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Junos Multi-Access User Plane 개요

소개

3GPP(3rd Generation Partnership Project)는 코어 네트워크 아키텍처를 위한 EPC(Evolved Packet Core)를 도입했습니다. 그림 1 에서 볼 수 있듯이 4가지 주요 EPC 네트워크 요소는 다음과 같습니다.

  • 서빙 게이트웨이

  • 패킷 데이터 네트워크(PDN) 게이트웨이

  • MME(Mobility Management Entity)

  • 홈 가입자 서버(HSS)

그림 1: 3GPP Evolved 패킷 코어 아키텍처 3GPP Evolved Packet Core Architecture

UE(User Equipment)는 eNodeB 기지국을 통해 EPC 네트워크 요소에 대한 제어 경로 연결 및 데이터 경로 연결을 갖습니다. EPC는 인터넷과 같은 외부 네트워크에 대한 데이터 연결을 제공합니다.

3GPP TS 29.244 Release 14는 Control and User Plane Separation의 약자인 CUPS를 도입했습니다. CUPS는 EPC의 서빙 게이트웨이(SGW)와 PDN 게이트웨이(PGW)의 기능 분리를 위한 아키텍처 개선 사항을 제공합니다. 그림 2 에서 볼 수 있듯이 EPC의 SGW와 PGW는 모두 컨트롤 플레인과 사용자 플레인 기능으로 분리할 수 있습니다. CUPS는 각각 SGW와 PGW의 컨트롤 플레인과 사용자 플레인 기능 사이에 새로운 인터페이스인 Sxa와 Sxb를 도입합니다. CUPS를 사용하면 컨트롤 플레인 및 사용자 플레인 기능을 별도로 배치, 확장 및 운영할 수 있으며 표준 참조 인터페이스를 통해 통합할 수 있습니다.

그림 2: 3GPP Release 14 CUPS 아키텍처 3GPP Release 14 CUPS Architecture

컨트롤 플레인은 다음과 같은 기능을 제공합니다.

  • 트래픽 규칙 및 작업을 수신합니다.

  • 트리거 어카운팅

  • 세션 수준 공지 사항

  • 사용 정보를 수신합니다

  • 사용자 평면 상태 정보를 수신합니다

  • 신호 플레인과의 노스바운드 통합

  • Lawful Intercept 세션 구성 및 활성화

사용자 평면은 다음과 같은 기능을 제공합니다.

  • 가입자 터널 캡슐화(GTP-U)

  • 패킷 라우팅 및 전달

  • QoS 및 버퍼링

  • 정책 시행

  • 통계 수집 및 보고

  • 합법적 감청 요청 시행

  • 고급 서비스(선택 사항)

이러한 기능 분리를 통해 컨트롤 플레인과 사용자 플레인은 매우 뚜렷한 구축 요구 사항을 가지며 서로 다른 물리적 위치에 있을 수 있습니다. 컨트롤 플레인 기능은 매우 복잡하지만 사용자 플레인 기능에는 높은 패킷 처리 능력과 풍부한 정책 시행이 필요합니다. 컨트롤 플레인보다 사용자 플레인을 더 많이 배포하고 사용자 플레인을 최종 사용자 액세스 포인트에 더 가깝게 배치할 수 있습니다. 이 배포는 더 짧은 대기 시간을 제공하면서 사용자당 더 높은 대역폭을 가능하게 합니다. 컨트롤 플레인과 사용자 플레인의 분리는 다음과 같은 이점을 제공합니다.

  • 사용자 플레인 및 컨트롤 플레인의 독립적인 확장

  • 다음을 포함한 네트워크 아키텍처 유연성:

    • 에지에서 코어까지 구축할 수 있습니다.

    • 공통 또는 단일 컨트롤 플레인을 유지하면서 여러 사용자 플레인에서 서로 다른 트래픽 유형 및 서비스를 분리하는 기능.

  • 운영 유연성

  • 4G에서 5G 서비스로 더 쉽게 마이그레이션할 수 있습니다. CUPS는 4G의 선택 사항이지만 5G 네트워크 아키텍처의 필수적인 부분입니다.

Junos Multi-Access User Plane은 단일 MX 시리즈 라우터에서 결합된 SGW 사용자 플레인(SGW-U) 및 PGW 사용자 플레인(PGW-U)을 지원합니다( 그림 3 참조). 결합된 SGW-U/PGW-U를 SAEGW-U(System Architecture Evolution Gateway-User Plane)라고 합니다. 주니퍼의 MX SAEGW-U는 결합된 Sxab 인터페이스를 통해 SAEGW-C라고 하는 타사의 결합된 SGW-C/PGW-C와 상호 운용할 수 있습니다.

