mô phỏng mạng lõi 5g core

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Trường Quyền

MÔ PHỎNG MẠNG LÕI 5G CORE

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUYNgành: Kỹ Thuật Máy Tính

HÀ NỘI - 2024

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Trường Quyền

MÔ PHỎNG MẠNG LÕI 5G CORE

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUYNgành: Kỹ Thuật Máy Tính

Cán bộ hướng dẫn: TS Lâm Sinh Công

(ký tên)

HÀ NỘI – 2024

TÓM TẮT

Tóm tắt: Hiện nay, với sự phát triển nhanh chóng của các dịch vụ và sự bùng nổ của Internet đã

dẫn đến một loạt các vấn đề được đặt ra như: tốc độ truyền, quản lý chất lượng dịch vụ, điều phốidung lượng…Gần đây, công nghệ mạng mới thế hệ thứ 5 ra đời nhằm đưa ra giải pháp về độ trễ tốc độ, băng thông Nó sẽ được ứng dụng sâu sắc vào đời sống như IOT, Xe thông Minh, Nhà thông minh, truyền tải dữ liệu nhanh hơn Nội dung của Đồ án sẽ tập trung trình bày những đặc điểm cơ bản của kiến trúc 5G core, và mô phỏng lại cách hoạt động cũng thiết lập kết nối từ máyngười dùng đến mạng 5g

Từ khóa: 5G core

Và đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn TS Lâm Sinh Công, người đã tận tình chỉ dạy, hướngdẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới toàn thể cản bộ, các anh nghiên cứu sinh đang nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm trọng điểm ĐHQGHN đã giúp đỡ cũng như chia sẻ kinh nghiệm trong quá trình thực hiện

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè những người đã động viên, quan tâm em trong suốt quá trình học tập cũng như thực hiện quá luận

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ khóa luận tốt nghiệp là kết quả của việc nghiên cứu và thực hiện của cá nhân tôi, không sao chép bất cứ nội dung văn bản của tác giả nào Các tài liệu tham khảo được liệt kê đầy đủ và trích dẫn rõ ràng

Hà Nội, ngày 10 tháng 05 năm 2024 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Trường Quyền

1.3.Các thách thức trong tương lai 11

2.BÀI TOÁN KẾT NỐI TRONG 5G CORE 12

2.1.Cấu trúc 5G 12

2.2.PDU Session và QoS 14

2.3.Quy trình kết nối thiết lập phiên PDU giữa UE và 5G Core 17

2.4.1.Chọn UPF dựa theo NSSAI 34

2.4.2.Chọn UPF dựa trên node gNB 35

2.4.3.Giới hạn số lượng UE vào UPF 36

3.MÔ PHỎNG VÀ ĐÁNH GIÁ 37

3.1.Mô phòng kết nối UE và 5G core 37

3.1.1.Mô phỏng 1 UPF 37

3.1.2.Mô phỏng nhiều UPF 37

3.1.2.1.Mô phỏng chọn UPF theo NSSAI 37

3.1.2.2.Mô phỏng chọn UPF theo gNB 37

3.2.Đánh giá 37

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 39

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 Cấu trúc Point to Point trong 5G 12

