يمكن لجهاز 5G التسجيل في الشبكة من دون إنشاء مسار بيانات للمستخدم فورًا. ويكشف هذا التغيير التصميمي الصغير الكثير عن اختلاف إدارة الجلسات في 5GC عن أنظمة النواة المتنقلة الأقدم. ففي 4G كانت عملية الإلحاق مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بإنشاء اتصال PDN افتراضي وحامل افتراضي. أما في 5G فقد أصبح التسجيل وإنشاء الجلسة منفصلين بصورة أوضح، ما يمنح الشبكة حرية أكبر لتحديد الوقت الذي تحتاج فيه فعلًا إلى مسار في مستوى المستخدم.

إدارة الجلسات في 5GC هي طبقة التحكم التي تحدد كيفية اتصال UE بشبكة بيانات، وأي جلسة PDU يتم إنشاؤها، وأي DNN يُستخدم، وأي معلومات عن الشريحة تُطبق، وما قواعد QoS التي تُخصص، وأي UPF يثبت حركة المرور، وكيف تُدار الاستمرارية عند تنقل UE. وهي ليست مجرد تسمية جديدة لإدارة حوامل 4G، بل إطار أكثر مرونة صُمم للنطاق العريض المتنقل، والصوت عبر 5G، ووصول المؤسسات، والخدمات منخفضة الكمون، وشبكات البيانات المحلية، والحوسبة الطرفية.

لهذا تصبح إدارة الجلسات أحد المفاهيم الأساسية في نواة 5G. فإدارة التنقل تخبر الشبكة بموقع UE وما إذا كان قابلًا للوصول، بينما تخبرها إدارة الجلسات بنوع مسار الخدمة الذي يحتاج إليه UE، وشبكة البيانات التي يجب الوصول إليها، وكيفية تصنيف حركة المرور، وكيفية التحكم في موارد مستوى المستخدم. وتتعاون الوظيفتان عن قرب، لكنهما لم تعودا تُعالجان ضمن كتلة تحكم موحدة واحدة.

لماذا تغير التحكم في الجلسات

أكبر تغيير معماري هو فصل إدارة التنقل عن إدارة الجلسات. ففي نواة 5G تكون AMF مسؤولة عن إدارة تنقل NAS، بينما تتولى SMF إدارة الجلسات. ولا تتم معالجة رسائل NAS-SM بالكامل داخل AMF؛ بل تعيد AMF توجيه إشارات إدارة الجلسات إلى SMF عبر واجهة N11. وهذا يعني أن AMF لا تحتفظ بسياق إدارة جلسة UE بالطريقة نفسها التي كانت تستخدمها منطقية التحكم المدمجة القديمة.

يجعل هذا الفصل نواة 5G أكثر وضوحًا. إذ يمكن لـ AMF التركيز على التسجيل والتحكم في الوصول وقابلية الوصول وحالة التنقل والإجراءات المرتبطة بالموقع. ويمكن لـ SMF التركيز على إنشاء جلسات PDU وتعديلها وتحريرها، ومعالجة DNN، واختيار UPF، والتحكم في قواعد QoS، واستمرارية الجلسة، والمعلمات المرتبطة بالفوترة. وعند فصل المسؤوليات تستطيع الشبكة توسيع كل وظيفة وفق حمل العمل الخاص بها.

يتوافق هذا التغيير أيضًا مع توجه خدمات 5G. فقد يستخدم الهاتف الذكي أو المستشعر الصناعي أو المركبة أو جهاز الشبكة الخاصة أو تطبيق الحوسبة الطرفية شبكة 5G بطرق مختلفة تمامًا. بعض الأجهزة يحتاج إلى جلسات بيانات متكررة، وبعضها قد يسجل ثم يبقى صامتًا، وبعضها لا يحتاج إلا إلى وصول محلي داخل منطقة محددة، بينما يحتاج بعضها إلى استمرارية IP مستقرة أثناء الحركة. لذلك لا يكفي نموذج واحد يقوم على «إنشاء حامل افتراضي دائمًا عند التشغيل» لاستيعاب هذا التنوع.

في 5G يمكن لـ UE إجراء التسجيل من دون إنشاء جلسة PDU فورًا. وهذا يمنع إنشاء موارد مستوى المستخدم قبل أن تحتاج إليها أي خدمة بالفعل. وتكتسب هذه النقطة أهمية خاصة في إنترنت الأشياء واسع النطاق والوصول من نوع الآلة. إذ تستطيع الشبكة إبقاء UE معروفًا وقابلًا للوصول مع تجنب إعداد مسارات بيانات غير ضرورية.

