Opțiuni de implementare / Căi de migrare în comunicațiile 5G

Comunicațiile 5G pot fi implementate în diferite opțiuni de implementare, unde opțiunile SA (autonome) constau dintr-o singură generație de tehnologie de acces radio, iar opțiunile NSA constau din două generații de tehnologii de acces radio (4G LTE și 5G). Primele implementări vor adopta fie opțiunea 3 non-autonomă, fie opțiunea 2 autonomă, deoarece standardizarea acestor două opțiuni a fost deja finalizată (69).

Opțiunea 3 non-autonomă este în cazul în care rețeaua de acces radio este compusă din eNB-uri (eNode Bs) ca nod principal și gNB-uri (gNode Bs) ca nod secundar. Rețeaua de acces radio este conectată la EPC (Evolved Packet Core). Opțiunea 3 NSA, deoarece folosește implementarea 4G existentă, poate fi adusă pe piață rapid cu modificări minore la rețeaua 4G. Această opțiune acceptă și dispozitivele 4G vechi, iar dispozitivele 5G trebuie să accepte doar protocoale NR (New Radio), astfel încât dispozitivul poate fi dezvoltat rapid.

Pe de altă parte, opțiunea 3 NSA nu introduce 5GC și, prin urmare, este posibil să nu fie optimizată pentru noile cazuri de utilizare 5G dincolo de banda largă mobilă. În plus, în funcție de modul în care sunt dezvoltate dispozitivele 5G, EPC poate fi necesar să fie păstrat mai mult decât în cazul în care există EPS (Evolved Packet System) numai pentru 4G (în loc să accepte opțiunea 3 NSA).

Opțiunea autonomă 2 este în cazul în care rețeaua de acces radio constă numai din gNB-uri (gNode B) și se conectează la 5GC (5G Core), iar 5GC interfuncționează cu EPC. Opțiunea SA 2 nu are impact asupra radio LTE și poate suporta pe deplin toate cazurile de utilizare 5G, permițând segmentarea rețelei prin arhitectura bazată pe servicii native cloud. Pe de altă parte, această opțiune necesită atât NR, cât și 5GC, ceea ce face ca timpul de lansare pe piață să fie mai lent și costul de implementare mai mare decât cel al opțiunii 3 NSA. În plus, dispozitivele ar trebui să accepte NR și protocoalele de rețea de bază, astfel încât ar dura mai mult timp pentru a dezvolta dispozitive.

În cele din urmă, deoarece sistemul 5G autonom ar trebui să interacționeze cu EPS pentru a asigura continuitatea serviciului în funcție de acoperire, interfuncționarea dintre EPC și 5GC poate fi necesară.

(Opțiuni de implementare / Căi de migrare)

Elementele arhitecturii non-autonome ale Opțiunii 3 sunt:

