این تصویر به طور خلاصه تمام فرآیند رو مشخص کردم که چه عملیاتی باید انجام شود تا registeration کامل شود در شبکه نسل چهار.

(خدایی پاورپوینت از فوتوشاپ هم بهتره)

نکته دیگه اینکه دو تا لینک گذاشتم آخرش که اولیه همین مثاله فقط بیانش متفاوته و جزئیاتش از من کمتره ولی یک عکس time line داره که به نظرم خوبه.

لینک بعدی هم با عنوان آشنایی بیشتر صرفا برای اشخاص علاقه مند هست که میخواهند بیشتر یاد بگیرند

در آینده هم همین مثال در نسل پنج رو میزارم. الان تو مراحل تحریرش هستم
#موقت

5G Core Network (4G scenario Link)

در مرحله اول کاربر باید خود را در شبکه ثبت کند برای این کار باید با gNB ارتباط برقرار کند:
در ابتدا UE اتصال RRC فعال با gNB ندارد. بنابراین UE و gNB فرآیند برقراری اتصال رادیویی را انجام می‌دهند. در یک جریان، UE پیام RRC Setup Request را ارسال می‌کند، gNB با RRC Setup پاسخ می‌دهد و UE با RRC Setup Complete فرآیند را تکمیل می‌کند. در RRC Setup Complete می‌توان NAS PDU مربوط به Registration را نیز حمل کند. نکته مهم این است که Registration Request یک پیام NAS (Non Access Stratum) است، نه RRCاما میتواند در پیام های RRC حمل شود. به عبارد دیگر داخل پیام RRC setup comp ما پیام NAS PDU (به نام پیام NAS نیز گفته میشود) داریم و داخل آن نیز پیامی از نوع Registration Request داریم. پس وقتی می‌گوییم Registration Request یک پیام NAS است، نه RRC، یعنی پیام هایی از نوع Registration Request متعلق به پروتکل NAS است؛ اما برای رسیدن به gNB/Core، می‌تواند داخل یک پیام RRC حمل شود. در نتیجه میتوان دریافت که NAS و RRC دو پروتکل متفاوت هستند. RRC مسئول برقراری و مدیریت ارتباط رادیویی میان UE و gNB است. gNB پیام NAS را به Core Network انتقال میدهد، ولی منطق Registration در AMF انجام می‌شود.

در مرحله دوم gNB باید پیام initial UE message به AMF ارسال کند. بنابراین پس از دریافت NAS PDU اولیه، gNB باید آن را به AMF منتقل کند. برای این کار gNB پیام NGAP با نام Initial UE Message را روی رابط N2 به AMF ارسال می‌کند. این یک پیام NGAP است که NAS PDU مربوط به UE را حمل می‌کند و NGAP پروتکلی است که بین gNB و AMF از طریق N2 منتقل میشود؛ بنابراین نباید Initial UE Message را خود Registration Request بدانیم. در 4G ایده مشابهی داشتیم: eNodeB پیام NAS را داخل S1AP Initial UE Message به MME می‌فرستاد. در 5G این مسیر به gNB، NGAP، N2 و AMF تغییر کرده است. بنابراین NGAP یک پروتکل نسل پنجی است که جایگزین S1AP در نسل چهار شده است و تمام تعاملات بین gNB با AMF (مثلا جابه جایی کاربر) از طریق این پروتکل انجام میشود.

در مرحله سوم شروع احراز هویت کاربر: AMF پس از دریافت Registration Request باید هویت UE را بررسی کند. در5GC این کار با مشارکت AUSF انجام می‌شود. AMF از سرویس Authentication مربوط به AUSF استفاده می‌کند. این تعامل از Service-Based Architecture شبکه 5G استفاده می‌کند و در پیاده‌سازی استاندارد معمولاً از SBI و HTTP/2 و داده‌های ساختاریافته مانند JSON استفاده می‌شود. این قسمت با LTE تفاوت مهمی دارد. در مثال 4G،MME برای دریافت اطلاعات Authentication با HSS از طریق Diameter ارتباط داشت. در 5G، AMF مستقیماً جای HSS را نگرفته است؛ بلکه AMF، AUSF و UDM وظایف جداگانه‌ای دارند.

