Appel 5G – Établissement du plan utilisateur UPF et transmission de données

La fonction de plan utilisateur (UPF) est l'une des fonctions réseau (NF) les plus importantes du cœur de réseau 5G. C'est la deuxième unité fonctionnelle réseau avec laquelle le réseau radio (RAN) interagit lors des flux PDU en 5G (NR). En tant qu'élément clé de l'évolution de la séparation du plan de contrôle et du plan utilisateur (CUPS), l'UPF est responsable de l'inspection, du routage et du transfert des paquets au sein des flux QoS dans les politiques d'abonnement. Elle utilise le SMF pour envoyer des modèles SDF via l'interface N4 afin d'appliquer les règles de trafic en liaison montante (UL) et en liaison descendante (DL). Lorsque le service correspondant se termine, l'UPF alloue ou termine les flux QoS dans la session PDU.

I. Établissement du plan utilisateurLors de l'accès initial au système 5G, le terminal (UE) doit établir un canal de plan utilisateur avec le centre de données conformément aux instructions du plan de contrôle pour la transmission des données de service. Au cours de ce processus :

• Lorsque le terminal (UE) souhaite accéder au réseau 5G, il subit d'abord un processus d'enregistrement. Après avoir terminé toutes les procédures du plan de contrôle, le SMF traite toutes les informations relatives à la session lors de la phase d'établissement du plan utilisateur. L'AMF demande le DL TEID (Terminal Equipment Identifier) de toutes les sessions PDU transmises au SMF. Le SMF sélectionne ensuite le meilleur UPF pour l'UE dans la plage spécifiée et envoie une demande d'établissement de session contenant tous les paramètres pour l'établissement de la session PDU par défaut.
• Par la suite, un flux QoS par défaut de session (non-GBR) est créé pour échanger avec le réseau de données (DN) pour le trafic. Le trafic de service comprend un itinéraire plus long pour calculer la latence et maintenir le trafic.

Figure 1. Processus d'établissement du plan utilisateur du terminal 5G (Messages)

• [5] Nouvelle demande d'établissement d'UE, nécessite la création d'un contexte de session
• [1] Définir l'adresse UPF
• [5] [10] Demande de création de session avec UPF
• [3] Réponse du contexte de session
• [4] [5] Obtenir la mise à jour de la session par défaut
• [3] QoS par défaut, AMBR
• [3] Ajouter des règles PDR par défaut en liaison descendante et en liaison montante pour IMSI

II. Première transmission de données en liaison montante/descendanteLorsqu'une transmission de données réelle (c'est-à-dire des données en liaison montante ou en liaison descendante) se produit, l'AMF envoie une autre demande de contexte SM au SMF, dans laquelle :

• Le SMF envoie une demande de modification de session contenant des informations relatives au type de session demandé.
• L'UPF établit une session PDU dans le respect des règles et réglementations en fonction des exigences de l'utilisateur. L'UPF ajoute ensuite le mappage de flux QoS, définit le TEID, insère diverses règles (telles que PDR, FAR, URR, etc.) et certaines politiques liées à la session dans la session PDU. Il facture également chaque échange de paquets et ajoute un ID de session unique pour le distinguer des autres sessions PDU. L'UPF ajoute également un numéro IMSI pour identifier l'UE auquel la session en cours appartient.
• Le contexte de session est préparé par l'UPF et envoyé à l'AMF via le SMF, qui le transmet ensuite au gNB. Il contient des informations telles que le TEID local de l'UPF, le contexte QoS et le message de libération de session.

Figure 2.5G Flux de transmission de données du premier plan utilisateur du terminal (Message)

• [2] Gestion des politiques QoS (Type de politique)
• [2] Définition dynamique des règles
• [2] Mise à jour des règles statiques et dynamiques
• [3] Mappage FDR, PDR, QDR, BAR, URR
• [3] Attachement des règles à la session
• [3] Création d'un nouveau TEID et insertion dans le PDR
• [2] Définition du TEID à transmettre à l'UPF
• [2] Gestion QoS/Bearer
• [5] Création d'une demande de session
• [9] Mise à jour et création d'une session
• [6] Gestion de la planification des règles
• [7] Réception de l'autorisation de facturation
• [2] Initialisation des crédits de facturation
• [2] Obtention de toutes les politiques actives
• [10] Configuration de la session UPF
• [4] Lecture, création, mise à jour et recherche de sessions
• [8] Lecture et écriture de sessions, et sérialisation et désérialisation de tous les vecteurs de session
• [5] État inactif lorsque la session PDU passe à l'état inactif
• [6] Gestion de la réponse de mise à jour de la session
• [5] Traiter les messages de configuration de l'AMF (demande initiale ou session PDU existante)
• [3] Mettre à jour les notifications de changement d'état envoyées à l'AMF
• [3] Préparer les réponses (contexte de session) à envoyer à l'AMF pour les transmettre au gNB
• [3] Envoyer le TEID local de l'UPF à l'AMF pour être utilisé par le gNB
• [3] Envoyer le contexte QoS approprié à l'AMF
• [5] Obtenir l'ID de session PDU à partir du contexte RAT
• [5] Demander à l'AMF d'envoyer un message pour libérer la session