BÁO cáo môn học báo HIỆU và điều KHIỂN kết nối đề tài lát cắt mạng, qos và chức năng mạng lõi 5g

Một tính năng nâng cao của mạng lõi đó chính là lát cắt mạng, nó liên quan đến việc tách các phần khác nhau của thiết lập mạng ảo theo các chức năng mà chúng phục vụ cho các ứng dụng và

Trang 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

Trang 2

Nhóm 17 Lát cắt mạng, QoS và chức năng mạng lõi 5G

Mục lục

Phân chia công việc 3

Các thuật ngữ viết tắt 4

Danh sách hình vẽ 6

Lời Mở Đầu 7

Phần 1: Chức năng mạng lõi 5G 8

1.1 Yêu cầu về mạng lõi 8

1.2 Mô hình kết nối 9

1.3 Kiến trúc chức năng mạng lõi 10

1.4 Đường hầm IP 12

1.5 Phiên PDU 14

1.6 Kết luận 18

Phần 2 : QoS và khả năng QoS 19

2.1 Khả năng QoS 19

2.2 Khung kiến trúc QoS 22

2.3 Mặt phẳng điều khiển 22

2.4 Phân loại, đánh dấu và phân biệt QoS 23

2.5 Kiến trúc QoS 3GPP 24

2.6 Tham số QoS 25

2.7 Đặc điểm QoS 27

2.8 Ánh xạ 5QI chuẩn hoá tới đặc tính QoS 30

2.9 Kết luận 31

Trang 3

Phần 3 : Lát cắt mạng 32

3.1 Khái niệm 32

3.2 Yêu cầu đối với lát cắt mạng 33

3.3 Cách xác định lựa chọn 1 lát cắt mạng 34

3.4 Mẫu lát cắt chung 37

3.5 Kết Luận 38

Tài liệu tham khảo 39

Lời cảm ơn 40

2

download by : skknchat@gmail.com

Trang 4

Phân chia công việc

Mạng lõi

QoS

Lát cắt mạng

Trang 5

Các thuật ngữ viết tắt

ARP: Allocation and retention priority

AN: Access network

CN: Core network

HPLM: home public land mobile network

IMT-2020

MDCV: Maximum data burst volume

NFV: Network Function Virtualization

NSSF: Network slice selection function

GBR: Guaranteed bit rate

PDU: Protocol data unit

PER: Packet error rate

P-NEST: Private NEST

QoS ( Quality of Service )

RQA: Reflective QoS attribute

RAN ( Radio Access Network )

4

Trang 6

Nhóm 17

SMF: Session management function

SLA ( Sevice Level Agreement )

SDR: Software defined networking

S-NEST: Standardized NEST

SST: Slice/service type

SD: Slice differentiator

UDM: Unified data management:

UPF: User plane function

UE: User equipment

VPLMN: Visited public land mobile

network

5QI: 5G QoS identifier

Trang 7

Danh sách hình vẽ

Trang 8

Lời Mở Đầu

Công nghệ 5G hiện là công nghệ di động mới nhất sẽ giúp tăng đáng kể tốc độ của mạng không dây hơn những công nghệ khác, và trong mô hình mạng 5G thì mạng lõi là nơi quản lý tất cả các kết nối dữ liệu cho công nghệ này Một tính năng nâng cao của mạng lõi đó chính là lát cắt mạng, nó liên quan đến việc tách các phần khác nhau của thiết lập mạng ảo theo các chức năng mà chúng phục vụ cho các ứng dụng và dịch vụ Với mức lưu lượng trên đường truyền ngày càng tăng một cách nhanh chóng thì một vấn

đề nữa cần được nhắc đến là độ ưu tiên lưu lượng của một hệ thống mạng và cách điều khiển độ ưu tiên này là QoS , nó có vai trò phân phối cung cấp lưu lượng băng thông cho những ứng dụng truyền thông đa phương tiện, đảm bảo việc truyền tín hiệu đều được diễn ra trong một khoảng thời gian tối thiểu.