Hình 2 PDU, QoS, SDF 15

Hình 3 SMF đăng ký với NRF 17

Hình 4 SMF đăng ký xong và lắng nghe 18

Hình 5 SMF kết nối với UPF 19

Hình 6 gNB thiết lập SCTP và NG với AMF 19

Hình 7UE start 20

Hình 8 UE kết nối RRC với gNB 20

Hình 9 Quá trình xác minh UE (1) 21

Hình 10 UDR Get data authencation 22

Hình 11 UDM cập nhật thông tin về authencation 22

Hình 12 Quá trình xác minh UE (2) 23

Hình 13 Quá trình xác minh UE (3) 25

Hình 14 AMF nhận dữ liệu NSSAI của UE đăng ký 26

Hình 15 UDR get data về lựa chọn SMF 27

Hình 16 UDR lấy dữ liệu về Policy của Ue dựa trên Ueid 28

Hình 17 Quá trình thiết lập PDU 29

Hình 18 Lưu trữ những ảnh hưởng có thể xảy ra với mạng 32

Hình 19 Mô hình chọn UPF dựa theo NSSAI 34

Hình 20 Mô hình chọn UPF dựa trên node gNB 35

Hình 21 GNB1 Config 36

Hình 22 Config của smf trong free 5gc 37

Hình 23 Config của upf trong free5gc 37

MỞ ĐẦU

Trong thời đại của cuộc cách mạng kỹ thuật số, mạng di động thế hệ thứ 5 (5G) đang trở thành một trong những chủ đề nóng bỏng nhất trong ngành viễn thông và công nghệ thông tin Sự phát triển nhanh chóng của 5G mang lại nhiều tiềm năng và thách thức, từ việc cung cấp tốc độ truy cập internet siêu nhanh cho người dùng cá nhân đến việc hỗ trợ các ứng dụng công nghiệp thông minh và tự động hóa.

Trong bối cảnh này, việc nghiên cứu và mô phỏng mạng 5G Core (5GC) trở nên vô cùng quan trọng để hiểu rõ cấu trúc, hoạt động và tiềm năng của công nghệ này Đồ án này được thực hiện nhằm mục đích nghiên cứu và mô phỏng mạng 5GC, đồng thời tập trung vào các khía cạnh quan trọng như:

 Cấu Trúc Mạng 5GC: Trình bày về các thành phần quan trọng trong mạng 5GC như AMF (Access and Mobility Management Function), SMF (Session

Management Function), UPF (User Plane Function), PCF (Policy Control Function) và NRF (Network Repository Function).

 Quy Trình Kết Nối và Định Tuyến: Giải thích quá trình kết nối của thiết bị di động(UE) vào mạng 5G Core, bao gồm việc xác định AMF, SMF, UPF và quy trình định tuyến dữ liệu.

 Tính Năng và Ứng Dụng của Mạng 5GC: Đề cập đến những tiềm năng và ứng dụng của mạng 5G Core trong các lĩnh vực như IoT, tự động hóa, công nghiệp 4.0,tăng trưởng kinh tế số và dịch vụ di động tiên tiến.

 Mô Hình Mô Phỏng và Công Cụ Sử Dụng: Trình bày về mô hình mô phỏng mạng 5GC được sử dụng, cũng như các công cụ và phần mềm hỗ trợ để thực hiện mô phỏng và kiểm thử.

 Kết Luận và Triển Vọng: Tổng kết những kết quả và nhận định từ việc nghiên cứuvà mô phỏng mạng 5GC, cùng với triển vọng và hướng phát triển trong tương lai.Đồ án này hy vọng sẽ đóng góp một phần nhỏ vào việc hiểu rõ hơn về mạng 5G Core và mở ra cơ hội khám phá các ứng dụng và tiềm năng của công nghệ này trong tương lai.

Nội dung khóa luận

Khóa luận bao gồm; Phần mở đầu, 3 chương, phần kết luận và tài liệu tham kháo

Mở đầu: Trình bày tính cấp thiết, ý nghĩa khoa học và mục tiêu của khóa luận

Chương 1 Tổng quan về 5G và 5G CoreChương 2 Bài toán kết nối trong 5GChương 3 Mô phỏng và đánh giáKết luận

Tài liệu tham khảo

1 LÝ THUYẾT TỔNG QUAN VỀ 5G VÀ 5G CORE1.1.Khái niệm

5G: 5G là thế hệ kế tiếp của công nghệ di động và mạng internet di động Nó là viết tắt của "Fifth Generation" trong tiếng Anh, có ý chỉ thế hệ tiếp theo sau 4G LTE (Long-Term Evolution) Công nghệ 5G hứa hẹn mang lại tốc độ internet nhanh hơn, độ trễ thấp hơn và khả năng kết nối số lượng thiết bị đồng thời lớn hơn Điều này có thể mở ra nhiều ứng dụng mới trong các lĩnh vực như IoT (Internet of Things), xe tự lái, y tế, giáo dục và công nghiệp 4.0.

5G core: 5G Core là một phần quan trọng của mạng 5G, đặc biệt là trong kiến trúc mạng 5G Standalone (SA) Nó đại diện cho một tập hợp các chức năng mạng mới và cải tiến so với các thế hệ trước, như 4G LTE.