در مرحله چهارم برای ادامه احراز هویت باید اطلاعات کاربر را دریافت کنیم: AUSF برای Authentication به اطلاعات مربوط به Subscriber نیاز دارد. UDM وظیفه مدیریت اطلاعات Subscriber و Authentication را بر عهده دارد و UDR داده‌های مربوطه را نگهداری می‌کند. بنابراین UDR را نباید با UDM یا AUSF یکی دانس: UDR پایگاه داده است، UDM داده‌ها را مدیریت می‌کند و AUSF منطق Authentication را اجرا می‌کند. پس از فراهم شدن اطلاعات لازم،AUSF نتیجه یا اطلاعات لازم برای ادامه Authentication را در اختیار AMF قرار می‌دهد. پیام‌های Authentication در سمت UE به‌صورت NAS میان UE و AMF منتقل می‌شوند و gNB عمدتاً نقش حمل‌کننده این Signaling را دارد.

در مرحله پنجم تبادل پیام های احراز هویت: AMF پیام NAS به نام Authentication Request را برای UE ارسال می‌کند. پیام از AMF به gNB و سپس روی رابط رادیویی به UE می‌رسد. UE با استفاده از USIM و اطلاعات Authentication موجود در آن Challenge را پردازش کرده و Authentication Response را ارسال می‌کند. این پاسخ از UE به gNB و سپس از طریق NGAP به AMF می‌رسد. gNB در این فرآیند خودش هویت مشترک را Authentication نمی‌کند. Authentication در تعامل میان UE و Core Network و با کمک AUSF انجام می‌شود. در صورت موفقیت، فرآیند Security ادامه پیدا می‌کند.

مرحله ششم، تعیین security mode:
پس از موفقیت Authentication، شبکه باید پیام های سیگنالینک NAS را با الگوریتم‌های امنیتی مناسب محافظت کند AMF پیام Security Mode Command را ارسال می‌کند و UE پس از فعال کردن تنظیمات امنیتی پیام Security Mode Complete را برمی‌گرداند. Authentication و Security دو مفهوم متفاوت هستند: Authentication هویت UE را بررسی می‌کند، در حالی که Security Mode برای فعال کردن حفاظت ارتباط Signaling استفاده می‌شود.

مرحله هفتم ثبت AMF به عنوان خدمت دهنده و دریافت اطلاعات مشترک: AMF پس از Authentication و Security باید اطلاعات UE را در سمت5GC ثبت کند. پس از تکمیل Authentication و برقراری NAS Security، AMF با UDM تعامل می‌کند تا از یک سو AMF به‌عنوان AMF خدمت‌دهنده UE در UDM ثبت شود و از سوی دیگر Subscription Data مربوط به Access و Mobility ، محدودیت‌های دسترسی و slice های مجاز را دریافت کند. این فرآیند به معنی ایجاد Subscriber در UDM نیست؛ اطلاعات Subscriber از قبل در UDR/UDM بر اساس Subscription کاربر وجود دارد. در LTE مفهوم مشابهی در تعامل MME و HSS با ULR و ULA دیده می‌شد. در5G این معماری به شکل Service-Based و با AMF و UDM پیاده‌سازی شده و UDR به‌عنوان Repository داده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
در پیام Nudm_UECM_Registration کاربر UE در شبکه توسط AMF ثبت میشود و AMF میگوید: AMF که به کاربر سرویس میدهد من هستم. مقدار Nudm همان در گاه یا SBI مربوط به UDM است و UECM اشاره به اطلاعات کاربر دارد و registration عملی که قرار است انجام شود. این پیام نمونه URI که دسترسی میدهد HTTP/2 PUT /Nudm-UECM /v1/{supi}/Registration است. در پیام Nudm_SDM_Get اطلاعات مربوط به Subscriber در UDR به AMF میرسد. این پیام نمونه URI که دسترسی میدهد HTTP/2 GET /nudm-sdm/v1/{supi}/am-data است.

