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[5GC]《5G核心网-赋能数字化时代》| 6.4高效的用户面连接机制

时间:2024-03-08 18:35:12

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[5GC]《5G核心网-赋能数字化时代》| 6.4高效的用户面连接机制

6.4.1. 概述

5GC会话管理的一个重要目的是什么?

可以简单地说,是提供一个高效的方案,把报文转发出去。这听起来很简单。

但是这样的解决方案又是很灵活的,根据不同场景,我们可以设计出不同的方案。

还有各种工具套装来满足多种多样的需求,并没有固定标准。

一个最基本的工具:UPF选择工具(PDU会话建立过程中)

该工具能够通过SMF选择到离UE最近的UPF另一个工具:UP移动性工具

依赖UPF重选择功能,当用户从一处移动到另一处时使用,或者用户开启了特殊要求的应用(此时必须选择到新的具有特殊性能的UPF,例如具有低时延特性的UPF)

6.4.2. SSC(Service and Session Continuity)模式

6.4.2.1. 概述

PSA UPF的概念很重要,全称是PDU Session Anchor UPF

当我们创建了PDU会话时,就会产生这样一个IP锚点

UE的位置:选择PSA UPF应优先考虑距离UE最近的UPF

UE IP的变化:当UE位置发生变化时,应该依据应用和服务的特性来决定是否要改变PSA UPF,因为这会发生UE IP的改变。

为了迎合各种应用对不同IP地址间的移动性,5GS支持差分化的SSC

SSC模式的选择:由SMF来选择,依据以下三个来源:

用户的订阅信息中允许使用的SSC模式特定PDU会话允许使用的SSC模式UE请求使用的SSC模式

三种SSC模式如下图所示:

6.4.2.2. SSC 模式1

在整个PDU会话的生命周期中,可以不改变UE的IP地址

这种模式有更好的连续性,适合那些对连续性有要求的应用

6.4.2.3. SSC 模式2

工作机制是“break-before-make”

在切换过程中需要将原有的会话释放掉,重新选择SMF和UFP后创建一个新的会话,因此切换过程会导致短暂的业务中断

整个过程需要保证DNN和S-NSSAI不变

但是UE IP的IP地址将发生变化

因此该模式适合那些可以容忍业务瞬断的应用

6.4.2.4. SSC 模式3

这种模式跟SSC 模式2类似,允许PSA UPF在切换中发生改变,但是做出了优化,在切换过程中应用不会感知业务的中断,因为该模式的工作机制是“make-before-break”,即先创建后释放

SSC模式3 可以通过一下两种方式实现

多PDU会话:在释放原来的会话之前SMF会通知UE通过新的PSA UPF先建立一个新的会话到原来的DNIPv6多归属:和多PDU会话的方式一致,唯一的不同点是在该方式下参与切换的设备都是用IPv6地址

该模式下同样会导致UE IP和前缀的改变,因此同样需要PDU会话时基于的IP的

6.4.3. 将流量选择性地路由到某个DN

6.4.3.1. 概述

PDU会话可以有不止一个PSA UPF,和不止一个N6接口

一个本地PSA UPF可以将数据包转发到本地的边缘站点,同时也可以转发到数据中心或互联网的对等体

这种功能使边缘计算成为可能

实现该功能的方式有2种,接下来分别对其进行描述

6.4.3.2. 上行链路分类器

ULCL简介

ULCL是一种UPF支持的功能,可以将数据流分流到不同的PSA UPF

ULCL节点可以将上行流量分流发送给不同的PSA,将下行流量汇聚发送个UE

流量探测和转发规则:这取决于SMF提供的流量过滤器

流量测量:ULCL节点受控于SMF,进行计费和带宽调整

不同的流量类型:IPv4,IPv6,IPv4v6和Ethernet

SMF对ULCL流程的控制

SMF决定进行分流时,会在数据链路中插入一个ULCL节点和一个新增的PSA

SMF的控制行为何时发生:PDU的整个生命周期中

新增PSA的部署模式:collocated和standalone,也就是说可以和ULCL节点共用设备或者单独部署在一台硬件上

当ULCL不再被需要时:由SMF来判断并移除ULCL节点

从UE的视角看整个过程:UE根本看不见,也不参与

6.4.3.3. IPv6多归

和ULCL(IPv4)不同的地方在于,一个PDU会话的IPv6多归中的分流会有多个UE IP参与,不同的PSA UPF服务不同的IPv6,属于一对一的关系

在这个功能中和ULCL相似的节点成为BP(Branching Point)

当启用BP时,UE来选择应该使用哪个IPv6地址前缀作为up-link source IP

SMF通过Router Advertisement messages来配置UE中某个应用对应的IPv6地址

BP和ULCL的关键区别就是UE会在BP场景中选择转发路径

在这种特性的前提下,就不难理解,BP功能同时实现了IPv6多归属,和SSC 模式3

6.4.4. 应用对路由的影响

Application Function简称AF,AF和SSC模式以及ULCL/BP相关,但又是不同的概念,下面对比一下两者之间的不同

SSC模式和ULCL/BP是一种用户层面的路由机制,帮助我们实现高效建立用户面路径;AF则是控制层面的概念,它决定了如何使用SSC等路由机制

作为控制面功能,AF是一种提供某种输入的角色,AF将规则提供给核心网,告知核心网应当如何转发某条流量。然后核心网决定应当使用UPF选择器SSC模式ULCL还是IPv6多归来进行路由

AF通过两种方式发送请求:

直接发送给PCF通过NEF发送给PCF(NEF可以将外部标识映射成内部标识)

AF能够提供的信息包括:

Traffic descriptorDNAI(Data Network Access Identifier)UE IDN6 traffic routing informationSpatial and temporal validity conditions

分别解释一下上面列出的信息

Traffic descriptor:IP过滤器 或 APP ID

DNAI:本质上是一个ID,代表了一个DN的入口。可以指向部署某特定APP的数据网络

UE ID:目标UE所在GPSI或UE group identifier

N6 traffic routing information:目标DN的IP地址(和端口号)

Spatial and temporal validity conditions:时空有效条件。AF请求应当生效的时间间隔和地理区域

当PCF收到以上这些消息后会创建一个PCC规则,然后将规则发送给SMF。SMF将依据PCC规则发起转发动作(例如,插入ULCL,利用SSC模式2或模式3触发PSA重定位,或者其他动作)。

如下图所示,以ULCL插入为例,描述某条特定流量是如何依据指定规则被转发到本地数据中心的

AF也可以请求订阅来自SMF的消息,来获知UPF相关事件的发生,比如当一个ULCL被插入,或者SSC模式2或模式3被触发。通知方式有两种:

在事件发生前一瞬间通知在事件已经发生时通知

这种通知将能够使AF在应用层面发起相应动作,例如重定位应用状态 或者处理UE IP地址的变化

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