في شبكة 5G، لا تقتصر إدارة التنقل على تتبّع الهاتف أثناء انتقاله من خلية إلى أخرى. بل هي منطق التحكم الذي يوضح لنواة 5G ما إذا كان جهاز UE مسجلاً، أو قابلاً للوصول، أو متصلاً، أو في وضع الخمول، أو مسموحاً له بالوصول إلى الخدمة، أو خاضعاً لقيود مرتبطة بالموقع وسياسة الاشتراك. ومن دون هذه الطبقة، لن تعرف الشبكة متى تحتفظ بسياق المستخدم، أو متى تحرر موارد الإشارات، أو متى ترسل نداء إلى الجهاز، أو أي هوية ينبغي استخدامها أثناء إجراءات التسجيل والأمان.

تستخدم نواة 5G وظيفة AMF، وإشارات NAS، وسياق UE، والمعرّفات المؤقتة، ومعرّفات الاشتراك المخفية، وقواعد تقييد التنقل لجعل حركة الأجهزة قابلة للإدارة. فقد يتم تشغيل جهاز UE صباحاً، ثم يسجل في الشبكة، ويبقى في وضع الخمول لفترات طويلة، ويعود إلى الاتصال عندما يحتاج إلى خدمة بيانات، ويتنقل بين مناطق التتبع خلال اليوم. ويجب على الشبكة دعم كل ذلك مع حماية موارد الواجهة الهوائية، وموارد إشارات N2، وخصوصية المستخدم.

التسجيل يحدد قابلية الوصول عبر الشبكة

توضح إدارة التسجيل ما إذا كان جهاز UE قد سجل في نواة 5G. والحالتان الرئيسيتان هما RM-DEREGISTERED وRM-REGISTERED. في حالة عدم التسجيل، لا يكون جهاز UE مسجلاً في الشبكة الأساسية. ولا تعرف AMF مكانه، ولا تحتفظ له بسياق UE قابل للاستخدام، ولا تستطيع اعتباره جهازاً قابلاً للوصول.

عندما يكمل جهاز UE التسجيل بنجاح، ينتقل إلى حالة التسجيل. وعندها يستطيع الوصول إلى خدمات 5GC، وتتوفر لدى AMF معلومات كافية لمعرفة موقع المستخدم بالمستوى المطلوب والحفاظ على سياق UE. ولا يعني ذلك بالضرورة أن جهاز UE يرسل بيانات المستخدم بشكل نشط، بل يعني فقط أن لديه علاقة صالحة مع الشبكة الأساسية.

الانتقال بين الحالتين واضح. يبدأ الجهاز الذي تم تشغيله حديثاً من حالة عدم التسجيل. فإذا تم قبول إجراء التسجيل، ينتقل UE إلى حالة التسجيل. وإذا تم رفض التسجيل، أو بدأت الشبكة إجراء إلغاء التسجيل، يبقى UE في حالة عدم التسجيل أو يعود إليها. ويشبه نموذج الحالات هذا من حيث المبدأ منطق EMM الخاص بحالتي التسجيل وعدم التسجيل في 4G، لكنه يُدار ضمن بنية نواة 5G.

حالة الاتصال توفر موارد الشبكة

توضح إدارة الاتصال ما إذا كان جهاز UE يحتفظ حالياً بعلاقة إشارات نشطة مع الشبكة. والحالتان الأساسيتان هما CM-IDLE وCM-CONNECTED. في وضع الخمول، لا يكون UE متصلاً بشكل نشط عبر إشارات N2، ولا تحتفظ AMF بموارد الاتصال النشطة نفسها التي تحتاج إليها أثناء التشغيل في وضع الاتصال.

في حالة الاتصال، تعرف AMF موقع UE بدقة أكبر، ويستطيع الجهاز الوصول إلى خدمات 5GC عبر اتصال قائم. كما قد تنشئ الشبكة سياق UE المناسب لمعالجة الخدمة أو تحافظ عليه. وعندما لا يكون لدى UE طلب خدمة نشط، يمكن للشبكة تحرير موارد اتصال N2 وإعادته إلى وضع الخمول.

يحافظ هذا التصميم على كفاءة الشبكة. فإذا بقي كل جهاز UE مسجل في حالة اتصال كامل طوال اليوم، فسيتم إهدار موارد الراديو، وإشارات N2، وموارد تجهيز مستوى المستخدم. والأسلوب الأفضل هو إبقاء UE مسجلاً مع تحرير موارد الاتصال النشطة عندما لا تكون مطلوبة. وعندما يبدأ المستخدم لاحقاً في التصفح أو البث أو الاتصال أو استخدام تطبيق، يمكن لـUE تشغيل طلب خدمة أو إجراء ذي صلة والعودة إلى حالة الاتصال.