يؤثر فصل التحكم في التنقل والجلسات كذلك في بيانات المشترك. إذ تُقسم بيانات اشتراك UDM إلى أجزاء مرتبطة بالتنقل وأخرى مرتبطة بالجلسات. وتتلقى AMF بيانات اشتراك التنقل، وتستخدم SMF بيانات اشتراك إدارة الجلسات، كما يمكن لـ AMF تلقي بيانات اختيار SMF للمساعدة في اختيار الوظيفة المناسبة أثناء إنشاء جلسة PDU. وتجعل هذه البنية الشبكة الأساسية أكثر نمطية وأسهل في المواءمة مع تقطيع الشبكة والسياسات الخاصة بكل DNN ونماذج الخدمات المتمايزة.

من PDN إلى PDU

ترجع أصول كثير من مصطلحات إدارة جلسات 5G إلى 4G، لكن المصطلحات والبنية تغيرت. فقد أصبح اتصال PDN في 4G عبارة عن جلسة PDU في 5G. وأصبحت PDN في 4G هي DN، أي شبكة البيانات. وأصبح APN في 4G هو DNN، أي اسم شبكة البيانات. ويُستبدل الحامل الافتراضي في 4G بـ تدفق QoS الافتراضي، بينما تتحول الحوامل المخصصة إلى تدفقات QoS إضافية أو غير افتراضية.

هذا التغيير ليس شكليًا فقط. فقد صُممت جلسة PDU لدعم أنواع مختلفة من اتصال وحدات بيانات البروتوكول. وفي 4G كان نوع PDN يشمل أساسًا IPv4 وIPv6 وIPv4v6. أما في 5G فيضيف نوع جلسة PDU مزيدًا من المرونة من خلال دعم Ethernet والبيانات غير المهيكلة كخيارات غير قائمة على IP. وهذا مهم لأن 5G مطالبة بدعم ما هو أكثر من الوصول التقليدي إلى الإنترنت. فقد تحتاج الأجهزة الصناعية والشبكات الخاصة بالمؤسسات وبيئات الخدمة الخاصة إلى نماذج لا تقتصر على اتصال IP المعتاد.

يمكن لـ UE إنشاء جلسة PDU للوصول العام إلى الإنترنت وجلسة أخرى لـ IMS. وداخل جلسة PDU المرتبطة بـ IMS يمكن استخدام تدفقات QoS مختلفة لإشارات SIP وصوت VoNR وفيديو VoNR. والفرق المهم أن 5G لم تعد تربط كل خدمة بحامل EPS مستقل بالطريقة نفسها، بل أصبح تدفق QoS هو مستوى الدقة الأساسي لمعالجة الخدمة، في حين يتحكم gNB في جانب الراديو في ربط التدفقات بـ DRB.

يتيح هذا النموذج تحكمًا أدق في الخدمات. إذ يمكن لجلسة PDU واحدة حمل عدة تدفقات QoS، ويمكن لكل تدفق الحصول على قيم مختلفة من 5QI وARP ومعالجة QoS مختلفة. وبالنسبة لخدمات المؤسسات والمشغلين، يسهل ذلك دعم فئات متعددة من حركة المرور من دون إجبار كل خدمة على الالتزام بنموذج حوامل جامد.

كيف تتولى SMF التحكم

تُعد SMF وظيفة التحكم الرئيسية في إدارة جلسات 5GC. فهي تتولى إنشاء جلسات PDU وتعديلها وتحريرها، وتختار استخدام UPF أو تتحكم فيه، وتدير تفاعل السياسات المرتبط بالجلسة، وتخصص قواعد QoS، وتحدد كيفية بناء مستوى المستخدم. وعندما تتلقى AMF إشارات NAS-SM من UE، فإنها تعيد توجيه المعلومات إلى SMF بدلًا من معالجة منطق الجلسة كاملًا محليًا.

يجعل هذا التصميم AMF وSMF تعملان كطبقتين منسقتين. تعرف AMF حالة وصول UE وتنقله، بينما تعرف SMF متطلبات جلسة الخدمة. وعند طلب جلسة PDU تساعد AMF في نقل الإشارات وتوفر سياق الوصول، في حين تقرر SMF كيفية إنشاء الجلسة وفق DNN وS-NSSAI وبيانات الاشتراك والتحكم في السياسات وتوافر مستوى المستخدم.

تؤدي SMF أيضًا دورًا محوريًا في اختيار نمط SSC. فالاختيار ليس عشوائيًا، بل يعتمد على نمط SSC الذي طلبه UE، والنمط المشترك به في بيانات UDM، ومجموعة الأنماط المسموح بها. وبعد إنشاء جلسة PDU لا يمكن تغيير نمط SSC الخاص بها، لذلك يكون القرار في بداية الجلسة مهمًا.