참고:

주니퍼의 MX SAEGW-U는 3GPP TS 29.244에 지정된 대로 PFCP(Packet Forwarding Control Protocol)를 통해 Sxab 인터페이스를 통해 타사 SAEGW-C와 통신합니다.
그림 3: Junos 멀티 액세스 사용자 플레인 SAEGW-U Junos Multi- Access User Plane SAEGW-U

Junos Multi-Access User Plane은 MX 라우터를 독립형 SGW-U 또는 독립형 PGW-U로 실행하는 것도 지원합니다. 독립형 SGW-U는 높은 처리량의 4G mobility service (UE를 새로운 eNodeB, 새로운 SGW-U 또는 새로운 SAEGW-U로 재배치)를 가능하게 합니다. Junos Multi-Access User Plane은 SGW-U 및 PGW-U 디바이스 간의 링크인 GTP-U 기반 S5-U 및 S8-U 인터페이스를 지원합니다. Junos Multi-Access User Plane은 또한 S1-U 및 S5-U/S8-U 인터페이스 간, 그리고 S5-U/S8-U 및 SGi 인터페이스 간에 사용자 평면 트래픽을 포워딩하는 터널 릴레이 기능을 제공합니다.

그림 4 는 모빌리티를 활성화하기 위해 MX 라우터를 AS, SGW-U 및 PGW-U로 별도로 실행하는 기본 토폴로지를 보여줍니다.

그림 4: Junos 멀티 액세스 사용자 플레인 SGW-U 및 PGW-U Junos Multi-Access User Plane SGW-U and PGW-U

SGW-Cs 및 PGW-C는 SGW 및 PGW 선택을 포함하여 UE 핸드오버의 물류를 처리합니다. SGW-C 및 PGW-C는 제어 프로토콜 교환에 참여하고 UE 세션 및 베어러의 새로운 또는 변경된 속성으로 SGW-U/PGW-U 대응물을 업데이트합니다.

다음과 같은 모바일 시나리오를 지원합니다.

  • eNodeB를 통한 핸드오버 및 SGW 변경 없음

  • SGW 변경으로 인계(직접 전달)

  • SGW 변경으로 인계(간접 전달)

Junos Multi-Access User Plane은 SAEGW-U/SGW-U/PGW-U 기능 외에도 5G UPF(User Plane Function)를 지원합니다( 그림 5 참조). Junos Multi-Access User Plane은 동일한 구성의 동일한 MX 시리즈 라우터에서 두 네트워크를 모두 지원하여 4G에서 5G 서비스로의 원활한 전환을 지원합니다. Junose Multi-Access User Plane은 4G 세션과 5G 세션을 동시에 지원합니다.

그림 5: 4G/LTE 및 5G 사용자 플레인 기능 Support for both 4G/LTE and 5G User Plane Functionality 모두 지원

Junos Multi-Access User Plane은 3GPP Release 15 CUPS 아키텍처에 따라 UPF(User Plane Function)로 작동하는 MX 라우터를 지원합니다. UPF는 NSA(Non-Standalone) 모드에서 처리량이 높은 5G 고정 무선 및 모바일 무선 서비스를 제공합니다.

그림 6 은 5G 서비스를 활성화하기 위해 MX 라우터를 UPF로 실행하는 기본 토폴로지를 보여줍니다.

그림 6: 5G CUPS 아키텍처 Junos Multi-Access UPF in 5G CUPS Architecture 의 Junos Multi-Access UPF

5G 시스템 아키텍처는 다음과 같은 네트워크 기능으로 구성됩니다.

  • 인증 서버 기능(AUSF)

  • 접근 및 이동성 관리 기능(AMF)

  • 데이터 네트워크(DN)(예: 통신사 서비스, 인터넷 액세스 또는 제3자 서비스)

  • 네트워크 슬라이스 선택 기능(NSSF)

  • 정책 제어 기능(PCF)

  • 세션 관리 기능(SMF)

  • 통합 데이터 관리(UDM)

  • UPF(사용자 평면 기능)

  • 어플리케이션 기능(AF)

  • 사용자 장비(UE)

  • (라디오) 액세스 네트워크((R)AN)

세션 관리 기능(SMF)은 다음과 같은 기능을 포함한다. SMF의 단일 인스턴스는 SMF 기능의 일부 또는 전부를 지원할 수 있습니다.