يمكن تشبيه ذلك عملياً بتسجيل الدخول في فندق. فالتسجيل في الشبكة يشبه تسجيل الوصول وإنشاء سجل للنزيل، أما الاتصال فيشبه الاستخدام الفعلي لموارد الغرفة مثل الإضاءة والتكييف والمصعد. ويظل النزيل مسجلاً حتى عندما لا يستخدم تلك الموارد. وبالطريقة نفسها، يمكن أن يبقى UE مسجلاً بينما يتم تحرير اتصاله النشط لتوفير الموارد.

سياق UE يحتفظ بالبيانات الأساسية

سياق UE هو المعلومات التي تحتفظ بها AMF بعد تسجيل الجهاز. وهو يزوّد الشبكة بالبيانات التشغيلية اللازمة لإدارة الوصول، والأمان، والموقع، وقيود الاشتراك، وسلوك التنقل. ولا يتكون هذا السياق من حقل واحد، بل من مجموعة من المعرّفات، والقدرات، ومعلومات الموقع، والمعلمات المرتبطة بالسياسات.

تشمل العناصر المهمة في سياق UE كلاً من SUPI وPEI وGPSI، وقيمة UE-AMBR المشترك بها، وقدرات 5GMM، ومعلومات PCF المحددة، وقوائم المناطق المحظورة، وقيود منطقة الخدمة، وسياق إدارة التنقل. وقد يتضمن سياق MM أيضاً نوع الوصول، ووضع أمان NAS، وقدرات أمان UE، وNSSAI المسموح به، وآخر TAI للتسجيل، وحالة RM، ومنطقة التسجيل، ومعلومات الموقع الحالية للمستخدم.

تساعد هذه الحقول الشبكة على الإجابة عن عدة أسئلة تشغيلية: من هو المشترك؟ وما الجهاز المستخدم؟ وما نوع الوصول المعني؟ وما خوارزميات الأمان المدعومة؟ وما شرائح الشبكة التي يستطيع UE الوصول إليها؟ وأين تم آخر تسجيل له؟ وما المناطق المسموح بها أو المقيدة؟ وتوجّه هذه الإجابات معالجة التسجيل، والوصول إلى الخدمات، والنداء، وتحديثات التنقل، والتحكم في السياسات.

المعرّفات تحمي خصوصية المستخدم

تعتمد إدارة التنقل في 5G بدرجة كبيرة على تصميم الهوية. إذ يجب على الشبكة تحديد هوية المشترك والجهاز، لكن ينبغي لها تجنب كشف المعرّفات الدائمة عبر الواجهة الهوائية كلما أمكن ذلك. ولهذا تستخدم 5G عدة معرّفات مترابطة لأغراض مختلفة.

SUPI هو معرّف الاشتراك الدائم. وأكثر أشكاله شيوعاً هو IMSI، بينما يستخدم شكل آخر NAI للوصول غير القائم على 3GPP. ويحدد PEI الجهاز، ويرتبط عادةً بـIMEI أو IMEISV. أما GPSI فهو معرّف اشتراك عام، وغالباً ما يتم تمثيله بواسطة MSISDN، في حين يمكن أن يستخدم تنسيق آخر معرّفاً خارجياً مثل username@realm.

تقلل الهويات المؤقتة من كشف المعلومات الدائمة. ويُعد 5G-GUTI هوية مؤقتة فريدة عالمياً تعيّنها AMF. وهو يجمع المعرّف المرتبط بـAMF، المعروف باسم GUAMI، مع 5G-TMSI. ويُعد 5G-S-TMSI جزءاً من 5G-GUTI ويستخدم في النداء. وهذا الفصل مهم لأن عملية النداء يجب ألا تكشف الهوية الدائمة للمشترك.

يُعد SUCI مهماً بشكل خاص لأمان 5G. فهو معرّف اشتراك مخفي يتم إنشاؤه عبر تشفير المعلومات المرتبطة بـSUPI. وفي 4G، كان من الممكن الحصول على IMSI في بعض إجراءات الهوية، ما تسبب في مخاطر على الخصوصية عبر الواجهة الهوائية. وفي 5G، ينبغي أن يستخدم التسجيل 5G-GUTI عند توفره. وإذا لم يتوفر 5G-GUTI، فيتم استخدام SUCI بدلاً منه. ولا ينبغي استخدام IMSI بصيغته المكشوفة كهوية تسجيل.