Trong bài nghiên cứu của nhóm em sẽ đi sâu vào và làm rõ các vấn đề trên Cụ thể như sau:

Phần 1: Mô hình chức năng mạng lõi 5G

Phần 2: QoS và khả năng của QoS

Phần 3: Lát cắt mạng

Trang 9

1.1 Yêu cầu về mạng lõi

Yêu cầu về hoạt động của mạng (IMT-2020):

Tính linh hoạt của mạng và khả năng lập trình: Mạng phải hỗ trợ nhiều loại

thiết bị, người dùng và ứng dụng, với các yêu cầu ngày càng tăng cho mỗi loại

Hội tụ di động cố định: cho phép truy cập thông qua các loại mạng đa truy nhập

theo kiểu tích hợp, liền mạch

Quản lý tính di động nâng cao: Mạng phải hỗ trợ nhiều tùy chọn di động

Khả năng tiếp xúc mạng: Mạng phải cung cấp các cách thức phù hợp để hiển thị

các khả năng của mạng và thông tin liên quan cho các bên thứ ba

Khả năng nhận dạng và xác thực: Cần có một cách tiếp cận thống nhất đối với

cơ chế xác thực và nhận dạng người dùng và thiết bị

Bảo mật và bảo vệ dữ liệu cá nhân: Mạng phải cung cấp các cơ chế hiệu quả để

duy trì tính bảo mật và bảo vệ dữ liệu cá nhân cho các loại thiết bị, người dùng và dịch vụ khác nhau

Báo hiệu hiệu quả: cơ chế báo hiệu cần được thiết kế để giảm thiểu rủi ro kiểm

soát và tắc nghẽn lưu lượng dữ liệu Ngoài ra, mạng nên cung cấp các giao thức và

cơ chế báo hiệu nhẹ để phù hợp với các thiết bị có tài nguyên hạn chế

Kiểm soát chất lượng dịch vụ: Mạng phải hỗ trợ các mức QoS khác nhau cho các

dịch vụ và ứng dụng khác nhau

8

Trang 10

Quản lý mạng: Mạng phải cung cấp một khung quản lý mạng thống nhất

Tính phí: cần hỗ trợ các chính sách và yêu cầu tính phí khác nhau của các nhà

Yêu cầu hiệu quả của mạng: gồm 4 khả năng

Hiệu quả tài nguyên: Mạng 5G cần được tối ưu hóa để hỗ trợ các thiết bị và dịch

vụ đa dạng của người dùng (UE)

Bình diện người dùng hiệu quả: Các ứng dụng dựa trên đám mây có thể liên quan

đến tính toán đáng kể xảy ra ở xa thiết bị của người dùng cuối, với việc truyền dữ liệuđáng kể hoặc nhạy cảm về thời gian Những trường hợp như vậy yêu cầu độ trễ

đầu cuối thấp và tốc độ dữ liệu cao 5G tối ưu hóa hiệu quả bình diện người dùngcho các tình huống như vậy bằng cách định vị các ứng dụng trong môi trường lưutrữ dịch vụ gần với người dùng cuối

Phân phối nội dung hiệu quả: Các dịch vụ dựa trên video, chẳng hạn như phát trực

tiếp và thực tế ảo, có thể tạo ra gánh nặng đáng kể cho mạng di động Để hỗ trợ cácdịch vụ như vậy, mạng 5G nhấn mạnh nội dung vào bộ nhớ đệm càng nhiều càng tốt

ở gần người dùng cuối, chẳng hạn như bằng cách sử dụng điện toán biên đa truy cập

Hiệu suất năng lượng: Đối với thiết bị di động, hiệu suất năng lượng chuyển trực

tiếp thành việc sử dụng pin Do đó, thiết kế 5G phải đặt gánh nặng tín hiệu điều khiển tối thiểu lên các thiết bị như vậy

1.2 Mô hình kết nối

*Mạng 5G hỗ trợ cả mô hình kết nối trực tiếp và gián tiếp cho thiết bị của người dùng (UE)

Trang 11

Kết nối 3GPP trực tiếp: Một ví dụ là cảm biến giao tiếp với máy chủ ứng dụng

hoặc với thiết bị khác thông qua mạng 5G (ví dụ như camera giám sát kết nối không dâyvới 5G)