  • 세션 관리(예: UPF와 RAN 노드 간 터널 유지 관리를 포함한 세션 설정, 수정 및 해제)

  • UE IP 주소 할당 및 관리(선택적 권한 부여 포함)

  • DHCPv4(서버 및 클라이언트) 및 DHCPv6(서버 및 클라이언트) 기능

  • UPF의 선택 및 제어

  • UPF에서 트래픽 스티어링을 구성하여 트래픽을 적절한 대상으로 라우팅

  • 정책 제어 기능에 대한 인터페이스 종료

  • 충전 데이터 수집 및 충전 인터페이스 지원

  • UPF의 과금 데이터 수집 제어 및 조정

  • NAS 메시지의 SM 부분 종료

  • 다운링크 데이터 알림

  • N2를 통해 AMF를 통해 AN으로 전송되는 RAN 특정 SM 정보의 개시자

  • 세션의 SSC 모드 결정

  • 로밍 기능:

    • QoS SLA(VPLMN) 적용을 위한 로컬 적용 처리

    • 충전 데이터 수집 및 충전 인터페이스(VPLMN)

    • 외부 DN에 의한 PDU 세션 인증/권한 부여를 위한 시그널링 전송을 위한 외부 DN과의 상호 작용 지원

UPF(사용자 평면 기능)에는 다음과 같은 기능이 포함됩니다. UPF의 단일 인스턴스는 UPF 기능의 일부 또는 전부를 지원할 수 있습니다.

  • Intra-/Inter-RAT 모빌리티를 위한 앵커 포인트(해당되는 경우)

  • 데이터 네트워크에 대한 외부 PDU 상호 연결 세션 포인트

  • 패킷 라우팅 및 전달

  • 패킷 검사

  • 정책 규칙 시행의 사용자 플레인 부분(예: 게이팅, 리디렉션, 트래픽 스티어링)

  • 트래픽 사용량 보고

  • 사용자 평면에 대한 QoS 처리(예: 업링크/다운링크 속도 적용, 다운링크 방향의 반사 QoS 마킹)

  • 업링크 트래픽 검증(SDF-QoS 플로우 매핑)

  • 업링크 및 다운링크 방향의 전송 레벨 패킷 마킹

  • 다운링크 패킷 버퍼링 및 다운링크 데이터 알림 트리거링

  • 하나 이상의 엔드 마커 메시지를 소스 RAN 노드로 전송 및 전달

Junos Multi-Access User Plane은 5G CUPs 아키텍처에서 UPF 역할을 하며 다음을 지원합니다.

  • N3, N4, N6 및 N9 인터페이스 지원
  • N9 인터페이스를 통한 로밍
  • 컨트롤 플레인에 대한 GPRS 터널링 프로토콜, 사용자 플레인(GTP-U) 터널링
  • 5G QoS 플로우를 위한 QFI(QoS Flow ID) 지원

N3, N4 및 N6 인터페이스는 각각 4G CUP 아키텍처의 S1-U, Sx 및 SGi 인터페이스와 유사합니다. N9 인터페이스는 S5/8-U 인터페이스와 유사합니다. N9 인터페이스는 GTP-U 캡슐화된 트래픽을 전달하며 하나의 UPF에서 다른 UPF로만 연결됩니다. 홈 라우팅 로밍 시나리오에서 N9 참조 포인트는 사용자 평면 트래픽을 HPLMN(Home Public Land Mobile Network)의 앵커 UPF로 다시 전달합니다. Junos Multi-Access User Plane은 PDU 세션당 단일 N9 참조 지점 또는 단일 N6 참조 지점을 지원합니다.

4G 네트워크의 QoS는 베어러와 무선 베어러 간의 매핑이 일대일인 베어러 기반입니다. 5G 네트워크의 QoS는 QFI(QoS Flow Identifier)가 패킷을 분류하고 표시하는 플로우 기반입니다. 여러 QoS 플로우가 무선 베어러에 매핑됩니다. 각 QoS 플로우는 5G QoS 식별자(5QI) 및 할당 및 보존 우선순위(ARP)의 두 가지 파라미터와 연관됩니다.

요약하자면, Junos OS 릴리스 21.2R1부터 Junos Multi-Access User Plane은 단일 MX 라우터에서 4가지 작동 모드를 지원합니다.