ومن المسؤوليات الرئيسية الأخرى التحكم في موارد مستوى المستخدم. إذ يمكن لـ SMF تنشيط هذه الموارد أو تعطيلها، أو تحرير جلسة PDU، أو تعديل معالجة الجلسة وفق التنقل ومنطقة الخدمة والسياسة وحالة الوصول. ففي LADN مثلًا، عندما تعلم SMF أن UE غادر منطقة خدمة LADN، يمكنها تحرير جلسة PDU المرتبطة أو تعطيل موارد مستوى المستخدم.

تتحكم SMF كذلك في توجيه حركة المرور في سيناريوهات الحوسبة الطرفية. وعندما تُستخدم وظائف UPF كمراسي ومصنفات، تستطيع SMF تثبيت قواعد تحدد ما إذا كان ينبغي إرسال الحركة إلى DN بعيدة أو شبكة خدمة محلية. لذلك تُعد SMF أساسية لكل من جلسات البيانات العادية ونماذج الخروج المحلي المتقدمة.

بيانات الاشتراك توجه الإعداد

يعتمد إنشاء الجلسة بدرجة كبيرة على بيانات الاشتراك. وبما أن إدارة التنقل وإدارة الجلسات منفصلتان، تُقسم بيانات UDM أيضًا إلى مجالات منطقية مختلفة. تستخدم AMF بيانات الاشتراك المرتبطة بالتنقل، بينما تستخدم SMF بيانات اشتراك إدارة الجلسات. ويمكن كذلك تزويد AMF ببيانات اختيار SMF لاختيار وظيفة مناسبة عندما يطلب UE جلسة PDU.

تتضمن بيانات اشتراك إدارة الجلسات عدة عناصر مهمة. S-NSSAI يحدد سياق الشريحة المشترك بها. إعدادات DNN تحدد كيفية وصول UE إلى شبكة بيانات. وضمن هذه الإعدادات يمكن للشبكة تعريف أنواع جلسات PDU الافتراضية والمسموح بها، وأنماط SSC الافتراضية والمسموح بها، ومعلومات QoS المشترك بها، وحدود معدل البت الإجمالي على مستوى الجلسة، وخصائص الفوترة.

تسمح هذه البنية بتشكيل الخدمة قبل إنشاء جلسة PDU. فقد يُسمح لـ UE بالوصول إلى DNN دون أخرى، أو باستخدام IPv4v6 للوصول إلى الإنترنت ونوع PDU آخر لخدمة مؤسسية أو خاصة. وقد يكون له نمط SSC افتراضي لإحدى شبكات DNN ومجموعة أنماط مختلفة لأخرى، كما قد يحصل على ملفات Session-AMBR وQoS مختلفة وفق الخدمة المشترك بها.

إعدادات DNN

يُعد إعداد DNN من أكثر أجزاء بيانات إدارة الجلسات عملية. فهو يتحكم في كيفية عمل اسم شبكة بيانات معين للمستخدم. وإذا كان DNN يمثل خدمة الإنترنت فقد تركز السياسة على النطاق العريض المتنقل العادي. وإذا كان يمثل IMS فقد يدعم QoS الخاص بالإشارات والصوت. وإذا كان يمثل خدمة محلية فقد يرتبط بسلوك LADN والقيود الجغرافية.

معلومات الشريحة

يربط S-NSSAI إدارة الجلسات بتقطيع الشبكة. فجلسة PDU لا ترتبط بـ DNN فقط، بل يمكن أن ترتبط أيضًا بشريحة. وهذا يسمح للشبكة بدعم فئات خدمات مختلفة أو عملاء مؤسسات أو مجالات تشغيلية باستخدام سياسات منفصلة لكل شريحة.

حدود المعدل والفوترة

يحدد Session-AMBR حدود معدل البت الإجمالي على مستوى جلسة PDU. ويمكن أن تكون خصائص الفوترة جزءًا من ملف إدارة الجلسة أيضًا. وتهم هذه المعلمات لأن إدارة الجلسات لا تتعلق بالاتصال فقط، بل تشمل التحكم في الخدمة وتطبيق السياسات والمعالجة التجارية.

جلسات PDU تشكل الوصول

جلسة PDU هي وحدة الوصول الأساسية التي تربط UE بشبكة DN عبر نواة 5G. وهي تحتوي على سمات خدمة مثل DNN ونوع جلسة PDU وS-NSSAI ونمط SSC ومعرف جلسة PDU. وبعد إنشائها تصبح الجلسة حاوية لتدفق QoS واحد أو أكثر. ثم تُعالج حركة المستخدم وفق قواعد QoS وقيم QFI ومرشحات الحزم والربط في جانب الراديو.

