Présentation du plan utilisateur multi-accès Junos

Le projet de partenariat de 3e génération (3GPP) a introduit l’Epc (Evolved Packet Core) pour l’architecture de réseau central. Comme le montre la figure 1 , les quatre principaux éléments du réseau EPC sont :

• Passerelle de service

• Passerelle PDN (Packet Data Network)

• Entité de gestion de la mobilité (MME)

• Serveur d’abonnés à domicile (HSS)

Figure 1 : Architecture de cœur de paquet évoluée 3GPP

L’équipement utilisateur (UE) dispose d’une connectivité de chemin de contrôle et d’une connectivité de chemin de données vers les éléments du réseau EPC sur les stations de base eNodeB. L’EPC fournit une connectivité de données à des réseaux externes tels qu’Internet.

3GPP TS 29.244 Version 14 a introduit CUPS, qui signifie séparation des plans de contrôle et d’utilisateur. LE CUPS améliore l’architecture pour séparer les fonctionnalités de la passerelle de service (SGW) et de la passerelle PDN (PGW) d’EPC. Comme le montre la figure 2 , le SGW et le PGW de l’EPC peuvent être séparés en fonctions de plan de contrôle et de plan utilisateur. CUPS introduit de nouvelles interfaces, Sxa et Sxb, entre le plan de contrôle et les fonctions de plan utilisateur du SGW et du PGW, respectivement. LE CUPS permet de déployer, d’adapter et d’exploiter séparément les fonctions du plan de contrôle et du plan utilisateur, tout en l’intégrant sur une interface de référence standard.

Figure 2 : architecture CUPS 3GPP version 14

Le plan de contrôle fournit les fonctionnalités suivantes :

• Reçoit les règles et actions du trafic

• Déclenchement de la comptabilité

• Annonces au niveau des sessions

• Reçoit des informations d’utilisation

• Reçoit des informations sur l’état du plan utilisateur

• Intégration northbound au plan de signalisation

• Configure et active les sessions d’interception légale

Le plan utilisateur fournit les fonctionnalités suivantes :

• Encapsulations de tunnel pour abonnés (GTP-U)

• Routage et transfert de paquets

• QoS et mise en mémoire tampon

• Application des stratégies

• Collecte et reporting de statistiques

• Promulgue les demandes d’interception légale

• Services avancés en option

Avec cette séparation fonctionnelle, le plan de contrôle et le plan utilisateur ont des exigences de déploiement très distinctes et peuvent être sur différents sites physiques. Bien que la fonction du plan de contrôle soit très complexe, la fonction de plan utilisateur nécessite une capacité de traitement des paquets élevée et une application riche des stratégies. Vous pouvez distribuer le plan utilisateur plus que le plan de contrôle et le localiser plus près des points d’accès de l’utilisateur final. Cette distribution permet d’augmenter la bande passante par utilisateur tout en offrant une latence plus faible. La séparation des plans de contrôle et des plans utilisateur offre les avantages suivants :

• Évolutivité indépendante du plan utilisateur et du plan de contrôle

• Flexibilité de l’architecture réseau, notamment :

  • Capacité de déploiement de la périphérie jusqu’au cœur.

  • Possibilité de séparer différents types et services de trafic sur différents plans utilisateur tout en conservant un plan de contrôle commun ou unique.

• Flexibilité opérationnelle

• Migration plus facile de la 4G vers les services 5G. Le CUPS est optionnel pour la 4G, mais fait partie intégrante de l’architecture réseau 5G.

Le plan utilisateur multi-accès Junos prend en charge un plan utilisateur SGW (SGW-U) et un plan utilisateur PGW (PGW-U) dans un seul routeur MX Series (voir figure 3). La combinaison SGW-U/PGW-U est appelée SAEGW-U (System Architecture Evolution Gateway-User Plane). Le MX SAEGW de Juniper peut être interopérable avec un SGW-C/PGW-C tiers, appelé SAEGW-C, via une interface Sxab combinée.

Figure 3 : Plan utilisateur multi-accès Junos SAEGW-U

Junos Multi-Access User Plane prend également en charge l’exécution d’un routeur MX en tant que SGW-U autonome ou PGW-U autonome. Un SGW-U autonome permet la 4G mobility service à haut débit (déplacement d’un UE vers un nouvel eNodeB, un nouveau SGW-U ou un nouveau SAEGW-U). Junos Multi-Access User Plane prend en charge les interfaces S5-u et S8-U basées sur GTP-U, qui sont des liaisons entre les équipements SGW-you et PGW-U. Junos Multi-Access User Plane fournit également une fonctionnalité de relais de tunnel pour transférer le trafic du plan utilisateur entre les interfaces S1-you et S5-U/S8-U et entre les interfaces S5-U/S8-you et SGi.

La figure 4 illustre la topologie de base d’exécution des routeurs MX séparément en tant que SGW-you et PGW-you pour permettre la mobilité.

Figure 4 : Plan utilisateur multi-accès Junos SGW-you et PGW-U

SGW-Cs et PGW-Cs gèrent la logistique du transfert ue, y compris la sélection des SGW et PGW. Les SGW-C et PGW-C participent aux échanges de protocoles de contrôle et mettent à jour leurs homologues SGW-U/PGW-U avec tous les attributs nouveaux ou modifiés de la session UE et des détenteurs.

Nous prenons en charge les scénarios de mobilité suivants :

• Passage de main avec eNodeB et sans modification SGW

• Transfert avec changement SGW (transfert direct)

• Transfert avec changement SGW (transfert indirect)

Junos Multi-Access User Plane prend en charge la fonction de plan utilisateur (UPF) 5G en plus des fonctions SAEGW-U/SGW-U/PGW-U (voir figure 5). Junos Multi-Access User Plane prend en charge la transition transparente de la 4G vers les services 5G en prenant en charge les deux réseaux sur le même routeur MX Series avec la même configuration. Junose Multi-Access User Plane prend en charge simultanément les sessions 4G et les sessions 5G.

Figure 5 : Prise en charge des fonctionnalités de plan utilisateur 4G/LTE et 5G

Junos Multi-Access User Plane prend en charge les routeurs MX fonctionnant comme des fonctions de plan utilisateur (UPF) conformément à l’architecture CUPS 3GPP version 15. L’UPF fournit un service sans fil fixe et sans fil mobile 5G haut débit en mode non autonome (NSA).

La figure 6 illustre la topologie de base d’un routeur MX en tant qu’UPF pour activer les services 5G.

Figure 6 : Junos Multi-Access UPF dans l’architecture CUPS 5G

L’architecture du système 5G comprend les fonctions réseau suivantes :

• Fonction serveur d’authentification (AUSF)

• Fonction de gestion des accès et de la mobilité (AMF)

• Réseau de données (DN), par exemple services d’opérateur, accès Internet ou services tiers

• Fonction de sélection des tranches de réseau (NSSF)

• Fonction de contrôle des stratégies (PCF)

• Fonction de gestion des sessions (SMF)

• Gestion unifiée des données (UDM)

• Fonction de plan utilisateur (UPF)

• Fonction d’application (AF)

• Équipement utilisateur (UE)

• (Radio) Réseau d’accès ((R)AN)

La fonction de gestion des sessions (SMF) inclut les fonctionnalités suivantes. Une instance unique d’un SMF peut prendre en charge une partie ou la totalité des fonctionnalités SMF.

• Gestion des sessions, par exemple l’établissement, la modification et la libération des sessions, y compris la maintenance de tunnel entre l’UPF et un nœud RAN

• Allocation et gestion des adresses IP UE (y compris l’autorisation facultative)

• Fonctions DHCPv4 (serveur et client) et DHCPv6 (serveur et client)

• Sélection et contrôle de l’UPF

• Configurez l’orientation du trafic au niveau de l’UPF pour acheminer le trafic vers la destination appropriée

• Fin des interfaces vers des fonctions de contrôle des stratégies

• Collecte de données de facturation et prise en charge des interfaces de charge

• Contrôle et coordination de la collecte des données de facturation au sein de l’UPF

• Fin des messages DES PARTIES SM du NAS

• Notification des données de liaison descendante

• Auteur d’informations SM spécifiques au RAN, envoyées via l’AMF sur le N2 à l’AN

• Déterminer le mode SSC d’une session

• Fonctionnalité d’itinérance :

  • Gérer l’application locale pour appliquer des SLA qoS (VPLMN)

  • Interface de collecte et de charge de données de charge (VPLMN)

  • Prise en charge de l’interaction avec le DN externe pour le transport de la signalisation pour l’authentification/l’autorisation de session PDU par le DN externe

La fonction de plan utilisateur (UPF) inclut les fonctionnalités suivantes. Une instance unique d’un UPF peut prendre en charge une partie ou la totalité des fonctionnalités UPF.

• Point d’ancrage pour la mobilité intra/inter-RAT (le cas échéant)

• Point d’interconnexion de session PDU externe au réseau de données

• Routage et transfert de paquets

• Inspection des paquets

• Le plan utilisateur fait partie de l’application des règles de stratégie, par ex. g. g. redirection, orientation du trafic)

• Rapports d’utilisation du trafic

• Gestion de la QoS pour le plan utilisateur, par ex. application des débits de liaison montante/descendante, marquage réfléchissant de QoS dans le sens de la liaison descendante

• Vérification du trafic de liaison montante (mappage des flux SDF vers QoS)

• Marquage des paquets de niveau de transport dans les directions de la liaison montante et de la liaison descendante

• Mise en mémoire tampon de paquets en liaison descendante et déclenchement de la notification des données en liaison descendante

• Envoi et transfert d’un ou plusieurs messages de marqueurs finaux vers le nœud RAN source

Junos Multi-Access User Plane agit comme l’UPF dans l’architecture CUP 5G et prend en charge les éléments suivants :

• Prise en charge des interfaces N3, N4, N6 et N9
• Itinérance via l’interface N9
• Protocole de tunnelisation GPRS, tunnelisation du plan utilisateur (GTP-U) au plan de contrôle
• Prise en charge de l’ID de flux QoS (QFI) pour les flux QoS 5G

Les interfaces N3, N4 et N6 sont similaires aux interfaces S1-U, Sx et SGi de l’architecture CUP 4G, respectivement. L’interface N9 est similaire à l’interface S5/8-U. L’interface N9 transporte le trafic encapsulé GTP-U et se connecte uniquement d’un UPF à un autre. Dans les scénarios d’itinérance à routage domestique, les points de référence N9 renvoient le trafic du plan utilisateur vers un upF d’ancrage dans le réseau mobile hpLMN (Home Public Land Mobile Network). Le plan utilisateur multi-accès Junos prend en charge un seul point de référence N9 ou un seul point de référence N6 par session PDU.

Dans les réseaux 4G, la qoS est basée sur le porteur, où la cartographie est un à un entre un porteur et un porteur radio. La QoS dans les réseaux 5G est basée sur les flux où un QFI (QoS Flow Identifier) classe et marque les paquets. Plusieurs flux QoS s’mappent à un porteur radio. Chaque flux QoS est associé à deux paramètres, un identifiant QoS 5G (5QI) et une priorité d’allocation et de rétention (ARP).

En résumé, à partir de la version 21.2R1 de Junos OS, le plan utilisateur multi-accès Junos prend en charge quatre modes de fonctionnement différents sur un seul routeur MX :

• SGW-U, où le routeur MX agit comme un SGW-U pour toutes les sessions et se connecte à un SGW-C tiers via une interface Sxa unique et PGW-Us de Juniper ou de tiers sur plusieurs interfaces S5/8-U.

• PGW-U, où le routeur MX agit comme un PGW-U pour toutes les sessions et se connecte à un PGW-C tiers via une seule interface Sxb et SGW-Us de Juniper ou de tiers sur plusieurs interfaces S5/8-U.