1.2.Ưu điểm và ứng dụng- Ưu điểm của 5G:

 Tốc độ cao: 5G hứa hẹn tốc độ truyền dữ liệu nhanh hơn đáng kể so với các

thế hệ trước đó, có thể đạt tới hàng chục Gbps.

 Độ trễ thấp: Latency của 5G dự kiến giảm đáng kể, cho phép các ứng dụng

yêu cầu độ trễ thấp như trò chơi trực tuyến, tương tác thời gian thực và xe tự hành.

 Khả năng kết nối hàng triệu thiết bị: 5G có khả năng hỗ trợ một lượng lớn

thiết bị kết nối đồng thời, phù hợp cho IoT và các ứng dụng công nghiệp.

 Cải thiện hiệu suất mạng: Dễ dàng xử lý dữ liệu lớn, phát video 4K/8K,

streaming nhanh chóng và không bị gián đoạn.

 Tiêu thụ năng lượng thấp: Mặc dù tốc độ và khả năng kết nối tăng, nhưng 5G

được thiết kế để tiêu thụ năng lượng hiệu quả hơn, giúp kéo dài thời gian sử dụng pin của thiết bị di động.

 Hỗ trợ ứng dụng công nghiệp: 5G mở ra nhiều cơ hội cho các ứng dụng công

nghiệp như sản xuất thông minh, y tế từ xa, hệ thống giao thông thông minh vànhiều lĩnh vực khác.

- Ứng dụng của 5G:

 Internet of Things (IoT): Kết nối hàng triệu thiết bị IoT như cảm biến, máy

móc, thiết bị y tế để thu thập và chia sẻ dữ liệu.

 Xe tự hành và giao thông thông minh: 5G giúp truyền dữ liệu trực tiếp giữa

các phương tiện và hệ thống giao thông để tạo ra môi trường giao thông an toàn và hiệu quả hơn.

 Trò chơi trực tuyến và giải trí: Streaming video 4K/8K, trải nghiệm trò chơi

trực tuyến mượt mà hơn và tương tác thời gian thực.

 Y tế từ xa: Cung cấp dịch vụ y tế từ xa, tư vấn và chẩn đoán từ xa, giúp cải

thiện quy trình chăm sóc sức khỏe.

 Công nghiệp 4.0: Sử dụng 5G trong sản xuất thông minh, quản lý dây chuyền

sản xuất, kiểm soát và theo dõi tự động.

 Thiết bị thông minh trong gia đình: Ứng dụng cho các thiết bị thông minh

như máy giặt, tủ lạnh, hệ thống an ninh, giúp tăng cường tiện ích và tiết kiệm năng lượng.

Những ứng dụng và ưu điểm này làm cho 5G trở thành một công nghệ quan trọng và hứa hẹn sẽ thúc đẩy sự phát triển của nhiều lĩnh vực khác nhau trong tương lai.

1.3.Các thách thức trong tương lai

Mặc dù 5G mang lại nhiều ưu điểm và tiềm năng, nhưng cũng đối diện với một số thách thức trong tương lai:

 Cơ sở hạ tầng: Triển khai cơ sở hạ tầng 5G đòi hỏi đầu tư lớn về hạ tầng

mạng, bao gồm cả việc xây dựng các trạm cơ sở mới, cập nhật các thiết bị mạng và phần mềm.

 Băng tần: Các nhà cung cấp dịch vụ cần tìm kiếm và phân bổ băng tần phổ để

triển khai 5G, và đôi khi điều này có thể gây ra xung đột với các dịch vụ khác hoặc yêu cầu sự điều phối từ các cơ quan quản lý.

 Bảo mật: Sự phát triển của 5G cũng mang lại những thách thức mới về bảo

mật, bao gồm việc bảo vệ dữ liệu cá nhân, ngăn chặn tấn công mạng và đảm bảo an toàn cho các ứng dụng quan trọng như y tế và giao thông.

 Quyền riêng tư: Với khả năng kết nối và thu thập dữ liệu mạnh mẽ hơn, việc

bảo vệ quyền riêng tư của người dùng và quản lý dữ liệu trở thành một thách thức đáng chú ý.

 Tiêu thụ năng lượng: Mặc dù 5G được thiết kế để tiêu thụ năng lượng hiệu

quả hơn, nhưng việc sử dụng các thiết bị 5G có thể tăng đáng kể nhu cầu năng lượng của hệ thống, đặc biệt là trong môi trường IoT.