هذا النموذج أكثر مرونة من اتصال دائم بسيط. إذ يمكن لـ UE إنشاء جلسة PDU فقط عندما تحتاج إليها خدمة ما. ويمكنه إنشاء جلسات منفصلة للإنترنت وIMS، كما يمكنه إنشاء جلسة باتجاه DNN خاص بمؤسسة أو خدمة محلية أو طرفية إذا سمحت قواعد الاشتراك والمنطقة.

يعرّف معرف جلسة PDU الجلسة من منظور UE. ويمكن أن يمتلك UE عدة جلسات PDU، ترتبط كل منها بـ DNN أو شريحة أو نوع جلسة مختلف. فقد تتصل إحدى الجلسات بـ DN الخاصة بالإنترنت، وأخرى بـ DN الخاصة بـ IMS. وداخل هذه الجلسات يمكن لتدفقات QoS تمثيل متطلبات خدمة مختلفة.

يوسع نوع جلسة PDU نموذج الوصول أيضًا. وتظل IPv4 وIPv6 وIPv4v6 خيارات مألوفة، لكن أنواع PDU الخاصة بـ Ethernet والبيانات غير المهيكلة تجعل 5G أنسب للخدمات غير التقليدية. وهذا مهم خصوصًا في البيئات المؤسسية والصناعية التي قد تحتاج فيها الأجهزة إلى سلوك خدمة من الطبقة الثانية أو نقل حمولة غير قائمة على IP.

يؤثر تصميم جلسة PDU كذلك في كيفية تعامل الشبكة مع الصوت. ففي نموذج خدمة موجه إلى VoNR يمكن لإشارات IMS استخدام تدفق QoS غير GBR، بينما يستخدم الصوت والفيديو تدفقات QoS من نوع GBR بقيم 5QI مختلفة. ويسمح نموذج QoS Flow بتمييز الإشارات والصوت والفيديو داخل سياق وصول IMS نفسه من دون نسخ بنية حوامل EPS المخصصة مباشرة.

أنماط SSC تحافظ على تجربة المستخدم

يرمز SSC إلى استمرارية الجلسة والخدمة. ويضم المصطلح فكرتين مترابطتين لكن مختلفتين. فاستمرارية الجلسة تعني بقاء جلسة PDU وعنوان IP الخاص بـ UE من دون تغيير، بينما تعني استمرارية الخدمة بقاء تجربة المستخدم متصلة من منظور التطبيق. وقد يهتم المستخدم أثناء مشاهدة فيديو أو إجراء مكالمة صوتية أو استخدام خدمة تفاعلية بعدم انقطاع الخدمة، في حين تحتاج الشبكة أيضًا إلى معرفة ما إذا كانت الجلسة وعنوان IP نفسيهما قد استمرا.

يحدد نمط SSC كيفية تعامل الشبكة مع الاستمرارية عندما يؤدي تحرك UE إلى تغيير المسار أو المرساة أو الوصول إلى الخدمة. وتحدد 5G ثلاثة أنماط SSC، يقدم كل منها توازنًا مختلفًا بين استمرارية الجلسة والخدمة ومرونة مستوى المستخدم.

نمط SSC 1

يحافظ نمط SSC 1 على استمرارية الجلسة والخدمة معًا. إذ تبقى جلسة PDU نفسها ولا يتغير عنوان IP الخاص بـ UE. وهذا أقوى خيارات الاستمرارية، ويُطلب للخدمات التي لا تقبل الانقطاع. ويُعد VoNR مثالًا نموذجيًا لأن خدمة الصوت تعتمد على استمرارية مستقرة أثناء التنقل.

نمط SSC 2

لا يحافظ نمط SSC 2 على استمرارية الجلسة، لكنه يسعى إلى الحفاظ على استمرارية الخدمة من منظور تجربة المستخدم. ويستخدم أسلوب القطع قبل الإنشاء، حيث تُحرر جلسة PDU القديمة قبل إنشاء الجديدة. وقد يكون ذلك مقبولًا لبعض الخدمات، لكنه أضعف من الخيارين الآخرين من ناحية تجربة المستخدم.

نمط SSC 3

لا يحافظ نمط SSC 3 أيضًا على الجلسة نفسها، لكنه يستخدم أسلوب الإنشاء قبل القطع. إذ تُنشأ جلسة PDU جديدة قبل تحرير القديمة، وقد يحتفظ UE مؤقتًا بجلستين أثناء الانتقال. وهذا يوفر في كثير من الحالات تجربة أفضل من نمط SSC 2 لأنه يقلل انقطاع الخدمة.

من منظور تجربة المستخدم يوفر نمط SSC 1 أقوى استمرارية، ويكون نمط SSC 3 أفضل عمومًا من نمط SSC 2، بينما يكون نمط SSC 2 الأقل ملاءمة بين الثلاثة. وتختار SMF النمط بناءً على طلب UE وبيانات الاشتراك ومجموعة الأنماط المسموح بها. وبعد إنشاء الجلسة يظل نمط SSC ثابتًا لتلك الجلسة.