Kết nối 3GPP gián tiếp: Một ví dụ là thiết bị đeo thông minh kết nối thông qua

điện thoại thông minh với mạng 5G (ví dụ như đồng hồ theo dõi nhịp tim kết nối vớimạng 5 thông qua bluetooth điện thoại)

Kết nối thiết bị trực tiếp: Một ví dụ là thiết bị sinh trắc học giao tiếp trực tiếp với

các thiết bị sinh trắc học khác hoặc với điện thoại thông minh (ví dụ như kết nối giữa thiết

bị theo dõi thể dục và điện thoại thông minh)

Hình 1.1 Các chế độ kết nối cho thiết bị

1.3 Kiến trúc chức năng mạng lõi

10

Trang 12

Hình 1.2 Kiến trúc hệ thống 5G không chuyển vùng

*Tóm tắt chức năng của từng chức năng mạng (NF).

1 Hàm ứng dụng(AF): cung cấp thông tin liên quan đến phiên làm việc để SMF

có thông tin để quản lý, có chức năng của một máy chủ ứng dụng tương tác kiểmsoát các chính sách, truy cập chức năng phơi sáng qua NEF để tương tác các chứcnăng mạng có liên quan

2 Hàm quản lý di động và truy cập cốt lõi (AMF): quản lý định tuyến gói tin,

cung cấp đường truyền tin giữa UE và SMF,chức năng bảo mật AMF nhận và xử

lý các yêu cầu phiên từ UE và mạng vô tuyến đồng thời chuyển tiếp sang cho SMF,

nó xác định SMF nào phù hợp bằng cách truy vấn NRF trong quá trình xác thực

UE nó tương tác với AUSF để lấy thông tin bảo mật

3 Hàm quản lý phiên(SMF): cung cấp kết nối(một phiên PDU) cho UE và điều

khiển kết nối đó(ví dụ như lựa chọn lại các hàm chức năng người dùng và đườngdẫn, thực hiện các chính sách tính phí v.v)

4 Hàm mặt phẳng người dùng(UPF): thực hiện định tuyến và chuyển tiếp lưu

lượng ,xử lý QoS,phân loại các gói tin QoS rồi chuyển các phiên PDU tới UE

Trang 13

5 Hàm kiểm soát chính sách (PCF): kiểm soát và quản lý các quy tắc chính

sách, bao gồm các quy tắc về thực thi QoS tính phí và vận chuyển lưu lượng

7 Hàm máy chủ xác thực(AUSF): cho phép triển khai máy chủ xác thực và là

nơi lưu trữ khóa xác thực

8 Quản lý dữ liệu thống nhất(UDM): chịu trách nhiệm cấp quyền và quản lý

đăng

ký:hoạt động với AMF và AUSF như sau: AMF cung cấp các dịch vụ xác thực, ủyquyền và quản lý tính di động của UE AUSF lưu trữ dữ liệu để xác thực UE vàUDM lưu trữ dữ liệu đăng ký UE

9 Chức năng phơi sáng mạng (NEF): Thể hiện khả năng của các chức năng

mạng và các phần mạng như một dịch vụ cho các bên thứ ba Để hiển thị các khảnăng, NEF lưu trữ thông tin khả năng và cung cấp thông tin đó theo yêu cầu khámphá khả năng

10 Hàm kho lưu trữ mạng(NRF) : Hỗ trợ khám phá và lựa chọn các chức năng

mạng cần thiết (NF), Mỗi cá thể NF tự đăng ký khi được khởi tạo và cập nhật trạngthái của nó (tức là kích hoạt / hủy kích hoạt) để NRF có thể duy trì thông tin về các

cá thể chức năng mạng khả dụng

1.4 Đường hầm IP

Trước khi nói đến phiên, ta cần nói về khái niệm đường hầm IP, các trạmgốc(gNB) được kết nối với mạng lõi và đặc biệt cung cấp các kết thúc quá trình giao tiếpgiữa mặt phẳng người dùng và mặt phẳng điều khiển đối với UE Đó là một kết nối tồn tạigiữa gNB và hai phần tử mạng lõi: ÀM và UPF

Ta có thể xem xét UE muốn gửi một gói IP tới một điểm cuối được gắn với mạnginternet UE giao tiếp với interet qua 3 giai đoạn: (1) từ mạng truy cập vô tuyến (RAN)

12

Trang 14

Trang 15

cung cấp liên kết không dây giữa UE và gNB (2) sử dụng một liên kết , thưởng là đườngdây giữa gNB và mạng lõi (3) sử dụng liên kết từ mạng lõi và điểm cuối trên internet.