 Chất lượng dịch vụ: Đối với các ứng dụng yêu cầu độ trễ thấp và tốc độ cao,

đảm bảo chất lượng dịch vụ (QoS) và trải nghiệm người dùng là một thách thức lớn đối với các nhà cung cấp mạng.

Những thách thức này yêu cầu sự hợp tác giữa các nhà cung cấp dịch vụ, doanh nghiệp công nghệ, cơ quan quản lý và người dùng cuối để giải quyết và tận dụng tiềm năng của 5G một cách hiệu quả nhất.

2 BÀI TOÁN KẾT NỐI TRONG 5G CORE2.1.Cấu trúc 5G

Hình 1 Cấu trúc Point to Point trong 5G

Trong đó được chia tách thành Control Plan (mặt phẳng người dùng) và User Plan (mặt phẳng điều khiển)

 Control Plan thì bao gồm: AMF, SMF, UDM, UDR, NSSF, AUSF, PCF User Plan thì bao gồm: UE, gNodeB, UPF

- AMF (Access and Mobility Management Function):

 Tên: AMF là viết tắt của Access and Mobility Management Function.

 Vai trò: AMF quản lý quá trình kết nối và di chuyển của thiết bị người dùng trong mạng 5G Nó cung cấp dịch vụ như đăng ký, xác thực, xử lý yêu cầu kết nối và quản lý việc chuyển đổi giữa các mạng di động.

- UPF (User Plane Function):

 Tên: UPF là viết tắt của User Plane Function.

 Vai trò: UPF xử lý dữ liệu của người dùng, đảm bảo dữ liệu được chuyển tiếp một cách hiệu quả giữa thiết bị người dùng (UE) và các dịch vụ/ứng dụng khácnhau trên mạng.

- SMF (Session Management Function):

 Tên: SMF là viết tắt của Session Management Function.

 Vai trò: SMF quản lý các phiên kết nối của người dùng, bao gồm cả việc xác định và quản lý các thông tin phiên như dịch vụ đang sử dụng, chất lượng dịch vụ (QoS), và cấu hình kết nối.

- PCF (Policy Control Function):

 Tên: PCF là viết tắt của Policy Control Function.

 Vai trò: PCF quản lý chính sách mạng, bao gồm cấu hình chất lượng dịch vụ, quản lý băng thông và quản lý các quy định bảo mật dựa trên nhu cầu của người dùng và ứng dụng.

- UDM (Unified Data Management):

 Tên: UDM là viết tắt của Unified Data Management.

 Vai trò: UDM quản lý dữ liệu người dùng, bao gồm thông tin đăng ký, dịch vụ,chứng thực và quản lý thông tin tài khoản của người dùng.

- UDR (User Data Repository):

 Tên: UDR là viết tắt của User Data Repository.

 Vai trò: UDR lưu trữ dữ liệu người dùng, bao gồm thông tin về tài khoản, dịch vụ, thông tin chất lượng dịch vụ và dữ liệu người dùng khác.

- AUSF (Authentication Server Function):

 Tên: AUSF là viết tắt của Authentication Server Function.

 Vai trò: AUSF chịu trách nhiệm xác thực người dùng và quản lý quá trình xác thực khi người dùng kết nối vào mạng 5G.

- NSSF (Network Slice Selection Function):

 Tên: NSSF là viết tắt của Network Slice Selection Function.

 Vai trò: NSSF quản lý việc chọn lựa và cấu hình các "mảnh" mạng (network slice) cho các ứng dụng và dịch vụ khác nhau, để đảm bảo cấu hình mạng phù hợp với yêu cầu của người dùng và ứng dụng.

- UE (User Equipment):

 Tên: UE là viết tắt của User Equipment.

 Vai trò: UE là thiết bị người dùng, chẳng hạn như điện thoại di động, máy tính bảng hoặc thiết bị IoT, kết nối vào mạng 5G để truy cập các dịch vụ và ứng dụng trên mạng.

- gNodeB (Next Generation Node B):

 Tên: gNodeB là viết tắt của Next Generation Node B.

 Vai trò: gNodeB là trạm cơ sở trong mạng 5G, chịu trách nhiệm kết nối và quản lý kết nối không dây với các thiết bị người dùng (UE) và chuyển tiếp dữ liệu giữa UE và 5G Core (qua UPF).