LADN يحد من النطاق المحلي

يرمز LADN إلى شبكة بيانات المنطقة المحلية. وهي خدمة شبكة بيانات لا تتوفر إلا داخل منطقة خدمة محددة تتكون من منطقة تتبع واحدة أو أكثر. وعندما يكون UE داخل منطقة LADN يمكنه الوصول إلى DNN المرتبطة إذا سمح الاشتراك والإعداد بذلك. وعند مغادرة المنطقة لا يعود بإمكانه الوصول إلى خدمة 5G الخاصة بتلك DN.

تفيد LADN لأن بعض الخدمات لا يكون لها معنى إلا في نطاق محلي. فقد تتوفر خدمة قيادة ذاتية داخل منطقة اختبار فقط، وقد ترتبط خدمة رعاية صحية عن بعد بموقع مستشفى، وقد يكون تطبيق مصنع صالحًا داخل مجمع صناعي خاص فقط. وفي هذه الحالات لا تكون شبكة البيانات خدمة إنترنت متنقلة عالمية، بل خدمة محلية يعتمد توافرها على الموقع.

يحتاج كل من UE والشبكة إلى معرفة المعلومات المرتبطة بـ LADN. ويمكن إعداد UE لمعرفة ما إذا كان DNN هو LADN DNN وأي تطبيق يرتبط به. وتُضبط منطقة الخدمة وLADN DNN في AMF لكل DN على حدة. كما يمكن لـ AMF تزويد UE بمعلومات LADN أثناء التسجيل أو تحديث الإعداد.

من منظور إدارة الجلسات، لدى LADN ثلاث حالات للموقع. داخل تعني أن UE موجود داخل منطقة LADN. خارج تعني أن UE غادر منطقة LADN. غير معروف يمكن أن تنطبق عندما يكون UE في حالة مثل CM-IDLE ولا تملك الشبكة مؤشرًا دقيقًا لموقعه الحالي. ويمكن لـ SMF استخدام معلومات AMF لتحديد ما إذا كان UE لا يزال داخل منطقة الخدمة.

إذا كان UE خارج منطقة خدمة LADN، فلا ينبغي له طلب تنشيط مستوى المستخدم لذلك LADN DNN، ولا طلب إنشاء جلسة PDU أو تعديلها لذلك DNN. وإذا لم تتوفر لديه معلومات منطقة خدمة لأحد LADN DNN، فعليه اعتبار نفسه خارج المنطقة. وعندما تتلقى SMF طلب جلسة مرتبطًا بـ LADN من دون مؤشر صالح على وجود UE داخل منطقة الخدمة، فإنها تعتبره خارج المنطقة وترفض الطلب.

مسارات الحافة تحتاج إلى مراسٍ

دعم الحوسبة الطرفية أحد أسباب حاجة إدارة جلسات 5GC إلى تصميم أكثر مرونة لمستوى المستخدم. فقد تتطلب الخدمة إرسال بعض حركة المرور إلى خادم بعيد مع إبقاء جزء آخر محليًا. فعلى سبيل المثال يمكن إرسال السجلات العادية إلى مركز بيانات بعيد، بينما تُوجه حركة التحكم منخفضة الكمون إلى خادم تطبيقات محلي قريب من شبكة الوصول.

يكتسب مفهوم PSA، أو مرساة جلسة PDU، أهمية هنا. فـ PSA هو UPF يثبت جلسة PDU ويوفر واجهة N6 باتجاه شبكة البيانات. وليس كل UPF عبارة عن PSA تلقائيًا، إذ قد تؤدي بعض وظائف UPF أدوارًا أخرى مثل التصنيف أو إعادة التوجيه. ويعتمد تصميم مستوى المستخدم على كيفية ترتيب وظائف UPF وكيفية وصول الحركة إلى شبكات DN المحلية أو البعيدة.

هناك طريقتان مهمتان لتوجيه الحركة. ULCL، أو مصنف الوصلة الصاعدة، يصنف حركة الوصلة الصاعدة وفق قواعد. ويمكن استخدامه مع حركة IPv4 وIPv6. وتستطيع SMF تثبيت قواعد ULCL لإرسال الحركة المطابقة لوجهة أو فئة خدمة محددة إلى الفرع الصحيح. فقد تُرسل الحركة إلى وجهة معينة نحو خادم بعيد، بينما تُرسل الحركة إلى وجهة أخرى نحو خدمة طرفية محلية.