Minh họa quá trình truyền một gói IP từ UE UE tạo một gói IP Tiêu đề gói baogồm địa chỉ IP nguồn của UE và địa chỉ IP đích của một điểm cuối trên Internet Gói nàyđược gửi trực tiếp qua RAN tới gNB Tuy nhiên, gNB không có kết nối trực tiếp vớiInternet Thay vào đó, nó có kết nối với mạng lõi — thường là kết nối cáp quang gNBcần gửi gói này đến UPF đang quản lý phiên này cho UE Để thực hiện việc này, gNBđóng gói toàn bộ gói IP từ UE bằng cách thêm một tiêu đề IP mới với địa chỉ IP nguồncủa gNB và địa chỉ IP đích của thực thể UPF được chỉ định cho phiên này Trong thao tácnày, gói IP gốc, bao gồm cả phần đầu của nó, từ UE được coi như một khối dữ liệu chogói IP bên ngoài mới Quá trình này được gọi là đào hầm, và đường dẫn từ gNB đến UPFđược gọi là đường hầm Trong trường hợp này, đường hầm được gọi là đường hầm CN

Trong đường hầm có thể có nhiều đường thông tin, Tiêu đề cho gói đường hầmcũng bao gồm một ID điểm cuối đường hầm (TEID), trong trường hợp này có nhãnTEID_cn5 Sẽ có nhiều UE được kết nối với gNB và mỗi UE sẽ tạo ra một đường hầm

CN (có thể nhiều hơn) cho cùng một UPF Mạng lõi phải có khả năng phân biệt đườnghầm nào thuộc về UE nào và đó là mục đích của TEID

Đường hầm CN là một hướng, cung cấp một đường lên cho UE Để trao đổi dữliệu hai chiều, cần một đường hầm một chiều tương tự, được gọi là đường hầm AN, theohướng đường xuống, UPF sẽ thêm tiêu đề IP đóng gói với một TEID đường hầm AN.Phần đầu bị gNB loại bỏ trước khi gói được chuyển đến UE

13

Trang 16

Hình 1.3 CN tunnels và AN tunnels 1.5 Phiên PDU

Phiên PDU - có thể gọi đơn giản là phiên - là sự liên kết giữa UE và mạng dữ liệucung cấp dịch vụ kết nối PDU Dịch vụ kết nối PDU là một dịch vụ cung cấp việc trao đổicác PDU giữa UE và mạng dữ liệu (ví dụ: Internet)

Trang 17

Hình 1.4 Mô hình kết nối phiên PDU

Để cũng cấp QoS trong phiên PDU , ta có các luồng QoS:

Hình 1.5 Luồng QoS chạy trong phiên PDU

Mỗi luồng QoS trên bình diện người dùng sẽ nhận được một chất lượng dịch vụ cụthể Nhưng chúng ta có thể có lưu lượng truy cập với các yêu cầu QoS khác nhau, cónghĩa là trong phiên PDU có nhiều luồng QoS hoạt động, và để phân biệt giữa chúng ,mỗi luồng QoS sẽ có một ID riêng

Các bước thiết lập một phiên PDU:

Bước 1: Từ UE đến AMF: Để thiết lập phiên PDU mới, UE tạo ID phiên PDU mới và gửi

thông báo chứa yêu cầu thiết lập phiên PDU tới AMF

Bước 2: AMF xác định rằng thông báo tương ứng với một yêu cầu một phiên PDU mới Bước 3: Từ AMF đến SMF: AMF gửi một yêu cầu Nsmf_PDUSession_CreateSMContext

tới SMF

15

Trang 18

Bước 4: Dựa trên dữ liệu do UE cung cấp, SMF giao tiếp với UDM và PCF để lấy thông

tin liên quan cho việc tạo phiên PDU và xác định xem yêu cầu có hợp lệ hay không

Bước 5 Từ SMF đến AMF: Nếu yêu cầu hợp lệ, SMF trả về Phản hồi

Nsmf_PDUSession_CreateSMContext, bao gồm thông tin ngữ cảnh SM

Bước 6 Xác thực / ủy quyền phụ tùy chọn: Nếu phiên yêu cầu xác thực và ủy quyền, điều

này được thực hiện

Bước 7 Mục đích của bước 7 là nhận được chính sách và kiểm soát tính phí (PCC) quy

tắc trước khi chọn phiên bản UPF Bước 7 có hai bước phụ:

Bước 7a SMF chọn một cá thể PCF cho phiên này Sau các yếu tố có thể được

xem xét khi phát hiện và lựa chọn PCF cho một phiên PDU

Bước 7b SMF có thể thực hiện thành lập hiệp hội chính sách SM thủ tục để thiết

lập liên kết chính sách quản lý phiên (SM) với PCF và nhận các quy tắc PCC mặcđịnh cho phiên PDU

Bước 8 Nếu loại yêu cầu trong yêu cầu thiết lập phiên PDU là "Yêu cầu ban đầu", SMF

chọn một hoặc nhiều UPF, nếu cần Đối với phiên PDU loại IP, SMF phân bổ địa chỉ IP(tiền tố) cho phiên PDU Nếu loại yêu cầu là “phiên PDU hiện có,” SMF duy trì cùng mộtđịa chỉ IP (tiền tố) đã được cấp cho UE

Bước 9 SMF có thể thực hiện liên kết chính sách SM do SMF khởi xướng thủ tục sửa đổi

trong trường hợp đáp ứng điều kiện kích hoạt yêu cầu kiểm soát chính sách Yêu cầu kiểmsoát chính sách kích hoạt liên quan đến SMF xác định các điều kiện khi SMF sẽ tương táclại với PCF sau khi thiết lập phiên PDU

Bước 10 SMF bắt đầu một thủ tục thiết lập phiên với UPF đã chọn Điều này liên quan

đến hai bước sau

Bước 10a SMF gửi yêu cầu thiết lập phiên tới UPF và cung cấp các quy tắc phát

hiện gói, thực thi và báo cáo được cài đặt trên UPF cho phiên PDU này

Bước 10b UPF xác nhận bằng cách gửi thiết lập phiên phản ứng.

Trang 19

Bước 11 SMF sang AMF: SMF yêu cầu AMF chuyển SM thông tin cho phiên PDU được

yêu cầu tới UE và AN Bản tin báo hiệu chuyển bản tin SM tới AMF chứa ID phiên PDU,cho phép AMF biết AN nào hướng tới UE sẽ sử dụng

Bước 12 AMF tới AN: AMF gửi thông tin liên quan đến phiên tới AN liên quan đến

thông tin nhận được từ SMF

Bước 13 AN đến UE: AN phân bổ một đường hầm AN (giữa AN gNB và mạng lõi) cho

phiên PDU AN gửi thông tin liên quan đến phiên tới UE có liên quan đến thông tin nhậnđược từ SMF

Bước 14 AN tới AMF: AN gửi một tin nhắn phản hồi tới AMF với Thông tin đường hầm

AN và các thông tin khác liên quan đến SM

Bước 15 AMF tới SMF: AMF chuyển tiếp thông tin SM nhận được từ AN đến SMF

thông qua một bản tin yêu cầu ngữ cảnh

Bước 16 Trao đổi SMF-UPF: SMF bắt đầu sửa đổi phiên quy trình với UPF bằng cách

gửi yêu cầu sửa đổi phiên thông điệp.SMF cung cấp thông tin đường hầm AN cho UPFcũng như các quy tắc chuyển tiếp tương ứng UPF phản hồi SMF bằng thông báo phảnhồi sửa đổi phiên RP-su Sau bước này, UPF cung cấp bất kỳ PDU đường xuống nào cho

UE Nếu đây là một UE đã được xác thực, SMF sẽ đăng ký phiên PDU với UDM bằngcách cung cấp thông tin SM