Element: Scurta descriere
EPC: Evolved Packet Core (EPC) este un cadru pentru furnizarea de voce și date convergente într-o rețea 4G cu evoluție pe termen lung (LTE).
Arhitecturile de rețea 2G și 3G procesează și comută vocea și datele prin două subdomenii separate: cu comutare de circuite (CS) pentru voce și cu comutare de pachete (PS) pentru date. Evolved Packet Core unifică vocea și datele pe o arhitectură de servicii IP (Internet Protocol), iar vocea este tratată ca o altă aplicație IP.
EPC+: Evolved Packet Core (EPC) este rețeaua de bază LTE.
Pentru a sprijini implementările non-autonome cu tehnologii LTE și NR, rețeaua de bază va trebui să sufere o serie de îmbunătățiri – de unde și denumirea EPC+. Îmbunătățirile preconizate includ creșterea lățimii de bandă a interfeței S1-U pentru a îndeplini cerințele de transmisie LTE/NSA. Există două scenarii tipice pentru actualizarea EPC pentru a sprijini implementarea 5G.
Scenariul A:
- EPC fizic este actualizat pentru a suporta NSA;
- Extinderea capacității se bazează pe EPC fizic.
Scenariul B:
- Construirea unei noi rețele virtualizate EPC pentru a sprijini NSA în mod independent;
- Interoperabilitatea se realizează între noul EPC virtualizat și EPC-ul fizic;
- Extinderea capacității se bazează pe EPC virtualizat.
La momentul acestei analize, se acordă prioritate Scenariului B, care poate fi evoluat fără probleme către rețeaua țintă prin extinderea EPC virtualizat.
Rețea de bază 5G (5GC): Rețeaua de bază este partea centrală a infrastructurii 5G și permite toate funcțiile legate de tehnologiile cu acces multiplu – vezi 5G Core Network zoom-in.
En-gNB: En-gNB este un nod care furnizează terminații de protocol NR în planul utilizatorului și planul de control către UE și care acționează ca nod secundar în EN-DC.
En-gNB este un gNB care acceptă interfața moștenită E-UTRAN.
MeNB (nodul principal): LTE eNB este denumit MeNB pentru a indica faptul că este stația de bază „Master” (M) care controlează stația de bază „Secundară” (S) 5G NR.
În MR-DC (Multi-Radio Dual Connectivity), nodul de acces radio care asigură conexiunea planului de control la rețeaua centrală. Poate fi un Master eNB (în EN-DC), un Master ng-eNB (în NGEN-DC) sau un Master gNB (în NR-DC și NE-DC).
Interfata X2: X2 este o interfață pentru interconectarea a două componente E-UTRAN NodeB (eNB) și a unui E-UTRAN NodeB (eNB) și a unui E-UTRAN gNodeB (en-gNB) în cadrul arhitecturii rețelei de acces radio terestre universale evoluate (E-UTRAN). Este specificat în seria de specificații tehnice 3GPP 36.42x.
Interfața X2 oferă capacitatea de a sprijini mobilitatea interfeței radio și conectivitate duală fie între eNB-uri, fie între eNB-uri și en-gNB-urile UE care au o conexiune cu E-UTRAN.
Lista de funcții de pe interfața X2 este următoarea:
- Suport de mobilitate Intra LTE-Access-System pentru ECM-CONNECTED UE;
- Managementul sarcinii;
- Coordonarea interferenţelor între celule;
- Funcții generale de management X2 și de tratare a erorilor;
- Schimb de date la nivel de aplicație între eNB
- Funcții de urmărire;
- Schimb de date pentru auto-optimizare;
- E-UTRA-NR Dual Connectivity (EN-DC).
Interfața S1: Interfața S1 pentru interconectarea componentei evoluate NodeB (eNB) a rețelei de acces radio terestre universale evoluate (E-UTRAN) la rețeaua centrală (CN) a sistemului de pachete evoluat (EPS). Este specificată în seria de specificații tehnice 3GPP 36.41x.
Interfața S1 acceptă:
- proceduri de stabilire, întreținere și eliberare a purtătorilor de acces radio E-UTRAN;
- proceduri de efectuare a predării intra-LTE și predării inter-RAT;
- separarea fiecărui UE la nivel de protocol pentru gestionarea semnalizării specifice utilizatorului;
- transferul mesajelor de semnalizare NAS între UE și EPC;
- servicii de localizare prin transferul cererilor de la EPC la E-UTRAN și informații de localizare de la E-UTRAN la EPC;
- mecanisme de rezervare a resurselor pentru fluxurile de date de pachete.
MME: Entitatea de management al mobilității (MME) este nodul-cheie de control pentru rețeaua de acces LTE. Este responsabilă pentru procedura de paginare și etichetare a echipamentelor utilizator (UE) în modul inactiv, inclusiv retransmisiei. Este implicată în procesul de activare/dezactivare a purtătorului și este, de asemenea, responsabilă pentru alegerea gateway-ului de servire pentru un UE la atașarea inițială și la momentul transferului intra-LTE care implică relocarea nodului Core Network (CN). Este responsabilă pentru autentificarea utilizatorului (prin interacțiunea cu Home Subscriber Server). Semnalizarea stratului non-acces (NAS) se termină la MME și este, de asemenea, responsabilă pentru generarea și alocarea identităților temporare a UE-urilor. Verifică autorizarea UE de a campa în rețeaua mobilă terestră publică (PLMN) a furnizorului de servicii și impune restricțiile de roaming UE.
SGW: Serving Gateway (SGW) rutează și redirecționează pachetele de date utilizator, acționând, de asemenea, ca ancoră de mobilitate pentru planul utilizatorului în timpul transferurilor inter-eNodeB și ca ancoră pentru mobilitatea între LTE și alte tehnologii 3GPP (terminând interfața S4 și retransmiterea traficului între sisteme 2G/3G și gateway de rețea de date sub formă de pachete). Pentru echipamentele utilizator în stare inactivă, Serving Gateway termină calea de date pe legătura descendentă și declanșează paginarea când datele pe legătura în jos sosesc pentru echipamentul utilizator. Gestionează și stochează contexte UE, de ex. parametrii serviciului purtător IP, informații de rutare internă a rețelei.
Echipament utilizator (UE): Echipamentul utilizatorului este orice dispozitiv folosit de utilizatori pentru a comunica în cadrul infrastructurii 5G. Pe lângă un SIM, echipamentele utilizatorului pot fi aparate electrocasnice de orice fel (de exemplu, computer, dispozitive IoT etc.).

Nota

69 GSMA – 5G Implementation Guidelines: NSA Option 3, February 2020 https://www.gsma.com/futurenetworks/wp-content/uploads/2019/03/5G-Implementation-Guidelines-NSA-Option-3-v2.1.pdf, accesat octombrie 2020.

Sursa: Enisa Threat Landscape for 5G Network – Threat assessment for the fifth generation of mobile telecommunications networks (5G), November 2019. © European Union Agency for Cybersecurity (ENISA), 2019. Traducere și adaptare independente de Nicolae Sfetcu