أما الطريقة الثانية فهي نهج نقطة التفرع القائم على التفرع وفق بادئة IPv6. ولا ينطبق هذا الأسلوب إلا على IPv6، ويسمح بتوجيه الحركة وفق منطق بادئات IPv6، ما يجعله مناسبًا للتصميمات التي تستخدم عنونة IPv6 لتمييز فروع الخدمات المحلية والبعيدة.

تجعل هذه الآليات الحوسبة الطرفية قابلة للتطبيق داخل إدارة جلسات 5GC. إذ تتحكم SMF في قواعد الجلسة، وتتولى UPF إعادة توجيه الحزم وتصنيفها، وتوفر PSA المرساة باتجاه DN. والنتيجة هي مسار خدمة يمكن تشكيله وفق نوع الحركة بدلًا من إرسال جميع البيانات عبر مرساة نواة بعيدة واحدة.

تدفق QoS يضيف دقة أكبر

يُعد QoS Flow مستوى الدقة الأساسي للتحكم في جودة الخدمة في 5G. فبدلًا من استخدام حوامل EPS كوحدة مركزية لتمييز الخدمات، تستخدم 5G تدفقات QoS التي يحددها QFI. ويمكن لكل تدفق حمل ملف QoS خاص به وربطه بـ DRB بواسطة gNB. وليس من الضروري أن يساوي عدد DRB عدد QFI؛ إذ يمكن لـ gNB تحديد ما إذا كانت عدة تدفقات QoS ستُربط بـ DRB واحد أو بعدة DRB وفق ظروف الراديو والسياسة.

قد يشمل مثال الخدمة المعتاد تطبيقات إنترنت عادية، وحركة خدمات تعاونية، وخدمات مملوكة للمشغل. ويمكن لحركة التطبيقات العامة استخدام تدفق QoS غير GBR، بينما تستخدم الحركة الأكثر تطلبًا، مثل VR وAR أو الألعاب في الزمن الحقيقي، تدفق QoS من نوع GBR. كما يمكن لصوت وفيديو VoNR استخدام تدفقات GBR مختلفة بقيم 5QI خاصة بكل خدمة. ويمنح ذلك الشبكة طريقة أدق لمعالجة تدفقات الخدمات المختلفة.

تُنظم معلمات QoS على عدة مستويات. وعلى مستوى QoS Flow تشمل المعلمات الشائعة 5QI و ARP. ويرتبط 5QI بخصائص مثل مستوى الأولوية وميزانية تأخير الحزمة ومعدل أخطاء الحزم ونافذة المتوسط والحجم الأقصى لدفعة البيانات. ويساعد ARP في تحديد أولوية التخصيص والاحتفاظ عند محدودية الموارد.

تشمل معلمات تدفق GBR GFBR، أي معدل البت المضمون للتدفق، و MFBR، أي أقصى معدل بت للتدفق. وهما إلزاميان لتدفقات GBR. ويمكن أن يظهر التحكم في الإشعارات ومعدل فقد الحزم الأقصى كمعلمات اختيارية. أما لتدفقات غير GBR فيمكن استخدام RQA، أي سمة QoS الانعكاسية. وعلى مستوى أوسع للحدود يتحكم UE-AMBR و Session-AMBR في سلوك معدل البت الإجمالي لحركة المرور غير GBR.

تمثل هذه الدقة أحد الفروق الرئيسية بين منطق حوامل 4G ومنطق جلسات 5G. ففي VoLTE عبر 4G كانت الحوامل الافتراضية والمخصصة مرتبطة بـ APN وQCI وEBI وE-RAB وDRB وأنفاق مستوى المستخدم. أما في 5G فتشكل جلسة PDU وQFI ونوع QoS Flow ونفق N3 وربط DRB بنية مختلفة. والنتيجة أكثر مرونة، لكنها تعتمد بدرجة أكبر على سياسة SMF الصحيحة وتثبيت قواعد QoS وسلوك الربط في gNB.

كيف تُبنى الجلسات

لا تُنشأ جلسة PDU بصورة معزولة. فالشبكة تحتاج إلى اتخاذ عدة قرارات قبل أن يصبح مستوى المستخدم قابلًا للاستخدام. ويطلب UE جلسة باستخدام DNN ونوع جلسة PDU والمعلمات المرتبطة. وتحمل AMF رسالة NAS-SM إلى SMF، ثم تتحقق SMF من بيانات الاشتراك والسياسة ومعلومات الشريحة وإعداد DNN. وبعد ذلك تختار موارد مستوى المستخدم وتخصص قواعد QoS وتتحكم في كيفية اتصال الجلسة بـ DN.

