Junos マルチアクセス ユーザー プレーンの概要
導入
第 3 世代パートナーシップ プロジェクト(3GPP)は、コア ネットワーク アーキテクチャ向けに Evolved Packet Core(EPC)を発表しました。 図 1 に示すように、4 つの主要な EPC ネットワーク要素は次のとおりです。
サービス ゲートウェイ
パケット データ ネットワーク(PDN)ゲートウェイ
モビリティ管理エンティティ(MME)
ホーム 加入者サーバー(HSS)
ユーザー機器(UE)は、eNodeB ベース ステーションを介して EPC ネットワーク要素への制御パス接続とデータ パス接続を備えています。EPCは、インターネットなどの外部ネットワークにデータ接続を提供します。
3GPP TS 29.244 リリース 14 では、制御プレーンとユーザー プレーンの分離の略である CUPS が導入されました。CUPS は、EPC のサービング ゲートウェイ(SGW)と PDN ゲートウェイ(PGW)の機能を分離するためのアーキテクチャ強化を提供します。 図 2 に示すように、SGW と EPC の PGW の両方を、制御プレーンとユーザー プレーンの機能に分離できます。CUPS は、SGW と PGW の制御プレーン機能とユーザー プレーン機能の間に、Sxa と Sxb の新しいインターフェイスを導入します。CUPS では、標準的なリファレンス インターフェイス上で統合しながら、コントロール プレーンとユーザー プレーンの機能を個別に導入、拡張、操作できます。
コントロール プレーンは、以下の機能を提供します。
トラフィックルールとアクションを受信
アカウンティングのトリガー
セッションレベルのお知らせ
使用状況情報を受信
ユーザー プレーンのステータス情報を受信します。
シグナリング プレーンとのノースバウンドインテグレーション
合法的な傍受セッションを構成し、有効にする
ユーザー プレーンは、以下の機能を提供します。
加入者トンネルカプセル化(GTP-U)
パケット ルーティングと転送
QoS とバッファリング
ポリシー適用
統計の収集とレポート
合法的傍受要求を定める
オプションの高度なサービス
この機能を分離することで、制御プレーンとユーザー プレーンの導入要件は非常に明確になり、物理的な異なる場所に配置できます。コントロール プレーン機能は非常に複雑ですが、ユーザー プレーン機能には高いパケット処理能力と豊富なポリシー適用が必要です。ユーザープレーンを制御プレーンよりも分散させ、エンドユーザーアクセスポイントの近くでユーザープレーンを見つけることができます。この分散によって、1 ユーザー当たりの帯域幅が高くなる一方で、遅延も低減します。制御プレーンとユーザー プレーンの分離には、次のようなメリットがあります。
ユーザープレーンとコントロールプレーンの独立したスケーリング
ネットワーク アーキテクチャの柔軟性には、以下が含まれます。
エッジからコアへの導入が可能。
共通または単一の制御プレーンを維持しながら、異なるユーザープレーン間で異なるトラフィックタイプとサービスを分離する機能。
柔軟な運用
4Gサービスから5Gサービスへの移行が容易CUPS は 4G ではオプションですが、5G ネットワーク アーキテクチャの不可欠な部分です。
Junos マルチアクセス ユーザー プレーンは、単一の MX シリーズ ルーターで SGW ユーザー プレーン(SGW-U)と PGW ユーザー プレーン(PGW-U)を組み合わせてサポートします( 図 3 を参照)。SGW-U/PGW-Uを組み合わせたSGW-UはSAEGW-U(システム・アーキテクチャ・エボリューション・ゲートウェイ・ユーザープレーン)と呼ばれています。ジュニパーのMX SAEGW-YOUは、サードパーティ製のSGW-C/PGW-C(SAEGW-Cと呼ばれる)と、組み合わせたSxabインターフェイスを介して相互運用できます。
ジュニパーのMX SAEGW-Uは、3GPP TS 29.244で規定されているとおり、パケット転送制御プロトコル(PFCP)を介して、Sxabインターフェイスを介してサードパーティのSAEGW-Cと通信します。
Junosマルチアクセスユーザープレーンは、スタンドアロンのSGW-UまたはスタンドアロンのPGW-UとしてMXルーターを実行することもサポートしています。スタンドアロンの SGW-U では、高スループットの 4G mobility service を実現します(UE を新しい eNodeB、新しい SGW-U、または新しい SAEGW-U に再配置)。Junos マルチアクセス ユーザー プレーンは、SGW-you デバイスと PGW-U デバイス間のリンクである GTP-U ベースの S5-u および S8-U インターフェイスをサポートします。また、Junosマルチアクセスユーザープレーンは、S1-youインターフェイスとS5-U/S8-Uインターフェイス間、およびS5-U/S8-youインターフェイスとSGiインターフェイス間でユーザープレーントラフィックを転送するトンネルリレー機能も提供します。
図 4 は、MX ルーターを SGW-you と SGW-you と個別に実行し、PGW-you でモビリティを有効にする基本的なトポロジーを示しています。
SGW-Cs、PGW-Csは、SGW/PGW選択を含む、UEハンドオーバの物流業務を行っています。SGW-CとPGW-Cは、コントロールプロトコル交換に参加し、UEセッションとベアラーの新しい属性または変更された属性を持つSGW-U/PGW-U対応の値を更新します。
ジュニパーは、以下のモビリティーシナリオをサポートしています。
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eNodeB によるハンドオーバと SGW 変更なし
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SGW変更による引き渡し(ダイレクトフォワーディング)