  • SGW-UMX 라우터는 모든 세션에 대해 SGW-U 역할을 하며, 단일 Sxa 인터페이스를 통해 타사 SGW-C에 연결하고, 여러 S5/8-U 인터페이스를 통해 주니퍼 또는 타사 PGW-US에 연결합니다.

  • PGW-UMX 라우터는 모든 세션에 대해 PGW-U 역할을 하며, 단일 Sxb 인터페이스를 통해 타사 PGW-C에 연결하고, 여러 S5/8-U 인터페이스를 통해 주니퍼 또는 타사 SGW-US에 연결합니다.

  • Combined SGW/PGW-U (SAEGW-U)UE 위치에 따라, MX 라우터는 일부 세션에 대해 SGW-U, 다른 세션 세트에 대해 PGW-U 및 나머지 세션에 대해 SAEGW-U의 역할을 합니다. 이 모드에서 SAEGW-U는 단일 Sxab 인터페이스를 통해 SAEGW-C에 연결되고 여러 S5/8-U 인터페이스를 통해 다른 주니퍼 또는 타사 SGW-US 및 PGW-US에 연결됩니다.

  • UPFMX 라우터는 모든 세션에 대해 UPF 역할을 하며, 단일 N4 인터페이스를 통해 타사 SMF에 연결하고, 여러 N9 인터페이스를 통해 다른 주니퍼 또는 타사 UPF에 연결합니다.

3GPP TS 29.244 릴리스 15 지원

Junos Multi-Access User Plane은 다음 기능에 대한 지원을 포함하여 3GPP TS 29.244 릴리스 15의 요소를 지원합니다.

  • PDI Optimization Support- PDI(패킷 탐지 정보) 최적화는 여러 PDR(패킷 탐지 규칙)에 공통적인 정보를 트래픽 엔드포인트와 TEID(트래픽 엔드포인트 ID)로 결합한 다음 메시징에서 이 트래픽 엔드포인트를 참조하여 컨트롤 플레인 기능(CPF)이 UPF에 대한 신호를 최적화할 수 있도록 하는 선택적 기능입니다. 트래픽 엔드포인트 ID는 PFCP 세션 내에서 고유합니다.

  • GTP Path Management—GTP 경로 관리는 GTP-U 인터페이스를 통해 하트비트 및 오류 표시를 제공합니다. GTP-U 피어는 GTP-U 피어의 경로에 에코 요청을 보내 활성 상태인지 확인할 수 있습니다. Junos Multi-Access User Plane 디바이스는 에코 요청에 대한 응답을 지원합니다.

  • User ID Support- 사용자 ID는 PFCP 세션 설정 요청에 존재할 수 있는 정보 요소(IE)입니다. 이 IE는 가입자에게 영향을 주는 UPF의 문제를 해결하는 데 유용합니다. IE는 명령의 출력 show services mobile-edge sessions extensive 에 표시됩니다. 사용자 ID는 최대 16자리 또는 8자까지 길이가 될 수 있는 중요하지 않은 선택적 IE입니다.

  • Transport Level Marking- EPC의 경우 SGW 및 PGW는 EPS 베어러별로 전송 레벨 마킹을 수행합니다. 전송 레벨 마킹은 QCI 및 선택적으로 ARP 레벨에서 로컬로 구성된 매핑을 기반으로 DSCP 값으로 트래픽을 표시하는 프로세스입니다. CPF는 관련 FAR(Forwarding Action Rule)에서 전송 레벨 마킹(Transport Level Marking) IE를 변경함으로써 전송 레벨 마킹을 변경할 수 있다.

    참고:

    주니퍼 멀티 액세스 사용자 플레인은 다운링크 데이터에 대해서만 베어러당 전송 레벨 마킹을 지원합니다.

    Transport Level Marking—5GC(5G 코어)의 경우 QoS 플로우 기준으로 전송 레벨 표시가 발생합니다. 전송 레벨 마킹은 5QI의 매핑, 우선순위 레벨(명시적으로 시그널링된 경우) 및 선택적으로 SMF에서 구성된 ARP 우선순위 레벨을 기반으로 DSCP 값으로 UPF의 트래픽을 마킹하는 프로세스입니다.

  • DDOS Support—PFCP 및 GTP 경로 관리를 위한 DDOS 지원이 제공됩니다. 이러한 프로토콜에 대한 DDOS를 구성하려면 프로토콜(DDoS)을 참조하십시오 .