Mỗi thành phần trong 5G Core đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng và quản lý mạng 5G, đảm bảo sự kết nối mạnh mẽ, dịch vụ linh hoạt và bảo mật cho người dùng và ứng dụng.

2.2.PDU Session và QoS

Phần này sẽ đi sâu vào việc thiết lập phiên PDU do UE khởi tạo trong mạng lõi di dộng 5G

Khi UE khởi tạo 1 phiên PDU tới 5GC, nó sẽ tạo ra một luồng QoS mặc định không đẩm bảo về tốc độ bit (GBR), không có bộ lọc gói tin, luồng đó phục vụ trao đổi dữ liệu giữa UE và DN UE và các AFs ( các chức năng ứng dụng) cũng có thể tạora các luồng QoS bổ sung với các đặc điêm QoS khác nhau

VD: UE có thể tạo 1 luồng QoS mới tùy chỉnh cho 1 cuộc họp video với các tiêu chí quy định

Khi một UE được bật nguồn trong một cell 5G hoặc khu vực theo dõi, ở mức cao, điều sau đây xảy ra UE sẽ thực hiện Quy trình Đăng ký với 5GS cho AMF để xác thực thẻ SIM của UE với sự trợ giúp từ UDM và AUSF để đảm bảo rằng UE có một đăng ký hợp lệ trong 5GS Toàn bộ Quy trình Đăng ký bao gồm nhiều thông điệptrao đổi giữa UE, AMF và UDM bao gồm việc sử dụng các khóa mã hóa được xác định trước của UDM cho UE giải mã một SUCI của UE mà UE gửi qua không khí để xác minh danh tính UE.

Khi Quy trình Đăng ký của UE hoàn thành thành công, UE sẽ khởi tạo yêu cầu Thiết lập Phiên PDU đến AMF thông qua gNB qua giao diện N1 Mục tiêu của Quy trình Thiết lập Phiên PDU của UE là thiết lập một Luồng QoS mặc định giữa UE và Mạng Dữ Liệu (DN) qua gNB Sau đó, UE có thể sử dụng Luồng QoS mặc định trongPhiên PDU đã thiết lập để trao đổi lưu lượng với DN (ví dụ: Internet) Trong 5G, Luồng QoS là đơn vị nhỏ nhất của một luồng lưu lượng mà QoS và tính phí có thể được áp dụng (Quá trình đăng kí UE đến mạng và thiết lập phiên PDU sẽ được làm rõ trong phần 2.3)

Dưới đây là ba UE đã thành công trong việc thiết lập phiên PDU tới một DN để trao đổi lưu lượng:

Hình 2 PDU, QoS, SDF

Sau khi Thiết lập Phiên PDU thành công, một Luồng QoS mặc định được tạo ra cho UE để trao đổi lưu lượng với DN Một Mạng thông tin Radio Dữ liệu (DRB) được thiết lập bởi gNB đến UE để mở rộng đường hầm N3 GTP-U của UPF đến UE.

Luồng QoS mặc định thường là một Luồng QoS Non - GBR (không Tốc độ Bit Đảm bảo) mà không có bất kỳ Bộ lọc Gói tin nào Nó cũng có Mức độ Ưu tiên thấp nhất trong việc ánh xạ lưu lượng Nói cách khác, nếu lưu lượng uplink (UL) hoặc downlink (DL) không phù hợp với bất kỳ Bộ lọc Gói tin nào trong các Luồng QoS khác trong một Phiên PDU của UE, Luồng QoS mặc định sẽ được sử dụng để chuyển tiếp lưu lượng của UE đến DN và ngược lại Luồng QoS mặc định cũng có thể được sử dụng bởi một UE để thông báo cho một AF (Chức năng Ứng dụng) như máy chủ âm thanh hoặc video để thiết lập các Luồng QoS GBR để hỗ trợ các ứng dụng mạng đòi hỏi QoS cao hơn như họp mặt trực tuyến hoặc lưu lượng robot thời gian thực.