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SGW変更による引き渡し(間接転送)
Junosマルチアクセスユーザープレーンは、SAEGW-U/SGW-U/PGW-U機能に加えて、5Gユーザープレーン機能(UPF)をサポートしています( 図5を参照)。Junosマルチアクセスユーザープレーンは、同じ設定の同じMXシリーズルーター上の両方のネットワークをサポートすることで、4Gサービスから5Gサービスへのシームレスな移行をサポートします。Junoseマルチアクセスユーザープレーンは、4Gセッションと5Gセッションを同時にサポートします。
のサポート
Junos マルチアクセス ユーザー プレーンは、3GPP リリース 15 CUPS アーキテクチャに従って、ユーザー プレーン機能(UPF)として機能する MX ルーターをサポートしています。UPFは、非スタンドアロン(NSA)モードで、高スループットの5G固定無線およびモバイル無線サービスを提供します。
図 6 は、5G サービスを有効にするために MX ルーターを UPF として実行する基本的なトポロジーを示しています。
の Junos マルチアクセス UPF
5Gシステムアーキテクチャは、以下のネットワーク機能で構成されています。
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認証サーバー機能(AUSF)
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アクセスおよびモビリティ管理機能(AMF)
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オペレータサービス、インターネットアクセス、サードパーティーサービスなどのデータネットワーク(DN)
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ネットワーク スライス選択機能(NSSF)
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ポリシー制御機能(PCF)
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セッション管理機能(SMF)
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統合データ管理(UDM)
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ユーザー プレーン機能(UPF)
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AF(アプリケーション機能)
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ユーザー機器(UE)
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(無線)アクセス ネットワーク(R)AN
セッション管理機能(SMF)には、以下の機能が含まれています。SMF の単一インスタンスは、SMF 機能の一部またはすべてをサポートできます。
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セッション管理(セッション確立、修正、リリースなど)(UPFノードとRANノード間のトンネルメンテナンスを含む)
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UE IP アドレスの割り当てと管理(オプションの許可を含む)
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DHCPv4(サーバーとクライアント)およびDHCPv6(サーバーおよびクライアント)機能
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UPF の選択と制御
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UPF でのトラフィック ステアリングを設定して、トラフィックを適切な宛先にルーティングする
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ポリシー制御機能へのインターフェイスの終了
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課金データ収集および課金インターフェイスのサポート
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UPFでの課金データ収集の制御とコーディネーション
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NASメッセージのSMパーツの終端
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ダウンリンクデータ通知
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AMF over N2 を介して AN に送信される RAN 固有の SM 情報のイニシエーター
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セッションのSSCモードの決定
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ローミング機能:
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ローカルでの適用を処理して、QoS SLA(VPLMN)を適用する
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VPLMN(Charging Data Collection and Charging Interface)