در مرحله هشتم عملیات ثبت کاربر به پایان میرسد:
پس از تکمیل Authentication، Security و دریافت اطلاعات لازم، AMF پیام NAS به نام Registration Accept را به UE ارسال می‌کند. این پیام از طریق gNB به UE می‌رسد و می‌تواند اطلاعاتی مانند 5G-GUTI، Registration Area وAllowed NSSAI را شامل شود. UE پس از پردازش پیام، Registration Complete را ارسال می‌کند. در این لحظه UE از دید شبکه5GS Registered است. با این حال هنوز مسیر User Plane برای Internet ایجاد نشده است. اکنون باید PDU Session Establishment انجام شود. تا اینجا کاربر در شبکه register شده است اما هنوز نشست PDU برای انتقال داده ندارد.

مرحله نهم در خواست ایجاد PDU Session:
فرض کنیم UE می‌خواهد به Internet دسترسی پیدا کند. UE یک PDU Session Establishment Request تولید می‌کند. این درخواست شامل اطلاعاتی مانند PDU Session ID، DNN، PDU Session Type که میتواند IPv4 باشد و در صورت نیاز S-NSSAI و SSC Mode است. این پیام در حوزه NAS Session Management قرار دارد و در نهایت باید برای SMF ارسال شود. UE آن را از طریق gNBبا پروتکل NGAP به AMF می‌رساند. بنابراین AMF در این مرحله دریافت‌کننده اولیه NAS است، ولی خودش PDU Session را ایجاد نمی‌کند.

در مرحله دهم AMF درخواست ایجاد نشست را به SMF میدهد: AMF پس از دریافت PDU Session Establishment Request، آن را به SMF ارسال میکند. ارتباط AMF و SMF از طریق N11 و Service-Based Interface انجام می‌شود و SMF یک SM Context یا همان session management context برای PDU Session ایجاد می‌کند. SM Context اطلاعاتی از نشست یک PDU مشخص است که باید مدیریت شوند. از اینجا مسئولیت اصلی مدیریت نشست با SMF است. این مرحله یکی از مهم‌ترین تفاوت‌های 5G با 4G است. در LTE MME مستقیماً در زنجیره ایجاد Bearer با S-GW و P-GW قرار داشت؛ در 5G AMF برای Session Management درخواست را به SMF واگذار می‌کند.
اطلاعاتی که SMF ممکن است به AMF از طریق یک پاسخ ساده HTTP برگرداند شامل : 1. SM Context reference 2. PDU Session-related information 3. cause/result (Debuging) 4. N1 SM information and N2 SM Information

مرحله یازده دریافت subscription و policy توسط SMF: SMF برای ایجاد PDU Session به اطلاعات Subscription مربوط به Session نیاز دارد. بنابراین می‌تواند با UDM تعامل کند. همچنین اگر Policy Control در شبکه فعال باشد، SMF با PCF ارتباط برقرار می‌کند تا Policyهای Session و QoS را دریافت یا اعمال کند. این بخش برای QoS بسیار مهم است. PCF می‌تواند Policyهای مربوط به Session را فراهم کند، اما SMF مسئول مدیریت اجرایی PDU Session و هماهنگ‌سازی QoS Flowها با RAN و UPF است. بنابراین بهتر است PCF را تعیین‌کننده Policy و SMF را مدیر Session و مجری آن Policy در نظر بگیریم. برای مثال یک PDU Session می‌تواند چند QoS Flow داشته باشد. هر QoS Flow با QFI شناخته می‌شود و مشخصات QoS آن با پارامترهایی مانند 5QI و سایر QoS Parameters توصیف می‌شود.

