Llamada 5G – Establecimiento del plano de usuario UPF y transmisión de datos

La función del plano de usuario (UPF) es una de las funciones de red (NF) más importantes en la red central 5G. Es la segunda unidad funcional de red con la que la red de radio (RAN) interactúa durante los flujos PDU en 5G (NR). Como elemento clave en la evolución de la separación del plano de control y del plano de usuario (CUPS), la UPF es responsable de inspeccionar, enrutar y reenviar paquetes dentro de los flujos QoS en las políticas de suscripción. Utiliza el SMF para enviar plantillas SDF a través de la interfaz N4 para hacer cumplir las reglas de tráfico de enlace ascendente (UL) y enlace descendente (DL). Cuando finaliza el servicio correspondiente, la UPF asigna o termina los flujos QoS en la sesión PDU.

I. Establecimiento del plano de usuarioAl acceder inicialmente al sistema 5G, el terminal (UE) necesita establecer un canal de plano de usuario con el centro de datos de acuerdo con la guía del plano de control para la transmisión de datos de servicio. Durante este proceso:

• Cuando el terminal (UE) quiere acceder a la red 5G, primero se somete a un proceso de registro. Después de completar todos los procedimientos del plano de control, el SMF procesa toda la información relacionada con la sesión durante la fase de establecimiento del plano de usuario. El AMF solicita el DL TEID (Identificador de equipo terminal) de todas las sesiones PDU pasadas al SMF. El SMF luego selecciona la mejor UPF para el UE dentro del rango especificado y envía una solicitud de establecimiento de sesión que contiene todos los parámetros para el establecimiento de la sesión PDU predeterminada.
• Posteriormente, se crea un flujo QoS predeterminado de sesión (no GBR) para intercambiar con la red de datos (DN) para el tráfico. El tráfico de servicio incluye una ruta más larga para calcular la latencia y mantener el tráfico.

Figura 1. Proceso de establecimiento del plano de usuario del terminal 5G (Mensajes)

• [5] Nueva solicitud de establecimiento de UE, requiere la creación del contexto de sesión
• [1] Establecer la dirección UPF
• [5] [10] Solicitud para crear una sesión con UPF
• [3] Respuesta del contexto de sesión
• [4] [5] Obtener la actualización de la sesión predeterminada
• [3] QoS predeterminado, AMBR
• [3] Agregar reglas PDR de enlace descendente y enlace ascendente predeterminadas para IMSI

II. Primera transmisión de datos de enlace ascendente/enlace descendenteCuando ocurre la transmisión de datos real (es decir, datos de enlace ascendente o enlace descendente), el AMF envía otro Solicitud de contexto SM al SMF, en la que:

• El SMF envía una solicitud de modificación de sesión que contiene información relacionada con el tipo de sesión solicitado.
• La UPF establece una sesión PDU dentro de las reglas y regulaciones de acuerdo con los requisitos del usuario. La UPF luego agrega el mapeo de flujo QoS, establece el TEID, inserta varias reglas (como PDR, FAR, URR, etc.) y algunas políticas relacionadas con la sesión a la sesión PDU. También factura cada intercambio de paquetes y agrega un ID de sesión único para distinguirlo de otras sesiones PDU. La UPF también agrega un número IMSI para identificar el UE al que pertenece la sesión actual.
• El contexto de la sesión es preparado por la UPF y enviado al AMF a través del SMF, que luego lo reenvía al gNB. Contiene información como el TEID local de la UPF, el contexto QoS y el mensaje de liberación de la sesión.

Figura 2. Flujo de primera transmisión de datos del plano de usuario del terminal 5G (Mensaje)

• [2] Gestión de políticas QoS (Tipo de política)
• [2] Configuración dinámica de reglas
• [2] Actualización de reglas estáticas y dinámicas
• [3] Mapeo FDR, PDR, QDR, BAR, URR
• [3] Adjuntar reglas a la sesión
• [3] Creación de un nuevo TEID e inserción en el PDR
• [2] Establecer el TEID para que se pase a UPF
• [2] Gestión de QoS/portador
• [5] Creación de una solicitud de sesión
• [9] Actualización y creación de una sesión
• [6] Manejo de la programación de reglas
• [7] Recepción de autorización de cobro
• [2] Inicialización de créditos de cobro
• [2] Obtención de todas las políticas activas
• [10] Configuración de la sesión UPF
• [4] Lectura, creación, actualización y búsqueda de sesiones
• [8] Lectura y escritura de sesiones, y serialización y deserialización de todos los vectores de sesión
• [5] Estado inactivo cuando la sesión PDU se mueve al estado inactivo
• [6] Manejo de la respuesta de actualización de sesión
• [5] Procesar mensajes de configuración del AMF (solicitud inicial o sesión PDU existente)
• [3] Actualizar las notificaciones de cambio de estado enviadas al AMF
• [3] Preparar respuestas (contexto de sesión) para enviar al AMF para reenviar al gNB
• [3] Enviar el TEID local de la UPF al AMF para que lo use el gNB
• [3] Enviar el contexto QoS apropiado al AMF
• [5] Obtener el ID de sesión PDU del contexto RAT
• [5] Solicitar al AMF que envíe un mensaje para liberar la sesión