يمكن فهم العملية كسلسلة من القرارات. أولًا تتحقق الشبكة من السماح لـ UE باستخدام DNN المطلوب. ثانيًا تتحقق من السماح بنوع جلسة PDU المطلوب. ثالثًا تراعي معلومات الشريحة عبر S-NSSAI. رابعًا تختار نمط SSC أو تؤكده. خامسًا تحدد UPF أو مسار المرساة المستخدم. سادسًا تطبق معلومات QoS والتحكم في المعدل.

تكون النتيجة جلسة تتجاوز كونها نفقًا فقط. فهي تحتوي على هوية الخدمة وهوية شبكة البيانات ومسار مستوى المستخدم وقواعد QoS وسلوك الاستمرارية وخصائص الفوترة والقيود المحتملة للمنطقة. وإذا ارتبطت الجلسة بخدمة محلية فقد تطبق قواعد LADN، وإذا ارتبطت بالحوسبة الطرفية فقد يطبق سلوك PSA وULCL، وإذا ارتبطت بالصوت تصبح IMS وتدفقات QoS بالغة الأهمية.

يمكن تعديل الجلسة بعد إنشائها أيضًا. فقد يُضاف تدفق QoS أو يُعدل، ويمكن تنشيط موارد مستوى المستخدم أو تعطيلها. كما يمكن تحرير الجلسة عند انتهاء الحاجة إليها، أو عند مغادرة UE منطقة الخدمة، أو عندما تتطلب السياسة ذلك. وبما أن SMF تتحكم في الجلسة، فهي الوظيفة الأساسية التي تحول قواعد الاشتراك والسياسة إلى سلوك فعلي لمسار البيانات.

يوضح ذلك سبب حاجة استكشاف مشكلات جلسات 5GC إلى النظر في أكثر من الوصول الراديوي. فقد يحتاج المهندسون إلى مراجعة سلوك إعادة التوجيه في AMF، واختيار SMF، وبيانات UDM، وإعداد DNN، وS-NSSAI، ومسار UPF، وتثبيت قواعد QoS، وحالة LADN، ونمط SSC، وقواعد N4 المتجهة إلى UPF. ويمكن لأي خلل في هذه الجوانب أن يؤدي إلى فشل الجلسة أو عملها بصورة غير صحيحة أو فقدان معالجة QoS المتوقعة.

ملاحظات تخطيط للمهندسين

يبدأ التخطيط الجيد لإدارة جلسات 5GC بفصل الخدمات. فلا ينبغي إجبار جميع الخدمات على استخدام DNN أو شريحة أو نموذج QoS أو نمط استمرارية واحد. وقد تختلف متطلبات الوصول إلى الإنترنت وIMS والوصول المؤسسي الخاص وتطبيقات المجمعات المحلية وحركة التحكم الصناعية والخدمات الطرفية. ويجب أن يحدد التصميم الواضح هذه الاختلافات قبل إعداد DNN وبيانات الاشتراك.

الأولوية التالية هي تحديد مقدار استمرارية الجلسة المطلوبة. فبعض الخدمات يحتاج إلى عنوان IP ثابت لـ UE وسلوك جلسة غير منقطع، بينما يمكن لخدمات أخرى قبول جلسة جديدة ما دام التطبيق قادرًا على الاستعادة. وتستفيد بعض الخدمات من الإنشاء قبل القطع، في حين تقبل أخرى القطع قبل الإنشاء. ويجب التعامل مع نمط SSC كخيار تصميم للخدمة، لا كمجرد معلمة في جدول.

ينبغي أن يبدأ تخطيط LADN من النطاق الجغرافي للخدمة. إذ يجب بناء منطقة الخدمة من مناطق التتبع، وإعداد AMF بمعلومات LADN DNN ومنطقة الخدمة لكل DN. كما يحتاج UE إلى الإعداد المحلي الصحيح لمعرفة ما إذا كان DNN هو LADN DNN وأي تطبيق يستخدمه. وإذا غابت معلومات منطقة خدمة LADN، فعلى UE اعتبار نفسه خارج المنطقة، ما قد يؤدي إلى فشل محاولات الخدمة كما هو مصمم.

يحتاج تخطيط الحافة إلى منطق واضح لتوجيه الحركة. وينبغي أن تطابق قواعد ULCL حركة التطبيقات الحقيقية بدلًا من افتراضات عامة. وإذا اختلطت الحركة المحلية والبعيدة داخل جلسة PDU واحدة، فيجب إعداد سلوك SMF وUPF بعناية. كما يؤثر اختيار PSA واتصال N6 ومسارات N9 وموقع الخادم المحلي في الكمون واستمرارية الخدمة.