مرحله دوازدهم انتخاب UPF توسط SMF :SMF باید UPF مناسب را برای این PDU Session انتخاب کند. این انتخاب می‌تواند به DNN، S-NSSAI، موقعیت UE، توپولوژی شبکه، Policy،Local Breakout و Edge Computing و سایر پارامترهای شبکه وابسته باشد. در LTE مسیر User Plane معمولاً شامل S-GW و P-GW بود. در 5GS، SMF مسئول کنترل Session و انتخاب UPF است و معماری می‌تواند به یک یا چند UPF اجازه دهد که در مسیر User Plane قرار گیرند.

مرحله سیزدهم ایجاد نشست در UPF توسط واسط N4 و PFCP:
پس از انتخاب UPF، SMF باید آن را برای PDU Session پیکربندی کند. این کار از طریق رابط N4 و پروتکل PFCP انجام می‌شود. SMF پیام PFCP Session Establishment Request را به UPF می‌فرستد. این پیام شامل قوانین و اطلاعات لازم برای نصب، تشخیص، پردازش، Forwarding و QoS ترافیک Session است. UPF پس از ایجاد PFCP Session، اطلاعات User Plane مانند F-TEIDها و پارامترهای لازم برای تونل N3 را در اختیار SMF قرار می‌دهد. PFCP را نباید با GTP-U اشتباه گرفت: PFCP برای کنترل سیگنالینگ User Plane بین SMF و UPF است، در حالی که GTP-U برای حمل واقعی User Data بین gNB و UPF استفاده می‌شود. جدول زیر اطالاعتی که PCF ارسال میکند را نشان میدهد.

مرحله چهاردهم برگشت اطالاعات نشست به AMF :
اکنون SMF پس از آماده کردن Session اطلاعات لازم را به AMF برمی‌گرداند. این اطلاعات شامل پارامترهای لازم برای ادامه PDU Session Establishment و ایجاد منابع در Access Network است. AMF از این اطلاعات برای ارسال درخواست به gNB استفاده می‌کند.

مرحله پانزدهم ایجاد منابع در RAN : AMF از طریق رابط N2 و پروتکل NGAP پیام PDU Session Resource Setup Request را به gNB ارسال می‌کند. هدف این پیام ایجاد منابع لازم در RAN برای PDU Session است. اطلاعات مرتبط با QoS و N2 SM نیز در این فرآیند منتقل می‌شوند. gNB با دریافت این اطلاعات می‌داند که برای آن UE باید چه منابع رادیویی مناسبی ایجاد کند و QoS Flowهای مربوط به PDU Session را به منابع رادیویی مناسب نگاشت کند.

مرحله شانزدهم اعمال و ایجاد منابع رادیویی:
در 5GS یک PDU Session می‌تواند چند QoS Flow داشته باشد. هر QoS Flow با QFI شناخته می‌شود. gNB بر اساس اطلاعات QoS دریافتی، منابع رادیویی مناسب را ایجاد می‌کند. در سمت رادیویی، SDAP در نگاشت QoS Flowها به Data Radio Bearer ها نقش دارد. در نتیجه PDU Session، QoS Flow، QFI،5QI و DRB مفاهیم متفاوتی هستند. PDU Session ظرف منطقی ارتباط با Data Network است؛ QoS Flow یک جریان با ویژگی QoS مشخص داخل Session است؛ QFI شناسه QoS Flow است؛ 5QI مشخصه QoS است؛ و DRB یک Bearer در بخش رادیویی است. در بخش بعد درباره آنها بیشتر صحبت خواهیم کرد.

