5G mobile core network

372 136 0
5G mobile core network

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

5G Mobile Core Network Design, Deployment, Automation, and Testing Strategies — Rajaneesh Sudhakar Shetty 5G Mobile Core Network Design, Deployment, Automation, and Testing Strategies Rajaneesh Sudhakar Shetty 5G Mobile Core Network Rajaneesh Sudhakar Shetty Bangalore, Karnataka, India ISBN-13 (pbk): 978-1-4842-6472-0 https://doi.org/10.1007/978-1-4842-6473-7 ISBN-13 (electronic): 978-1-4842-6473-7 Copyright © 2021 by Rajaneesh Sudhakar Shetty This work is subject to copyright All rights are reserved by the Publisher, whether the whole or part of the material is concerned, specifically the rights of translation, reprinting, reuse of illustrations, recitation, broadcasting, reproduction on microfilms or in any other physical way, and transmission or information storage and retrieval, electronic adaptation, computer software, or by similar or dissimilar methodology now known or hereafter developed Trademarked names, logos, and images may appear in this book Rather than use a trademark symbol with every occurrence of a trademarked name, logo, or image we use the names, logos, and images only in an editorial fashion and to the benefit of the trademark owner, with no intention of infringement of the trademark The use in this publication of trade names, trademarks, service marks, and similar terms, even if they are not identified as such, is not to be taken as an expression of opinion as to whether or not they are subject to proprietary rights While the advice and information in this book are believed to be true and accurate at the date of publication, neither the authors nor the editors nor the publisher can accept any legal responsibility for any errors or omissions that may be made The publisher makes no warranty, express or implied, with respect to the material contained herein Managing Director, Apress Media LLC: Welmoed Spahr Acquisitions Editor: Aditee Mirashi Development Editor: Matthew Moodie Coordinating Editor: Aditee Mirashi Cover designed by eStudioCalamar Cover image designed by Freepik (www.freepik.com) Distributed to the book trade worldwide by Springer Science+Business Media New York, New York Plaza, Suite 4600, New York, NY 10004-1562, USA. Phone 1-800-SPRINGER, fax (201) 348-4505, e-mail orders-ny@springer-sbm.com, or visit www.springeronline.com Apress Media, LLC is a California LLC and the sole member (owner) is Springer Science + Business Media Finance Inc (SSBM Finance Inc) SSBM Finance Inc is a Delaware corporation For information on translations, please e-mail booktranslations@springernature.com; for reprint, paperback, or audio rights, please e-mail bookpermissions@springernature.com Apress titles may be purchased in bulk for academic, corporate, or promotional use eBook versions and licenses are also available for most titles For more information, reference our Print and eBook Bulk Sales web page at http://www.apress.com/bulk-sales Any source code or other supplementary material referenced by the author in this book is available to readers on GitHub via the book’s product page, located at www.apress.com/ 978-1-4842-6472-0 For more detailed information, please visit http://www.apress.com/ source-code Printed on acid-free paper To my wonderful parents, T.B Sudhakar Shetty and Veena Shetty, who always supported me when required and always corrected my mistakes and raised me to become the person I am now I cannot complete my dedications without thanking my two wonderful kids, Aarav and Atharv, as without their love and understanding this book would not have been possible Table of Contents About the Authors��������������������������������������������������������������������������������xi About the Technical Reviewer������������������������������������������������������������xv Acknowledgments ���������������������������������������������������������������������������xvii Introduction���������������������������������������������������������������������������������������xix Chapter 1: 5G Overview������������������������������������������������������������������������1 A History of Mobile Communication����������������������������������������������������������������������1 Standards and Evolution of 5G������������������������������������������������������������������������������6 Evolution to 5G and Overview of 5G Standalone Network������������������������������������8 Key Concepts in 5G���������������������������������������������������������������������������������������������10 Data Network Name��������������������������������������������������������������������������������������10 Packet Data Unit Session������������������������������������������������������������������������������11 Subscription Permanent Identifier�����������������������������������������������������������������12 5G Globally Unique Temporary Identifier�������������������������������������������������������13 QoS Model in 5G Core������������������������������������������������������������������������������������14 New Radio�����������������������������������������������������������������������������������������������������19 Access and Mobility Function������������������������������������������������������������������������22 Session Management Function���������������������������������������������������������������������26 User Plane Function��������������������������������������������������������������������������������������30 Policy Control Function����������������������������������������������������������������������������������32 Charging Function�����������������������������������������������������������������������������������������34 Authentication Server Function���������������������������������������������������������������������38 v Table of Contents Unified Data Management�����������������������������������������������������������������������������39 Unified Data Repository���������������������������������������������������������������������������������40 Network Slice Selection Function������������������������������������������������������������������42 Network Repository Function������������������������������������������������������������������������44 Service-Based Architecture���������������������������������������������������������������������������44 NRF: The Network Repository Function��������������������������������������������������������������47 Service Communication Proxy�����������������������������������������������������������������������48 Network Exposure Function��������������������������������������������������������������������������48 Security Edge Protection Proxy���������������������������������������������������������������������50 Application Function��������������������������������������������������������������������������������������52 REST and HTTP2 Methods�����������������������������������������������������������������������������������53 What is REST?