يتم إنشاء SUCI باستخدام التشفير غير المتماثل. ويستخدم UE مفتاحاً عاماً مخزناً في USIM أو متاحاً للجهاز لإخفاء هوية الاشتراك. ثم يمر المعرّف المخفي عبر شبكة الوصول والشبكة الأساسية باتجاه الشبكة المنزلية، حيث يُستخدم المفتاح الخاص لاستعادة SUPI. ويساعد مؤشر التوجيه الشبكة الأساسية على توجيه رسالة الإشارات نحو وظائف الشبكة المنزلية الصحيحة حتى عندما يكون جزء من الهوية مخفياً.

القيود تتحكم في مناطق الخدمة

تشمل إدارة التنقل أيضاً القيود. فليس كل جهاز UE قادراً على الوصول إلى كل تقنية راديوية، أو كل منطقة تتبع، أو كل منطقة خدمة. وتستخدم نواة 5G قواعد تقييد التنقل للتحكم في الأماكن والطرق التي يمكن من خلالها لـUE استخدام خدمات الشبكة.

منطقة التسجيل هي مجموعة من مناطق التتبع المخصصة لـUE. وداخل هذه المنطقة لا تكون الخدمة مقيدة، ولا يحتاج UE إلى تحديث التسجيل مع كل حركة بسيطة. ويأتي تقييد RAT من بيانات الاشتراك، ويمكنه منع UE من استخدام تقنية وصول راديو معينة مثل 5G. أما المنطقة المحظورة فهي مجموعة من المناطق التي لا يُسمح فيها لذلك الجهاز بالوصول إلى خدمات 5G.

يمكن لـتقييد منطقة الخدمة تحديد المناطق المسموح بها وغير المسموح بها. ففي المناطق المسموح بها، يستطيع UE الوصول إلى خدمة 5G. أما في المناطق غير المسموح بها، فيتم حظر الوصول إلى الخدمة أو تقييده وفقاً للسياسة. وتفيد هذه القيود في التحكم بالاشتراكات، والتحكم في التجوال، وتخطيط الشبكات الخاصة، وتقسيم الخدمات، وتلبية المتطلبات التنظيمية.

تشكل إدارة التسجيل، وإدارة الاتصال، وسياق UE، والمعرّفات الآمنة، وقيود التنقل معاً الأساس الخاص بالتنقل في نواة 5G. فالهدف ليس مجرد معرفة مكان الجهاز، بل إبقاؤه قابلاً للوصول عند الحاجة، وحماية موارد الشبكة أثناء الخمول، والحفاظ على خصوصية الهوية، وفرض قواعد الوصول وفقاً للاشتراك والموقع.

الأسئلة الشائعة

لماذا تفصل 5G بين التسجيل والاتصال؟

يسمح هذا الفصل ببقاء UE معروفاً لدى الشبكة الأساسية من دون الاحتفاظ بموارد إشارات نشطة طوال الوقت. ويؤدي ذلك إلى تحسين الكفاءة عندما تكون أجهزة كثيرة مسجلة لكنها لا تستخدم الخدمة باستمرار.

لماذا يُستخدم 5G-S-TMSI في النداء؟

يُشتق 5G-S-TMSI من بنية الهوية المؤقتة، ولذلك يدعم النداء من دون كشف معلومات الاشتراك الدائمة عبر الواجهة الراديوية.

ما الفرق بين SUCI وSUPI؟

SUPI هو هوية الاشتراك الدائمة، بينما SUCI هو شكل مخفي يُستخدم لحماية تلك الهوية الدائمة أثناء الإجراءات التي لا تتوفر فيها هوية مؤقتة.

لماذا تحتاج AMF إلى سياق UE؟

تحتاج AMF إلى سياق UE لإدارة الأمان، ونوع الوصول، وحالة التسجيل، ومعلومات الموقع، وشرائح الشبكة المسموح بها، وقيود الخدمة، والقرارات المرتبطة بتنقل UE.

كيف تؤثر قيود التنقل في الوصول إلى الخدمة؟

تحدد قيود التنقل ما إذا كان بإمكان UE استخدام مناطق أو تقنيات راديوية معينة استناداً إلى منطقة التسجيل، والمنطقة المحظورة، وسياسة منطقة الخدمة، وبيانات الاشتراك.