  • QoS control/enforcement at the bearer level- 베어러 수준에서 QoS 제어/적용을 위해 CPF는 서비스 데이터 흐름, 베어러 또는 세션을 나타내는 데 필요한 PRD를 생성해야 합니다. 또한 CPF는 동일한 전달자를 가진 SDF 집합체의 QoS 적용을 위한 QER을 생성해야 합니다.

    Junos Multi-Access User Plane은 SDF(Service Data Flow) 또는 베어러 수준에서 QoS 시행을 지원합니다. UPF로서의 MX 라우터가 전달자에 대해 둘 이상의 QER을 수신하는 경우 SDF 수준에서 QoS를 적용합니다. UPF로서의 MX 라우터가 베어러에 대해 하나의 QER을 수신하면 베어러 수준에서 QoS를 적용합니다.

하드웨어 및 소프트웨어 요구 사항

이 섹션에는 Junos Multi-Access User Plane을 구현하는 데 필요한 MX 시리즈 하드웨어 및 소프트웨어 요구 사항이 나열되어 있습니다.

표 1 에는 Junos Multi-Access User Plane 솔루션의 하드웨어 및 소프트웨어 요구 사항이 설명되어 있습니다.

표 1: Junos Multi-Access User Plane 플랫폼 지원

Junos OS 릴리스

지원되는 플랫폼

앵커 PFE 인터페이스를 지원하는 라인 카드

신호 처리, 수신 및 송신 인터페이스를 지원하는 라인 카드

지원되는 라우팅 엔진

Junos OS 릴리스 19.4R1부터

  • MX240 시리즈

  • MX480 (영문)

  • MX960 시리즈

  • MPC7

  • MPC2

  • MPC3

  • MPC4

  • MPC5

  • MPC7

  • RE-S-1800X4-32G-S

  • RE-S-X6-64G-S

  • RE-S-X6-128G

Junos OS 릴리스 20.2R1부터 시작

  • MX204 시리즈

  • MX10003

  • MX10003-LC2103〈화이트〉

  • MX10003-LC2103〈화이트〉

Junos OS 릴리스 22.3R1부터 시작

  • MX10004

  • MX10004-LC2101〈화이트〉

  • MX10004-LC480〈화이트〉

  • MX10004-LC2101〈화이트〉

  • MX10004-LC480〈화이트〉

  

Junos OS 릴리스 23.2R1부터 시작

  • MX10008

  • MX10008-LC480〈화이트〉

  • MX10008-LC480〈화이트〉

  • MPC10 시리즈

  • LC9600 시리즈

  
참고:

하나의 MPC7 라인 카드에는 최대 2개의 앵커 PFE 인터페이스가 포함되어 있습니다.
참고:

MX204 라우터는 GRES 또는 APFE 이중화를 지원하지 않습니다.
릴리스 기록 테이블
릴리스
설명
23.2R1
Junos OS 릴리스 23.2R1부터 Junos Multi-Access User Plane은 4G 및 5G 사용 사례에서 GRES 및 앵커 패킷 포워딩 엔진 이중화를 포함하여 LC480 라인 카드를 사용하여 MX10008 플랫폼을 지원합니다.
22.3R1
Junos OS 릴리스 22.3R1부터 Junos Multi-Access User Plane은 LC2101 및 LC480 라인 카드를 사용하여 MX10004 플랫폼을 지원합니다.
21.3R1
Junos OS 릴리스 21.3R1부터 Junos Multi-Access User Plane은 앵커 패킷 포워딩 엔진으로 트래픽을 스티어링하기 위해 필터 기반 구현을 대체하는 롱 루트 구현을 제공하므로 GTP 패킷을 라우팅하기 위한 방화벽 필터가 필요하지 않습니다.
21.2R1
Junos OS 릴리스 21.2R1부터 Junos Multi-Access User Plane은 3GPP Release 15 CUPS 아키텍처에 따라 UPF(User Plane Function)로 작동하는 라우터를 지원합니다.
20.4R1
Junos OS 릴리스 20.4R1부터 Junos Multi-Access User Plane은 MX 라우터를 독립형 SGW-U 또는 독립형 PGW-U로 실행할 수 있도록 지원합니다.
20.4R1
Junos OS 릴리스 20.4R1부터 Junos Multi-Access User Plane은 3GPP TS 29.244 릴리스 15의 요소를 지원합니다.