�����������������������������������������������������������������������������������������������53 Service-Based Interface in 5GC���������������������������������������������������������������������58 PDU Session Establishment��������������������������������������������������������������������������������62 Chapter 2: Multi-Access Edge Computing in 5G���������������������������������69 MEC Architecture������������������������������������������������������������������������������������������������69 MEC Deployment�������������������������������������������������������������������������������������������������71 Multi-Access Edge Computing in 5G�������������������������������������������������������������������72 Connectivity Models for Edge Computing������������������������������������������������������75 Key Challenges with MEC������������������������������������������������������������������������������76 Solutions��������������������������������������������������������������������������������������������������������79 MEC Toolkit for 5GC���������������������������������������������������������������������������������������������90 Uplink Classifier Branching Point������������������������������������������������������������������91 Mobility with ULCL�����������������������������������������������������������������������������������������93 IPv6 Multi-Homing�����������������������������������������������������������������������������������������94 Session and Service Continuity���������������������������������������������������������������������96 Application Function Influence on Traffic Routing���������������������������������������100 vi Table of Contents Chapter 3: 5G NSA Design and Deployment Strategy�����������������������103 Evolution of the Network from 4G to 5G Non-Standalone���������������������������������105 Dual Connectivity����������������������������������������������������������������������������������������������107 New Radio Dual Connectivity����������������������������������������������������������������������108 Multiple Radio Access Technology Dual Connectivity����������������������������������108 Architecture������������������������������������������������������������������������������������������������������109 Migration Options����������������������������������������������������������������������������������������������110 Option 3/3a/3x���������������������������������������������������������������������������������������������112 Option 3a�����������������������������������������������������������������������������������������������������113 Option 3x�����������������������������������������������������������������������������������������������������115 Option 3�������������������������������������������������������������������������������������������������������117 Control and User Plane Separation�������������������������������������������������������������������118 CUPS Architecture���������������������������������������������������������������������������������������121 Legacy-Based NSA and CUPS-Based NSA��������������������������������������������������125 NSA Call Flows��������������������������������������������������������������������������������������������������130 Deployment Considerations������������������������������������������������������������������������������136 Device Strategy and Access Point Name Planning��������������������������������������137 Gateway Node Selection������������������������������������������������������������������������������138 User Plane Selections����������������������������������������������������������������������������������140 Challenge 1: No Dedicated Gateway Reserved in the Network for 5G NSA Users���������������������������������������������������������������������������141 Multi-Access Edge Computing Strategy for NSA�����������������������������������������142 Role of Automation��������������������������������������������������������������������������������������143 Role of Analytics������������������������������������������������������������������������������������������144 Radion Access Network and Transport Implications�����������������������������������146 QoS and Charging in NSA����������������������������������������������������������������������������147 Challenge 2: Non-Adaptive IP Pool Allocation����������������������������������������������150 vii Table of Contents Challenge 3: Frequent Secondary Node Addition and Deletion Can Cause Bad Quality of Experience and Signaling Storm�������������������������������157 Redundancy�������������������������������������������������������������������������������������������������163 Lawful Intercept Implications����������������������������������������������������������������������164 Chapter 4: 5G SA Packet Core Design and Deployment Strategies���������������������������������������������������������������������167 5G Core Network Introduction���������������������������������������������������������������������������167 Design Considerations for a 5G Core Network Deployment������������������������������171 Devices��������������������������������������������������������������������������������������������������������171 5G SA Slicing Considerations����������������������������������������������������������������������174 Node Selection��������������������������������������������������������������������������������������������185 Interworking with 4G/5G NSA����������������������������������������������������������������������199 Redundancy Considerations������������������������������������������������������������������������222 Chapter 5: 5G Packet Core Testing Strategies����������������������������������235 Automation Level in Testing������������������������������������������������������������������������������236 Manual Testing��������������������������������������������������������������������������������������������236 Semi-Automated Testing or Automated