مرحله هفدهم مطلع ساختن UE از خصوصیات رادویی:
حال gNB برای ایجاد منابع رادیویی مورد نیاز، پیام RRC Reconfiguration را به UE ارسال می‌کند. این پیام برای ایجاد یا تغییر Data Radio Bearer و تنظیم لایه‌های رادیویی مانند PDCP، RLC و MAC استفاده می‌شود. UE پس از اعمال موفق تنظیمات، کاربرRRC Reconfiguration Complete را به gNB ارسال می‌کند. بنابراین Core Network از طریق N2 اطلاعات مورد نیاز را به gNB می‌رساند و gNB آن اطلاعات را به تنظیمات واقعی رادیویی تبدیل می‌کند. این موضوع شبیه نقش RRC Reconfiguration در LTE است، ولی ساختار QoS در5G بر اساس QoS Flow و QFI شکل گرفته است.

مرحله هجدهم مطلع ساختن AMF از اعمال تنظیمات رادویی:
پس از ایجاد منابع رادیویی، gNB پیام PDU Session Resource Setup Response را از طریق NGAP به AMF ارسال می‌کند. این پیام نشان می‌دهد که منابع Access Network مربوط به PDU Session ایجاد شده‌اند. در این فرآیند اطلاعات Endpoint سمت gNB برای User Plane نیز آماده می‌شود.

مرحله نوزدهم آخرین تنظیمات UPF بعد از دریافت endpointها:
در ابتدای کار UPF اطلاعات سمت خودش را داشت، اما پس از ایجاد منابع در gNB، اطلاعات Endpoint سمت gNB نیز مشخص می‌شود. SMF باید این اطلاعات را به UPF منتقل کند. برای این کار از N4/PFCP و معمولاً PFCP Session Modification استفاده می‌شود. پس از این به‌روزرسانی، UPF می‌داند که برای Downlink مربوط به این PDU Session باید GTP-U را به آدرس IP و TEID مربوط به gNB ارسال کند. در جهت Uplink نیز gNB ترافیک GTP-U را با Tunnel مشخص به UPF می‌فرستد.

مرحله بیستم:
اکنون PDU Session به‌صورت عملیاتی برقرار شده است. اگر UE یک IP Packet تولید کند، بسته از طریق 5G NR به gNB می‌رسد. gNB بر اساس QoS Flow مناسب، داده را روی DRB مربوطه منتقل می‌کند و برای ارسال روی N3 آن را در تونل GTP-U کپسوله می‌کند. سپس GTP-U Packet از gNB به UPF ارسال می‌شود. UPF GTP-U را در سمت N3 دریافت و terminate می‌کند، Packet داخلی IP را استخراج می‌کند و آن را از طریق N6 به Data Network ارسال می‌کند. بنابراین AMF و SMF در مسیر واقعی User Data قرار ندارند.

در 5GC ارتباط میان Network Functionها مانند AMF، AUSF، UDM،SMF و PCF به صورت Service-Based انجام می‌شود و SBI می‌تواند از HTTP/2 استفاده کند. این ارتباط برای Control Plane و مدیریت شبکه است. در مقابل، انتقال حجم زیاد User Data به سازوکار User Plane نیاز دارد و در N3 بین gNB و UPF از GTP-U استفاده می‌شود. بنابراین این دو را نباید جایگزین یکدیگر تصور کرد. HTTP/2 و API های SBI برای درخواست سرویس و تبادل اطلاعات کنترلی بین NFها هستند؛ GTP-U برای حمل Packet های واقعی کاربر در تونل User Plane است.

حالا چرا اینا رو گفتم

یک چند وقتی (سه ماه) هست دارم یک doc مینویسم درباره کیفیت سرویس در نسل چهار و پنج. برای همین یکی از مثال هایی که توی اون doc آوردم رو اینجا هم توی کانال نوشتم. ولی احتمالا scope این doc رو بزرگ ترش میکنم.
حالا اگر فیدبکی هم از این مثال بود مثلا پیشنهادی داشتین که به نظرتون خیلی خوب میشد توی این doc باشه بهم بگید.