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外部 DN による PDU セッション認証/許可のシグナリングのトランスポートに対する外部 DN との相互作用のサポート
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ユーザー プレーン機能(UPF)には、次の機能が含まれています。UPF の単一インスタンスは、UPF 機能の一部またはすべてをサポートできます。
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RAT 内/ラット間モビリティーのアンカー ポイント(該当する場合)
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データ ネットワークへの外部 PDU セッション 相互接続ポイント
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パケット ルーティングと転送
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パケット インスペクション
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ポリシー ルール適用のユーザー プレーン部分(ゲート設定、リダイレクト、トラフィック ステアリングなど)
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トラフィック使用状況レポート
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ユーザー プレーンの QoS 処理(アップリンク/ダウンリンク レート適用、ダウンリンク方向の反射 QoS マーキングなど)
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アップリンク トラフィック検証(SDF から QoS フロー マッピング)
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アップリンクとダウンリンク方向のトランスポートレベルパケットマーキング
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ダウンリンクパケットバッファリングとダウンリンクデータ通知トリガー
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1 つ以上のエンド マーカー メッセージをソース RAN ノードに送信および転送する
Junosマルチアクセスユーザープレーンは、5G CUPアーキテクチャでUPFとして機能し、以下のサポートが含まれます。
- N3、N4、N6、N9インターフェイスのサポート
- N9 インターフェイスを介したローミング
- GPRS トンネリング プロトコル、制御プレーンへのユーザー プレーン(GTP-U)トンネリング
- 5G QoS フローに対する QoS フロー ID(QFI)のサポート
N3、N4、N6インターフェイスは、4G CUPアーキテクチャのS1-U、Sx、SGiインターフェイスとそれぞれ似ています。N9 インターフェイスは、S5/8-U インターフェイスと似ています。N9インターフェイスは、GTP-Uカプセル化トラフィックを伝送し、あるUPFから別のUPFにのみ接続します。ホームルーティングローミングシナリオでは、N9のリファレンスポイントが、ホームパブリックランドモバイルネットワーク(HPLMN)内のアンカーUPFにユーザープレーントラフィックを伝送します。Junos マルチアクセス ユーザー プレーンは、PDU セッションごとに単一の N9 リファレンス ポイントまたは単一の N6 リファレンス ポイントのいずれかをサポートします。
4G ネットワークの QoS はベアラーベースで、マッピングはベアラーと無線ベアラーの間で 1 対 1 です。5GネットワークのQoSは、QFI(QoSフロー識別子)がパケットを分類してマークするフローベースです。複数の QoS フローが無線ベアラーにマッピングされます。各 QoS フローは、5G QoS 識別子(5QI)と割り当ておよび保持優先度(ARP)の 2 つのパラメーターに関連付けられています。
要約すると、Junos OSリリース21.2R1以降、Junosマルチアクセスユーザープレーンは、単一のMXルーターで4つの異なる動作モードをサポートしています。
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SGW-U:MXルーターがすべてのセッションでSGW-Uとして機能し、単一のSxaインターフェイスと、複数のS5/8-Uインターフェイス上でジュニパーまたはサードパーティのPGW-Usを介してサードパーティのSGW-Cに接続します。
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PGW-U:MX ルーターがすべてのセッションで PGW-U として機能し、単一の Sxb インターフェイスを介してサードパーティーの PGW-C に接続し、複数の S5/8-U インターフェイス上でジュニパーまたはサードパーティーの SGW-Us に接続します。
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Combined SGW/PGW-U (SAEGW-U)は、UEの場所に応じて、MXルーターは一部のセッションではSGW-U、別のセッションセットではPGW-U、残りのセッションにはSAEGW-Uとして機能します。このモードでは、SAEGW-Uは、単一のSxabインターフェイスを介してSAEGW-C、および複数のS5/8-Uインターフェイス上で他のジュニパーまたはサードパーティのSGW-UsおよびPGW-Usに接続します。