Bước 16a SMF bắt đầu quy trình sửa đổi phiên với UPF SMF cung cấp thông tin

đường hầm AN cho UPF cũng như các quy tắc chuyển tiếp tương ứng

Bước 17 SMF đến AMF: Nsmf_PDUSession_UpdateSMContext phản hồi (nguyên

nhân): SMF phản hồi yêu cầu ngữ cảnh nhận được từ AMF ở bước 15 Sau bước này,AMF chuyển tiếp các sự kiện có liên quan mà SMF đăng ký (ví dụ: báo cáo vị trí, UE dichuyển vào hoặc ra khỏi khu vực quan tâm)

Bước 18 (Có điều kiện) SMF đến AMF: Nếu bất kỳ lúc nào sau bước 5, PDU thiết lập

phiên không thành công, SMF thông báo cho AMF bằng cách gọi

17

Trang 20

Nsmf_PDUSession_SMContextStatusNotify (phát hành) SMF cũng phát hành bất kỳ(các) phiên nào được tạo, bất kỳ địa chỉ phiên PDU nào, nếu được cấp phát (ví dụ: địa chỉIP) và liên kết với PCF, nếu có Trong trường hợp này, bước 19 bị bỏ qua

Bước 19 SMF đến UE: Trong trường hợp loại phiên PDU IPv6 hoặc IPv4v6, SMF tạo

quảng cáo bộ định tuyến IPv6 và gửi nó đến UE

Bước 20 Nếu UE đã chỉ định hỗ trợ chuyển giao quản lý cổng các thùng chứa thông tin,

SMF thông báo cho PCF rằng một cổng Ethernet có thể quản lý đã được phát hiện SMFcũng bao gồm số cổng, địa chỉ MAC và vùng chứa thông tin quản lý cổng

Bước 21 Nếu thiết lập phiên PDU không thành công sau bước 4, SMF hủy đăng ký việc

sửa đổi dữ liệu đăng ký SM

Mục tiêu của việc thiết lập phiên PDU của UE là thiết lập luồng QoS mặc địnhgiữa UE và mạng dữ liệu (DN) Sau đó, UE có thể sử dụng luồng QoS mặc định bên trongphiên PDU đã thiết lập để trao đổi lưu lượng với DN Trong 5G, luồng QoS là mức độ chitiết thấp nhất của luồng lưu lượng nơi QoS và tính phí có thể được áp dụng

1.6 Kết luận

Phần 1 đã trình bày các vấn đề về mạng lõi 5G , khái niệm và các hàm chức năngcùng với phiên làm việc 1.1 đã đưa ra được những yêu cầu cơ bản và yêu cầu về hoạtđộng của mạng do 3GPP đặt ra, sau đó 1.2 đã đưa ra mô hình kết nối của 5G ,1.3 chochúng ra kiểm tra kiến trúc chức năng của mạng lõi, kế đến là giải thích về khái niệmđường hầm trong mạng 5G và cuối cùng đó chính là khía cạnh hoạt động chính của mạnglõi, đó là thiết lập phiên làm việc PDU

Trang 21

Phần 2 : QoS và khả năng QoS2.1 Khả năng QoS

Khả năng QoS và SLA đi kèm phục vụ hai mục đích:

Cho phép các mạng cung cấp các mức QoS khác nhau cho khách hàng trên cơ sở yêu cầu của khách hàng

Phân bổ tài nguyên mạng hiệu quả, phát huy tối đa dung lượng hiệu quả

ITU-T Y.3106 (Yêu cầu chức năng về chất lượng dịch vụ đối với mạng IMT-2020, Tháng

4năm 2019) xác định quy trình quản lý vòng đời QoS bao gồm toàn bộ phạm vi khả năngliên quan đến việc cung cấp QoS ( Hình 2.1 )

Hình 2.1: Khả năng QoS Cấp cao của Mạng IMT-2020

BẢNG 2.1 Danh mục quản lý QoS ( 4 loại )

QoS lập kế hoạch Quá trình xác định các cơ chế và dịch vụ được thực hiện trên mạng

19

Định dạng
Số trang	43
Dung lượng	544,93 KB