#حرف_دل

میخواستم قبل از همه چیز از عزیزانی که با من صحبت میکنن و من رو لایق راهنمایی میدونن یا ری اکشن هاشون نسبت به پستها و یا کامنت هایی که میزارن تشکر کنم. این خیلی به من انرژی مثبت میده. دمتون گرم که پست ها رو میخونید و نظرتون رو میگید.

خیلی خوشحالم این کانال باعث شده دوستان با شبکه بیشتر آشنا بشن و حتی اگر علاقه مند نبودند هم علاقه مند بشن. من این رو به عنوان بالاترین و مهمترین هدفم از این کانال میدونم. جو کانال رو که میدونید چجوریه دیگه.

اما چیزی که من متوجه شدم از بچه های ورودی جدید شبکه دانشگاه از سال 1404 (حداکثرش) به اینور بچه هایی که با استاد خرسندی چه پایان نامه بر میداشتند یا بر نمیداشتند هم با کانال من آشنا شده بودند و مثل اینکه از این طریق با دکتر خرسندی آشنایی بیشتری پیدا کردند. این خیلی خوبه که مطالب کانال برای دوستان مفید واقع شده.
خیلی خوشحالم که هر کسی با کانال من آشنا شده پیشنهاد یکی از بچه های همینجا بوده. من خودم کانالم رو تو دانشگاه جایی نگفتم و کلا از این کار خوشم نمیاد. بیشتر به خاطر اینکه وقتی با کسی تو دانشگاه صحبت میکنم و اسم کانالم رو میاره بیشتر برام لذت بخشه.

زمان ورودی من دکتر خرسندی به اندازه دکتر صبایی محبوب نبود. ورودی های ما برای دکتر صبایی بشتر دعوا میکردند چون میگفتن دکتر خرسندی سخت گیر هست و توانایی های اجتماعیش کمی ضعیف تر هست. برای همین من با هر دو استاد عزیز درس برداشتم و چیزی که متوجه شدم کلا جوی که دور دکتر خرسندی هست کاملا اشتباه و اغراق آمیز هست. به نظر من دکتر خرسندی از اون چیزی که نشون میده خیلی cool تر و راحت تر هست. ایشون برای دانشجو ها ارزش و احترام قائله. یکی از کسایی که باعث شد من علاقه بیشتی نسبت به شبکه پیدا کنم هم ایشون بودن.
یادمه توی روز معلم وقتی من و علی راعی برای استاد یک هدیه کوچیک گرفتیم ایشون توی تشکر کردنشون کاملا فروتن بودند و هیچ وقت خودشون رو بالاتر از دانشجو نمی دیدند. خلاصش اینکه راحت بودند.

یادمه زمانیکه محمد حسین تهران جنوب بود با شخصی به نام دکتر امیرحسین روحانی آشنا شد. دکتر روحانی هم زمان محمد حسین محبوب نبود. این قضیه برای من مثل جریان دکتر خرسندی میمونه. وقتی تو توی دانشگاه همچین افرادی رو کشف میکنی و متوجه میشی که دید و حسی که بهشون داری رو دیگران نداشتند باعث میشه که دوره تحصیلیت بهشون نزدیک تر بشی و الگوی تحصیلی خودت قرار بدی.

خداروشکر که رشته شبکه دکتر خرسندی داره اگر ایشون نباشه رشته شبکه امیرکبیر باید درش رو باید تخته کرد.
دکتر صبایی هم داره از فضاهای علمی خارج میشه و مسئولیت مدیریتی میگیره.

حالا هر کی این پست رو بخونه فکر میکنه دکتر خرسندی عضو کاناله و دارم پاچه خواری میکنم :))

این خبر باعث شد حالم امروز گرفته بشه

به مناسبت یازده سپتامبر (9/11)

دوستان اگر میخوایید مشکل اعصاب و روان پیدا کنید حتما از Latex استفاده کنید عالیه!