5G通話 – UPFユーザープレーン確立とデータ送信

ユーザープレーン機能（UPF）は、5Gコアネットワークにおいて最も重要なネットワーク機能（NF）の1つです。これは、無線ネットワーク（RAN）が5G（NR）におけるPDUフロー中に相互作用する2番目のネットワーク機能ユニットです。コントロールプレーンとユーザープレーン分離（CUPS）の進化における重要な要素として、UPFは、サブスクリプションポリシーにおけるQoSフロー内でパケットを検査、ルーティング、転送する役割を担います。SMFを使用して、N4インターフェース経由でSDFテンプレートを送信し、アップリンク（UL）およびダウンリンク（DL）トラフィックルールを適用します。対応するサービスが終了すると、UPFはPDUセッション内でQoSフローを割り当てまたは終了します。

I. ユーザープレーンの確立5Gシステムに最初にアクセスする際、端末（UE）は、サービスデータ送信のためにコントロールプレーンのガイダンスに従って、データセンターとのユーザープレーンチャネルを確立する必要があります。このプロセス中:

• 端末（UE）が5Gネットワークにアクセスしたい場合、最初に登録プロセスを行います。すべてのコントロールプレーン手順が完了した後、SMFはユーザープレーン確立フェーズ中にすべてのセッション関連情報を処理します。AMFは、SMFに渡されたすべてのPDUセッションのダウンリンクDL TEID（端末機器識別子）を要求します。次に、SMFは、指定された範囲内でUEに最適なUPFを選択し、デフォルトPDUセッション確立のすべてのパラメータを含むセッション確立要求を送信します。
• その後、トラフィックのためにデータネットワーク（DN）と交換するために、セッションデフォルトQoSフロー（非GBR）が作成されます。サービストラフィックには、遅延を計算し、トラフィックを維持するためのより長いルートが含まれます。

図1. 5G端末ユーザープレーン確立プロセス（メッセージ）

• [5] 新規UE確立要求、セッションコンテキストの作成が必要
• [1] UPFアドレスの設定
• [5] [10] UPFとのセッション作成要求
• [3] セッションコンテキスト応答
• [4] [5] デフォルトセッション更新の取得
• [3] デフォルトQoS、AMBR
• [3] IMSIのデフォルトダウンリンクおよびアップリンクPDRルールの追加

II. 最初のアップリンク/ダウンリンクデータ送信実際のデータ送信（つまり、アップリンクまたはダウンリンクデータ）が発生すると、AMFは別のSMコンテキスト要求をSMFに送信します、その中で:

• SMFは、要求されたセッションタイプに関連する情報を含むセッション変更要求を送信します。
• UPFは、ユーザーの要件に従って、ルールと規制内でPDUセッションを確立します。次に、UPFはQoSフローマッピングを追加し、TEIDを設定し、さまざまなルール（PDR、FAR、URRなど）と、いくつかのセッション関連ポリシーをPDUセッションに挿入します。また、各パケット交換を課金し、他のPDUセッションと区別するための固有のセッションIDを追加します。UPFは、現在のセッションが属するUEを識別するためにIMSI番号も追加します。
• セッションコンテキストはUPFによって準備され、SMF経由でAMFに送信され、AMFはそれをgNBに転送します。これには、UPFのローカルTEID、QoSコンテキスト、セッションリリースメッセージなどの情報が含まれます。

図2.5G端末ユーザープレーン最初のデータ送信フロー（メッセージ）

• [2] QoSポリシー管理（ポリシータイプ）
• [2] 動的ルール設定
• [2] 静的および動的ルール更新
• [3] マッピングFDR、PDR、QDR、BAR、URR
• [3] セッションへのルールの添付
• [3] 新しいTEIDの作成とPDRへの挿入
• [2] UPFに渡されるTEIDの設定
• [2] QoS/ベアラー管理
• [5] セッション要求の作成
• [9] セッションの更新と作成
• [6] ルールスケジューリングの処理
• [7] 課金承認の受信
• [2] 課金クレジットの初期化
• [2] すべてのアクティブなポリシーの取得
• [10] UPFセッションの設定
• [4] セッションの読み取り、作成、更新、検索
• [8] セッションの読み書き、およびすべてのセッションベクトルのシリアル化と非シリアル化
• [5] PDUセッションがアイドル状態に移行した場合の非アクティブ状態
• [6] セッション更新応答の処理
• [5] AMFからのセットアップメッセージの処理（初期要求または既存のPDUセッション）
• [3] AMFに送信される状態変更通知の更新
• [3] gNBに転送するためにAMFに送信する応答（セッションコンテキスト）の準備
• [3] gNBで使用するためにAMFにUPFローカルTEIDを送信
• [3] 適切なQoSコンテキストをAMFに送信
• [5] RATコンテキストからPDUセッションIDを取得
• [5] セッションを解放するメッセージを送信するようにAMFに要求