يتطلب تخطيط QoS اهتمامًا مماثلًا. فلا يكفي تعريف قيمة 5QI. ويجب أن يفهم المهندسون ما إذا كان التدفق GBR أو غير GBR، وما إذا كانت GFBR وMFBR مطلوبة، وما إذا كانت Session-AMBR وUE-AMBR مناسبة، وكيف يُخصص QFI، وكيف يربط gNB تدفقات QoS بـ DRB. وإذا لم يتوافق الربط الراديوي مع توقعات الخدمة فقد تُنشأ الجلسة بصورة صحيحة ومع ذلك تقدم تجربة ضعيفة.

وأخيرًا ينبغي اختبار إدارة الجلسات باستخدام سيناريوهات واقعية للحركة والخدمة. فالمكالمة الثابتة في المختبر لا تثبت سلوك SSC، وجلسة إنترنت واحدة لا تثبت قيود LADN، واختبار السرعة البسيط لا يثبت تمييز تدفقات QoS. وينبغي اختبار التسجيل دون إنشاء جلسة، وعدة جلسات PDU، والدخول إلى LADN والخروج منها، وسلوك أنماط SSC، والخروج الطرفي، وإضافة QoS Flow، وتنشيط مستوى المستخدم، وتحرير الجلسة.

الرؤية التقنية النهائية

إدارة الجلسات في 5GC هي الجزء من النواة الذي يحول هدف الخدمة إلى اتصال بيانات. فهي تنشئ جلسات PDU وتتحكم فيها، وتختار الوصول عبر DNN، وتطبق قواعد الشريحة والاشتراك، وتختار نمط SSC، وتدير مسارات UPF، وتدعم القيود المحلية، وتخصص معالجة QoS Flow. وهي تمنح 5G المرونة اللازمة للهواتف الذكية وخدمات الصوت والأجهزة الصناعية وشبكات المؤسسات والوصول المحلي والحوسبة الطرفية.

الانتقال من منطق حوامل 4G إلى منطق جلسات PDU في 5G ليس مجرد تحديث للمصطلحات. فهو يغير كيفية إنشاء الاتصال وفصل الخدمات وتطبيق QoS وتوجيه مسارات مستوى المستخدم. ويجعل فصل AMF عن SMF البنية أكثر نمطية، وتصبح بيانات اشتراك UDM أكثر تنظيمًا، وتوفر أنماط SSC نماذج مختلفة للاستمرارية، وتضيف LADN وصولًا قائمًا على المنطقة، وتمكن ULCL وPSA مسارات الحافة، بينما يستبدل QoS Flow التفكير المرتكز على الحوامل بتصنيف أدق للخدمات.

أفضل طريقة لفهم إدارة جلسات 5GC هي تتبع الخدمة من الطلب إلى مستوى المستخدم. يطلب UE جلسة PDU، وتحمل AMF رسالة الجلسة، وتتحقق SMF من الاشتراك وDNN والشريحة ونوع PDU ونمط SSC، وتبني UPF المسار نحو DN، وتصنف قواعد QoS الحركة، ويربط gNB تدفقات QoS بالحوامل الراديوية. ثم تؤثر تغيرات التنقل والموقع في الاستمرارية والوصول المحلي والتوجيه الطرفي. وكل خطوة جزء من سلسلة إدارة الجلسة نفسها.

الأسئلة الشائعة

لماذا يمكن لـ UE التسجيل من دون إنشاء جلسة PDU؟

يشير التسجيل فقط إلى أن UE معروف للشبكة وقابل للوصول. ولا تُحتاج جلسة PDU إلا عند طلب خدمة بيانات للمستخدم، ولذلك تتجنب 5G إنشاء موارد مستوى المستخدم قبل الحاجة إليها.

لماذا تعيد AMF توجيه رسائل NAS-SM بدلًا من معالجتها بالكامل؟

صُممت AMF للتحكم في الوصول والتنقل، بينما تمتلك SMF منطق الجلسة. ويحافظ إعادة توجيه إشارات NAS-SM على فصل المسؤوليات ويجعل البنية أكثر نمطية.

ما الذي يجعل DNN أكثر من مجرد اسم جديد لـ APN؟

ترتبط DNN بقواعد جلسات 5G وسياق الشريحة وأنواع جلسات PDU وسلوك LADN والتحكم في السياسات واختيار SMF، ولذلك تؤدي دورًا أوسع من مجرد اسم وصول.

متى ينبغي تفضيل نمط SSC 3 على نمط SSC 2؟

يفيد نمط SSC 3 عندما تقبل الخدمة تغير الجلسة لكنها تستفيد من الإنشاء قبل القطع، ما يقلل الانقطاع مقارنة بتحرير الجلسة القديمة أولًا.

لماذا تتطلب LADN معرفة من جانب UE؟

يحتاج UE إلى معرفة ما إذا كان DNN هو LADN DNN وما إذا كان داخل منطقة الخدمة المضبوطة قبل طلب إنشاء الجلسة أو تعديلها أو تنشيط مستوى المستخدم.