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UPF:MXルーターがすべてのセッションのUPFとして機能し、単一のN4インターフェイスを介してサードパーティのSMFや、複数のN9インターフェイス上の他のジュニパーまたはサードパーティのUPFに接続します。
3GPP TS 29.244 リリース 15 のサポート
Junos マルチアクセス ユーザー プレーンは、3GPP TS 29.244 リリース 15 の要素をサポートし、以下の機能をサポートしています。
PDI Optimization Supportパケット検出情報(PDI)の最適化は、コントロールプレーン機能(CPF)がトラフィックエンドポイントとして複数のパケット検出ルール(PDU)に共通する情報とトラフィックエンドポイントID(TEID)を組み合わせ、メッセージングでこのトラフィックエンドポイントを参照することで、UPFに向けたシグナリングを最適化できるようにするオプション機能です。トラフィックエンドポイントIDは、PFCPセッション内で一意です。
GTP Path Management-GTP パス管理は、GTP-U インターフェイス上でハートビートとエラー表示を提供します。GTP-U ピアは、GTP-U ピアにパス上のエコー要求を送信して、そのピアが生きているかどうかを確認できます。Junosマルチアクセスユーザープレーンデバイスは、エコー要求への応答をサポートしています。
User ID Support—ユーザーIDは、PFCPセッション確立要求に存在できる情報要素(IE)です。この IE は、加入者に影響を与える UPF の問題をトラブルシューティングするのに役立ちます。IE は、 コマンドの出力
show services mobile-edge sessions extensiveに表示されます。ユーザー ID は、任意の非重要 IE で、任意の長さは最大 16 桁または 8 文字です。Transport Level Marking—EPC の場合、SGW と PGW は、EPS ベアラーごとにトランスポート レベル マーキングを実行します。トランスポートレベルマーキングは、QCIからローカルに設定されたマッピングとオプションでARPレベルに基づいて、DSCP値でトラフィックをマーキングするプロセスです。CPF は、関連する転送アクション ルール(FAR)でトランスポート レベル マーキング IE を変更することで、トランスポート レベル マーキングを変更できます。
メモ：ジュニパーのマルチアクセスユーザープレーンは、ダウンリンクデータに対してのみベアラーごとのトランスポートレベルマーキングをサポートしています。
Transport Level Marking—5GC(5G コア)では、トランスポート レベル のマーキングは QoS フローごとに行われます。トランスポート レベル マーキングは、5QI からのマッピング、優先度レベル(明示的にシグナリングされている場合)、およびオプションで SMF で設定された ARP 優先度レベルに基づいて、UPF でトラフィックを DSCP 値でマーキングするプロセスです。
DDOS Support-PFCP および GTP パス管理に対して DDOS サポートが提供されます。これらのプロトコルに対してDDOSを設定するには、 プロトコル(DDoS) を参照してください。
QoS control/enforcement at the bearer level—ベアラー レベルでの QoS 制御/適用の場合、CPF はサービス データ フロー、ベアラー、またはセッションを表すために必要な PRD を作成する必要があります。また、CPF は、同じベアラーを持つ SDF の集約の QoS 適用のために QER を作成する必要があります。
Junos マルチアクセス ユーザー プレーンは、サービス データ フロー(SDF)レベルまたはベアラー レベルでの QoS 適用をサポートします。UPF としての MX ルーターがベアラーに対して複数の QER を受信した場合、SDF レベルで QoS が適用されます。UPF としての MX ルーターがベアラーに対して 1 つの QER を受信した場合、ベアラー レベルで QoS を適用します。
ハードウェアとソフトウェアの要件
このセクションでは、Junosマルチアクセスユーザープレーンの実装に必要なMXシリーズのハードウェアとソフトウェアの要件を示します。
表 1 は、Junos マルチアクセス ユーザー プレーン ソリューションのハードウェアとソフトウェアの要件を示しています。
Junos OS リリース |
サポートされているプラットフォーム |
アンカー PFE インターフェイスをサポートするライン カード |
シグナリング、イングレス、エグレスインターフェイスをサポートするラインカード |
サポートされているルーティング エンジン |
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| Junos OS リリース 19.4R1 以降 |
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| Junos OS リリース 20.2R1 以降 |
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| Junos OS リリース 22.3R1 以降 |
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メモ：
1 つの MPC7 ライン カードに、最大 2 つのアンカー PFE インターフェイスが含まれています。
メモ：
MX204ルーターは、GRESまたはAPFE冗長性をサポートしていません。 |
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