Trong hình trên, UE1, UE2 và UE3 mỗi cái đều có một Luồng QoS mặc định đến DN Một Dòng Dữ liệu Dịch vụ (SDF) là một luồng lưu lượng giữa một UE và DN nơi các yêu cầu QoS của SDF có thể được đáp ứng bởi Luồng QoS chứa SDF đó Ví dụ, UE1 (ví dụ, một điện thoại thông minh 5G) có một trình duyệt web Firefox với4 tab được mở ra tới các trang web Internet khác nhau Vì Luồng QoS mặc định không có Bộ lọc Gói tin trên UE và UPF cho việc phân loại lưu lượng uplink và downlink, lưu lượng Internet của trình duyệt web FireFox được ánh xạ vào một SDF duy nhất được vận chuyển bởi Luồng QoS mặc định của UE1 được xác định bởi QFI (Định danh Luồng QoS.

Ngoài Luồng QoS mặc định, UE1 có thể cần một Luồng QoS GBR (Tốc độ Bit Đảm bảo) để chuyển tiếp lưu lượng của mình, ví dụ như lưu lượng họp video Do đó,

UE1 thông báo một Luồng QoS GBR riêng biệt bằng cách sử dụng Luồng QoS mặc định của mình tới máy chủ họp video hoặc AF (Chức năng Ứng dụng) nơi AF sẽ khởitạo Thiết lập Luồng QoS đến PCF để tạo ra một Quy tắc PCC đến SMF Quy tắc PCCnày kích hoạt SMF thực hiện một quy trình Sửa đổi Phiên PDU để sửa đổi một LuồngQoS hiện có hoặc tạo ra một Luồng QoS mới phù hợp cho lưu lượng họp video hoặc SDF Vì UE1 chưa có bất kỳ Luồng QoS GBR nào, một Luồng QoS GBR mới giữa UE1, gNB và UPF để chuyển tiếp lưu lượng họp video được thông báo và thiết lập bởi SMF.

Sau khi thiết lập một Luồng QoS GBR để hỗ trợ lưu lượng họp video của mình (SDF), UE1 cũng muốn có một phiên chơi game thực tế ảo - ổn Nếu phiên chơi gamethực tế ảo có cùng yêu cầu QoS của phiên họp video, SMF có thể sửa đổi Luồng QoS GBR hiện có để hỗ trợ hai SDF, tức là lưu lượng họp video và phiên chơi game thực tế ảo thông qua quy trình Sửa đổi Phiên PDU Quá trình ánh xạ một luồng lưu lượng hoặc SDF vào một Luồng QoS phù hợp được gọi là Ràng buộc SDF.

Đối với một phiên PDU thành công được thiết lập giữa một UE và một DN, các đường hầm không dây và dây dẫn dưới đây được thiết lập:

 Một Mạng thông tin Radio Dữ liệu (DRB) hai chiều giữa UE và gNB

 Hai đường hầm GTP-U một chiều để tạo thành một đường hầm N3 GTP-U hai chiều giữa gNB và UPF

Đối với hai đường hầm GTP-U một chiều kết nối Node Truy cập (AN như gNB) và Node Trung tâm (CN như UPF) tương ứng, chúng được gọi là các đường hầm AN và CN như sau:

 Đường hầm Node Truy cập (AN) trên gNB bao gồm địa chỉ IP của gNB và TEID_an của UE, đây là Điểm cuối Đường hầm GTP-U (TEID) tại gNB Đây là đường hầm để UPF chuyển tiếp lưu lượng downlink của UE đến UE thông qua gNB.

 Đường hầm Node Trung tâm (CN) trên UPF bao gồm địa chỉ IP của UPF và TEID_cn của UE, đây là Điểm cuối Đường hầm GTP-U (TEID) tại UPF Đây là đường hầm để gNB chuyển tiếp lưu lượng uplink của UE đến DN thông qua UPF.

Ví dụ, nếu có 50 gNB kết nối tới AMF (mặt điều khiển) và UPF (mặt người dùng) đến DN, và mỗi gNB hỗ trợ 200 UE, sẽ có 10,000 UE kết thúc vào UPF đến DN, và sẽ có 10,000 TEID_cn tồn tại trên UPF và 10,000 TEID_an tồn tại trên gNB để đường hầm mỗi lưu lượng UE giữa DN và gNB thông qua UPF.