• Combined SGW/PGW-U (SAEGW-U), où, en fonction de l’emplacement ue, le routeur MX agit comme un SGW-U pour certaines sessions, un PGW-U pour une autre série de sessions et SAEGW-U pour les sessions restantes. Dans ce mode, le SAEGW-U se connecte à un SAEGW-C sur une seule interface Sxab et à d’autres SGW-Us et PGW-Us de Juniper ou tiers sur plusieurs interfaces S5/8-U.

• UPF, où le routeur MX agit comme un UPF pour toutes les sessions et se connecte à un SMF tiers via une interface N4 unique et à d’autres UFC Juniper ou tiers sur plusieurs interfaces N9.

Junos Multi-Access User Plane prend en charge les éléments de 3GPP TS 29.244 Version 15, y compris la prise en charge des fonctionnalités suivantes :

• PDI Optimization Support— L’optimisation des informations de détection de paquets (PDI) est une fonctionnalité facultative qui permet à la fonction de plan de contrôle (CPF) d’optimiser la signalisation vers l’UPF en combinant les informations communes à plusieurs règles de détection de paquets (PDR) en tant que point de terminaison de trafic avec un ID de point de terminaison de trafic (TEID) puis en se référant à ce point de terminaison de trafic dans la messagerie. L’ID du point de terminaison du trafic est unique au sein d’une session PFCP.

• GTP Path Management— La gestion des chemins GTP indique les battements de cœur et les erreurs sur les interfaces GTP-U. Un pair GTP-U peut envoyer une demande d’écho sur un chemin à un pair GTP-U pour savoir s’il est vivant. Les équipements Junos Multi-Access User Plane prennent en charge la réponse aux demandes d’écho.

• User ID Support: l’ID utilisateur est un élément d’information (IE) pouvant être présent dans une demande d’établissement de session PFCP. Cet IE est utile pour résoudre les problèmes de l’UPF affectant un abonné. L’IE est visible dans la sortie de la show services mobile-edge sessions extensive commande. L’ID utilisateur est un IE facultatif et non critique qui peut être n’importe quelle longueur jusqu’à 16 chiffres ou 8 caractères.

• Transport Level Marking— Pour l’EPC, le SGW et le PGW effectuent le marquage du niveau de transport sur une base par support EPS. Le marquage de niveau de transport est le processus qui consiste à marquer le trafic avec une valeur DSCP basée sur le mappage configuré localement à partir du QCI et éventuellement du niveau ARP. Le CPF peut modifier le marquage du niveau de transport en modifiant le marquage de niveau de transport IE dans la règle d’action de transfert associée (FAR).

  Note:

  Juniper Multi-Access User Plane prend en charge le marquage du niveau de transport par porteur pour les données de liaison descendante uniquement.

  Transport Level Marking— Pour le cœur 5G (5G), le marquage du niveau de transport s’effectue par flux QoS. Le marquage de niveau transport est le processus qui consiste à marquer le trafic au niveau de l’UPF avec une valeur DSCP basée sur le mappage à partir du 5QI, du niveau de priorité (s’il est explicitement signalé) et, éventuellement, du niveau de priorité ARP configuré au niveau du SMF.

• DDOS Support— La gestion des chemins PFCP et GTP prend en charge les DDOS. Pour configurer DDOS pour ces protocoles, consultez protocoles (DDoS) .

• QoS control/enforcement at the bearer level— Pour le contrôle/l’application de la QoS au niveau du porteur, le CPF doit créer les PRD nécessaires pour représenter le flux de données de service, le porteur ou la session. Le CPF doit également créer des QER pour l’application de la QoS de l’agrégation des SDF avec le même porteur.

  Junos Multi-Access User Plane prend en charge l’application de la QoS au niveau du flux de données de service (SDF) ou au niveau du porteur. Si le routeur MX en tant qu’UPF reçoit plusieurs QER pour un porteur, il applique la QoS au niveau du SDF. Si le routeur MX en tant qu’UPF reçoit un QER pour un porteur, il applique la QoS au niveau du porteur.

Le tableau 1 décrit les exigences matérielles et logicielles de la solution Junos Multi-Access User Plane.