Cuộc gọi 5G – Thiết lập và Truyền dữ liệu Mặt phẳng Người dùng UPF

Chức năng User Plane (UPF) là một trong những chức năng mạng (NF) quan trọng nhất trong mạng lõi 5G. Đây là đơn vị chức năng mạng thứ hai mà Mạng Vô tuyến (RAN) tương tác trong các luồng PDU trong 5G (NR). Là một yếu tố then chốt trong sự phát triển của Tách biệt Control Plane và User Plane (CUPS), UPF chịu trách nhiệm kiểm tra, định tuyến và chuyển tiếp các gói trong các luồng QoS trong các chính sách đăng ký. Nó sử dụng SMF để gửi các mẫu SDF thông qua giao diện N4 để thực thi các quy tắc lưu lượng uplink (UL) và downlink (DL). Khi dịch vụ tương ứng kết thúc, UPF phân bổ hoặc chấm dứt các luồng QoS trong phiên PDU.

I. Thiết lập User PlaneKhi truy cập ban đầu vào hệ thống 5G, thiết bị đầu cuối (UE) cần thiết lập một kênh user plane với trung tâm dữ liệu theo hướng dẫn của control plane để truyền dữ liệu dịch vụ. Trong quá trình này:

• Khi thiết bị đầu cuối (UE) muốn truy cập mạng 5G, trước tiên nó trải qua một quá trình đăng ký. Sau khi hoàn thành tất cả các quy trình control plane, SMF xử lý tất cả thông tin liên quan đến phiên trong giai đoạn thiết lập user plane. AMF yêu cầu DL TEID (Terminal Equipment Identifier) của tất cả các phiên PDU được chuyển đến SMF. Sau đó, SMF chọn UPF tốt nhất cho UE trong phạm vi đã chỉ định và gửi yêu cầu thiết lập phiên chứa tất cả các tham số để thiết lập phiên PDU mặc định.
• Sau đó, một luồng QoS mặc định của phiên (không phải GBR) được tạo để trao đổi với mạng dữ liệu (DN) để lưu lượng. Lưu lượng dịch vụ bao gồm một tuyến đường dài hơn để tính toán độ trễ và duy trì lưu lượng.

Hình 1. Quy trình thiết lập User Plane của Thiết bị đầu cuối 5G (Thông điệp)

• [5] Yêu cầu thiết lập UE mới, yêu cầu tạo ngữ cảnh phiên
• [1] Đặt địa chỉ UPF
• [5] [10] Yêu cầu tạo phiên với UPF
• [3] Phản hồi ngữ cảnh phiên
• [4] [5] Nhận cập nhật phiên mặc định
• [3] QoS mặc định, AMBR
• [3] Thêm các quy tắc PDR uplink và downlink mặc định cho IMSI

II. Truyền dữ liệu Uplink/Downlink đầu tiênKhi truyền dữ liệu thực tế (tức là dữ liệu uplink hoặc downlink) xảy ra, AMF gửi một yêu cầu ngữ cảnh SM đến SMF, trong đó:

• SMF gửi một yêu cầu sửa đổi phiên chứa thông tin liên quan đến loại phiên được yêu cầu.
• UPF thiết lập một phiên PDU trong các quy tắc và quy định theo yêu cầu của người dùng. Sau đó, UPF thêm ánh xạ luồng QoS, đặt TEID, chèn các quy tắc khác nhau (chẳng hạn như PDR, FAR, URR, v.v.) và một số chính sách liên quan đến phiên vào phiên PDU. Nó cũng tính phí cho mỗi lần trao đổi gói và thêm một ID phiên duy nhất để phân biệt nó với các phiên PDU khác. UPF cũng thêm một số IMSI để xác định UE mà phiên hiện tại thuộc về.
• Ngữ cảnh phiên được chuẩn bị bởi UPF và gửi đến AMF thông qua SMF, sau đó chuyển tiếp nó đến gNB. Nó chứa thông tin như TEID cục bộ của UPF, ngữ cảnh QoS và thông báo giải phóng phiên.

Hình 2. Lưu đồ truyền dữ liệu đầu tiên của User Plane Thiết bị đầu cuối 5G (Thông điệp)

• [2] Quản lý Chính sách QoS (Loại Chính sách)
• [2] Thiết lập Quy tắc Động
• [2] Cập nhật Quy tắc Tĩnh và Động
• [3] Ánh xạ FDR, PDR, QDR, BAR, URR
• [3] Gắn Quy tắc vào Phiên
• [3] Tạo một TEID mới và Chèn nó vào PDR
• [2] Đặt TEID để được Chuyển đến UPF
• [2] Quản lý QoS/Bearer
• [5] Tạo Yêu cầu Phiên
• [9] Cập nhật và Tạo Phiên
• [6] Xử lý Lịch trình Quy tắc
• [7] Nhận Ủy quyền Tính phí
• [2] Khởi tạo Tín dụng Tính phí
• [2] Lấy Tất cả Chính sách Đang hoạt động
• [10] Thiết lập Phiên UPF
• [4] Đọc, Tạo, Cập nhật và Tìm kiếm Phiên
• [8] Đọc và Ghi Phiên, và Xử lý tuần tự và khử tuần tự tất cả các Véc tơ Phiên
• [5] Trạng thái Không hoạt động Khi Phiên PDU Chuyển sang Trạng thái Rảnh
• [6] Xử lý Phản hồi Cập nhật Phiên
• [5] Xử lý các thông báo thiết lập từ AMF (yêu cầu ban đầu hoặc phiên PDU hiện có)
• [3] Cập nhật các thông báo thay đổi trạng thái được gửi đến AMF
• [3] Chuẩn bị phản hồi (ngữ cảnh phiên) để gửi đến AMF để chuyển tiếp đến gNB
• [3] Gửi TEID cục bộ của UPF đến AMF để gNB sử dụng
• [3] Gửi ngữ cảnh QoS thích hợp đến AMF
• [5] Lấy ID phiên PDU từ ngữ cảnh RAT
• [5] Yêu cầu AMF gửi tin nhắn để giải phóng phiên