Địa chỉ IP của UPF và TEID_cn của UE cùng nhau cũng được gọi là Điểm Neo Phiên PDU (PSA) cho một UE Điều này là vì khi một UE di chuyển từ chẳng hạn,

gNB1 tới gNB2, SMF sẽ thông báo cho UPF về Đường hầm AN mới (tức là, địa chỉ IP mới của gNB2 và TEID_an2 của UE) để UPF chuyển tiếp lưu lượng downlink của UE SMF cũng sẽ thông báo cho gNB2 về PSA hiện có (tức là, địa chỉ IP của UPF và TEID_cn1 hiện có) để gNB2 có thể tiếp tục chuyển tiếp lưu lượng của UE đến UPF để duy trì liên tục phiên.

2.3.Quy trình kết nối thiết lập phiên PDU giữa UE và 5G Core2.3.1 Các NF đăng ký với NRF

Sau khi các khối NF trong 5g core được bật và ở trạng thái Start, chúng bắt đầu

lắng nghe và phải đăng ký với NRF, sau đây là quá trình đăng ký với NF của khối SMF các khối khác cũng sẽ tương tự như vậy (trừ UPF vì UPF ở mặt phẳng người dùng, chứ không phải mặt phẳng điều khiển )

Hình 3 SMF đăng ký với NRF

Khi SMF gửi tín hiệu đăng ký tới NRF thì NRF sẽ bắt đầu thực hiện quá trình xửlý (1)

 Update urilist Create NF Profile

NF Profile: là tập hợp các thông tin về cấu hình chức năng mô tả của NF đó  Location header : đây chính là địa chỉ mà để tìm kiếm được NF đó trên mạng

Sau khi đã đăng ký xong thì NRF phản hồi lại cho SMF và bắt đầu quá trình lằngnghe trên IP mà nó được cấu hình đẻ kết nối với các NF khác

Hình 4 SMF đăng ký xong và lắng nghe

2.3.2 SMF kết nối với UPF

Trước khi xem UPF kết nối với SMF ra sao thì chúng ta đến trước với UPF ở trạng thái khởi động (UPF Start)

 Read config from “upfcfg.yaml” Đọc cấu hình mà mình chỉnh trong upfcfg.yaml

 UPF chạy GTPU

Là 1 giao thúc tạo ra các luồng kết nối ảo trong mạng nó mô phỏng các tunnel, định tuyến và truyền dữ liệu gói tin giữa các đầu mút

 UPF chạy PFCP sever

Là 1 giao thúc nó được dùng để trao đổi giữa UPF và SMF, được dùng để SMFđiều khiển UPF về lưu lượng QoS,

Và sau khi các bước trên đã được thiết lập thành công UPF bước vào trạng thái sẵn sàng để nghe kết nối từ SMF như hình dưới đây

Hình 5 SMF kết nối với UPF

2.3.3 AMF kết nối gNB

Hình 6 gNB thiết lập SCTP và NG với AMF

SCTP: là phương thức truyền thông đa luồng và tin cạy được sử dụng để thiết lập duy trì kết nối tin cậy

NGAP : là giao thức ứng dụng để quản lý và điều khiển các kết nối dịch vụ, chịu trách nghiệm trao đổi các thông điệp quan trọng bao gồm : thiết lập kết nối, thông báo sự kiện, điều khiển

2.3.4 UE start và kết nối đến gNB

Hình 7 UE start

 Khi UE chạy, nó bắt đầu trạng thái tìm PLMN (nó là mã di động quốc gia và mã di động nhà mạng)

 Cell là 1 vùng nào đó nằm trong cái vùng mà gNB phủ sóng

 Có thể hiểu đơn giản là trong PLMN có nhiều gNB và gNB lại chứa nhiều cell  Sau khi chọn được PLMN và cell UE sẽ gửi tín hiệu kết nối tới gNB như hình

Hình 8 UE kết nối RRC với gNB

 RRC (Radio Resource Control): tài nguyên vô tuyến, quản lý và duy trì kết nối tài nguyên sóng giữa UE và GNB

Sau khi UE kết nối với gNB thì nó nhảy sang trạng thái bắt đầu quá trình đăng ký Mobility manager

2.3.5 Quá trình UE xác minh với 5gc

Quá trình này sẽ gồm AMF, AUSF, UDM, UDR trong Control Plane tham gia