения и, следовательно, более эффективному установлению сеансов.
- Планирование масштабируемости: планируйте будущий рост при разработке архитектуры SMF, чтобы не только соответствовать, но и превосходить ожидаемые сетевые требования. Для этого требуется возможность масштабирования по горизонтали или по вертикали в зависимости от необходимости.
- Комплексная документация. Убедитесь, что все конфигурации, процедуры и шаги по устранению неполадок хорошо задокументированы. Это повышает операционную эффективность и позволяет легко передавать знания между членами команды.
- Регулярное обучение посредством тренировок: проводите программы обучения, включающие различные сценарии, в которых тренировки проводятся разными командами внутри организации. Такая готовность гарантирует, что у сотрудников будет практический опыт того, что им нужно делать во время непредвиденных событий, тем самым повышая их способность реагировать соответствующим образом.
Эти лучшие практики могут помочь сделать SMF более надежным и эффективным, создавая тем самым надежную среду 5G, которая будет одновременно устойчивой и адаптируемой для операторов связи.
Справочные источники
Часто задаваемые вопросы (FAQ)
Вопрос: Что означает SMF в сети 5G?
О: Функция управления сеансом (SMF) — это полная форма SMF. Это одна из наиболее важных частей ядра 5G, отвечающая за сеансы пользователей.
Вопрос: Как сеть SMF связана с функцией управления доступом и мобильностью (AMF)?
О: Он управляет мобильностью и пользовательскими сеансами в сети 5G, взаимодействуя с функцией управления доступом и мобильностью (AMF). Такое соединение гарантирует непрерывность, а также ускоряет процедуры передачи обслуживания внутри системы, что делает ее эффективной.
Вопрос: Какие основные функции выполняет этот компонент в системе 5G?
Ответ: В обязанности этого объекта входит обеспечение непрерывности сеансов и услуг, управление IP-адресами, обработка выделения, управление политиками маршрутизации и обеспечение качества обслуживания для пользовательских сеансов в сети 5G.
Вопрос: Какова его связь с функцией сетевого репозитория (NRF)?
Ответ: Его работа включает в себя определение различных сетевых функций, доступных с помощью функции сетевого репозитория (NRF), что обеспечивает правильное использование ресурсов и эффективное предоставление услуг в 5GC.
Вопрос: Что делает SMF во время выбора сегмента сети?
О: Таким образом, в зависимости от требований к обслуживанию и сетевых политик он распределяет различные пользовательские сеансы по подходящим слайсам.
Вопрос: Как SMF обеспечивает управление IP-адресами в сети 5G?
О: SMF занимается назначением IP-адресов пользовательскому оборудованию (UE) в базовой пакетной сети 5G. Он обрабатывает адреса IPv4 и IPv6.
Вопрос: Какова функция интерфейса N10 по отношению к SMF?
Ответ: Интерфейс N10 связывает вместе функцию пользовательской плоскости (UPF) и SMF, тем самым обеспечивая эффективный контроль маршрутизации данных, а также пересылку трафика в базовой сети 5G.
Вопрос: Как SMF поддерживает различные уровни качества обслуживания (QoS)?
О: SMF реализует различные политики, которые гарантируют оптимальное распределение ресурсов и приоритеты для различных типов пользовательских сеансов и услуг в сетях 5G, которые поддерживают различное качество обслуживания (QoS).
Вопрос: Что происходит во время передачи обслуживания с точки зрения непрерывности сеанса SMF?
О: Непрерывность сеанса и обслуживания обеспечивается за счет восстановления сеансов как можно быстрее после передачи обслуживания, чтобы UE могло иметь бесперебойное обслуживание. Таким образом, это обеспечивает плавную мобильность.
Вопрос: Возможно ли реализовать SMF в виртуализированной среде?
Ответ: Да, SMF можно реализовать в виртуализированных средах с использованием виртуализации сетевых функций (NFV), что позволит улучшить масштабируемость, гибкость и эффективность использования ресурсов в базовых сетях 5G.