Assisted Testing����������������������������237 Fully Automated Testing������������������������������������������������������������������������������237 Release Strategies for 5G SA Core Network�����������������������������������������������������237 Component Type Approach��������������������������������������������������������������������������238 Release-Centric Approach���������������������������������������������������������������������������240 CI/CD Centric Approach for 5G Delivery�������������������������������������������������������241 5G SA Testing Framework���������������������������������������������������������������������������������246 5G SA Testing Type��������������������������������������������������������������������������������������247 Functional Testing���������������������������������������������������������������������������������������247 Non-Functional Testing��������������������������������������������������������������������������������252 Security Testing�������������������������������������������������������������������������������������������259 viii Table of Contents 5G NSA Core Network Testing���������������������������������������������������������������������262 Testing Integration Points between 5G SA��������������������������������������������������263 Impact Changes to be Tested in 5G�������������������������������������������������������������265 Redundancy Testing in 5G���������������������������������������������������������������������������266 Monitoring and Troubleshooting�����������������������������������������������������������������������268 Host-Level Monitoring���������������������������������������������������������������������������������269 Container and Cluster Monitoring����������������������������������������������������������������270 Application/NF Monitoring���������������������������������������������������������������������������271 Distributed Tracing��������������������������������������������������������������������������������������������274 Chapter 6: Automation in 5G������������������������������������������������������������277 Network Slicing in 5G���������������������������������������������������������������������������������������278 Fundamental Requirements for Slicing Automation�����������������������������������������280 Automation for a 5G Packet Core����������������������������������������������������������������������281 Infrastructure�����������������������������������������������������������������������������������������������283 Deployment�������������������������������������������������������������������������������������������������284 Function�������������������������������������������������������������������������������������������������������285 Configuration�����������������������������������������������������������������������������������������������286 5G Abstraction���������������������������������������������������������������������������������������������286 End-to-End Slice Automation and Management�����������������������������������������������287 Communication Service������������������������������������������������������������������������������288 Network Slice Instance��������������������������������������������������������������������������������288 Network Slice Subnet Instance�������������������������������������������������������������������288 Network Slice Instance Lifecycle����������������������������������������������������������������289 Service Orchestration Solution�������������������������������������������������������������������������292 Service Assurance in 5G�����������������������������������������������������������������������������������296 ix Table of Contents Chapter 7: Architectural Considerations by Service Providers��������301 Enhanced Service-Based Architecture��������������������������������������������������������������302 NF Set and NF Service Set��������������������������������������������������������������������������302 Indirect Communication������������������������������������������������������������������������������306 5G Policies��������������������������������������������������������������������������������������������������������318 Choosing the SM-PCF, AM-PCF, and UE-PCFs����������������������������������������������320 Access and Mobility-Related Policy Control������������������������������������������������321 UE Policy Control�����������������������������������������������������������������������������������������328 Session Management Policy Control�����������������������������������������������������������333 QoS Negotiation�������������������������������������������������������������������������������������������334 Local Area Data Network�����������������������������������������������������������������������������337 Non-Public 5G (Private Network)����������������������������������������������������������������������338 Deployment of Non-Public 5G Network�������������������������������������������������������341 Standalone Non-Public Network�����������������������������������������������������������������341 Public Network Integrated NPN�������������������������������������������������������������������343 Key Notes����������������������������������������������������������������������������������������������������345 Index�������������������������������������������������������������������������������������������������347 x .. .5G Mobile Core Network Design, Deployment, Automation, and Testing Strategies Rajaneesh Sudhakar Shetty 5G Mobile Core Network Rajaneesh Sudhakar Shetty Bangalore,... primarily on the 5G core network domain, and –– published several 5G- related white papers in various forums, including the IEEE.org forum xi About the Authors Guest Authors 5G Mobile Core Network would... aspects of 5G or 5G mobile core network but also to be able to help the readers understand the concepts and provide them with practical tips that they should be able to apply as input toward 5G network

Ngày đăng: 20/03/2021, 09:45

Mục lục

    About the Technical Reviewer

    A History of Mobile Communication

    Standards and Evolution of 5G

    Evolution to 5G and Overview of 5G Standalone Network

    Key Concepts in 5G

    Packet Data Unit Session

    5G Globally Unique Temporary Identifier

    QoS Model in 5G Core

    Access and Mobility Function

    Network Slice Selection Function

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan