عند النظر إلى كيفية اتصال الهاتف الذكي بشبكة 5G، يتركز الاهتمام عادةً على عناصر الشبكة مثل gNB وAMF وSMF وUPF. ومن السهل إغفال بطاقة USIM الأصغر حجمًا. لكن عمليًا، تحتاج USIM أيضًا إلى هياكل بيانات مخصصة لدعم وظائف تتراوح من تسجيل 5G وتخزين حالة التنقل إلى خصوصية هوية المشترك وسياقات أمان NAS والتحكم في الوصول.
مع إدخال 5G، تم توسيع نظام ملفات USIM وفقًا لذلك. ولم يكن الأمر مجرد تخزين بعض المعلمات الإضافية في بنية SIM الحالية. بل تم إدخال أدلة جديدة خاصة بشبكات 5GS، ومؤشرات خدمات، وملفات EF داخل تطبيق USIM حتى يتمكن الجهاز المحمول من تحديد قدرات 5G المدعومة من البطاقة، وما البيانات التي يجب تخزينها، ومن أين يجب قراءة التكوين المقابل.
حفظ أسماء مثل EF5GS3GPPLOCI وEF5GAUTHKEYS وEFSUCI_Calc_Info بمعزل عن بعضها قد يصبح مربكًا. النهج الأكثر عملية هو تجميع هذه الملفات حسب المشكلات التي تعالجها: التنقل، الأمان، خصوصية هوية المشترك، التحكم في الوصول، ومعلومات المشغل.
لماذا تُعد UICC ونظام الملفات مهمين قبل النظر إلى ملفات USIM الخاصة بـ 5G
نشأت شريحة SIM في حقبة الجيل الثاني ويمكن فهمها كوحدة تعريف المشترك التي كانت العتاد والتطبيق فيها متكاملين بشكل وثيق. المكوّن العتادي هو شريحة الدائرة المتكاملة، بينما يشمل الجانب البرمجي نظام التشغيل COS ونظام الملفات والتطبيقات أو الخدمات في الطبقات العليا.
مع إدخال الجيل الثالث، فصلت USIM (وحدة تعريف المشترك العالمية) التطبيق بشكل أوضح عن منصة البطاقة التي يعمل عليها. UICC هي منصة البطاقة ذات الدائرة المتكاملة العالمية الأساسية، بينما تعمل USIM كتطبيق على تلك المنصة. بعبارة أخرى، ما يُسمى عادةً "بطاقة USIM" هو من منظور البنية المنطقية وصف أدق له: تطبيق USIM يعمل على UICC.
هذا التمييز مهم لأن 5G لم تقدم نظام بيانات منفصلًا تمامًا خارج USIM. بل تستمر قدرات 5G في استخدام نموذج خدمة وإدارة الملفات الحالي في USIM.
يتم تخزين كمية كبيرة من بيانات البطاقة الذكية في شكل ملفات. تشمل البنية المنطقية بشكل رئيسي:
MF (الملف الرئيسي): الملف الأعلى في نظام ملفات البطاقة.
DF (ملف مخصص): دليل مخصص لتنظيم تطبيق معين أو مجموعة بيانات.
EF (ملف أساسي): الملفات الأساسية التي تخزن فعليًا بيانات الخدمة ومعلومات الحالة ومعلمات التكوين.
بالنسبة لشبكات 5G، تمت إضافة دليل DF5GS مخصص تحت تطبيق USIM لتنظيم ملفات EF المرتبطة بـ 5GS. تحدد مواصفات تطبيق USIM ذات الصلة تسع خدمات مرتبطة بـ 5G وعشرة ملفات EF مقابلة لهذه المجموعة من القدرات.
ما قدرات 5G المضافة تحت DF5GS؟
لا يعني وجود ملف EF وحده تلقائيًا أنه ينبغي استخدام ميزة معينة. هناك ملف مهم آخر هو EFUST (جدول خدمات USIM).
يشير EFUST إلى الخدمات المدعومة من USIM. يحتوي جدول الخدمات على 131 خدمة إجمالاً، بينما الخدمات المتعلقة بـ 5G التي نناقشها هنا مرقمة من 122 إلى 130. إذا كانت الخدمة محددة على أنها غير متاحة، فلن يختارها الجهاز المحمول. يتم تعريف تكوين الخدمة الفعلي من قبل المشغل.
| رقم الخدمة | خدمة 5G | الملف أو الوظيفة الرئيسية المرتبطة |
|---|---|---|
| 122 | معلومات إدارة التنقل لشبكات 5GS | معلومات الموقع لـ 3GPP وغير 3GPP وسياقات أمان NAS |
| 123 | معلمات أمان 5G | EF5GAUTHKEYS |
| 124 | دعم خصوصية معرف المشترك | EFSUCI_Calc_Info وEFRouting_Indicator |
| 125 | حساب SUCI بواسطة USIM | يشير إلى أن حساب SUCI يتم بواسطة USIM |
| 126 | دعم هويات الوصول UAC | EFUAC_AIC |
| 127 | توجيه UE في VPLMN عبر مستوى التحكم | قدرة توجيه PLMN لسيناريوهات التجوال |
| 128 | التحكم في المكالمات على جلسة PDU بواسطة USIM | تحكم بالمكالمات لجلسات PDU قائم على USIM |
| 129 | قائمة PLMN لمشغل 5GS | EFOPL5G |
| 130 | دعم SUPI من نوع معرف خاص بالشبكة | EFNSI |
هذا الجدول أكثر فائدة من حفظ أسماء الملفات منفردة لأنه يُظهر نموذج تصميم USIM الأساسي: مؤشر قدرة الخدمة بالإضافة إلى بيانات EF المقابلة.
على سبيل المثال، عندما تكون الخدمة 122 متاحة، تحتاج USIM إلى توفير الملفات ذات الصلة لإدارة تنقل 5GS. عندما تكون الخدمة 123 متاحة، يكون ملف مفتاح مصادقة 5G مطلوبًا. عندما تكون الخدمة 129 متاحة، توفر USIM قائمة PLMN لمشغل 5GS.
من منظور هندسي، يجيب EFUST عن السؤال: "ما الذي تدعمه هذه البطاقة؟" وتجيب ملفات EF الفردية عن السؤال التالي: "ما البيانات التي تتطلبها هذه القدرة؟" ويستخدم الجهاز المتنقل كلتا المعلومتين لتحديد كيفية التعامل مع وظيفة 5G المقابلة.
لماذا يتم تخزين حالة الموقع والأمان لشبكات 5G بشكل منفصل لوصول 3GPP وغير 3GPP؟
إحدى مجموعات الملفات الأكثر وضوحًا تحت DF5GS تتعلق بإدارة التنقل.
EF5GS3GPPLOCI يخزن معلومات موقع 5GS لوصول 3GPP، بما في ذلك:
5G-GUTI؛
آخر 5G-TAI تمت زيارته؛
حالة تحديث 5GS.
الملف المقابل EF5GSN3GPPLOCI يخزن نفس نوع المعلومات لوصول غير 3GPP. يخدم الملفان غرضًا مشابهًا، لكنهما ينطبقان على أنواع وصول مختلفة.
هذا يُظهر أن USIM تقوم بأكثر من تخزين رقم المشترك في سياق تنقل 5GS. بل تحتفظ أيضًا بهوية مؤقتة ومعلومات موقع حديثة وحالة تحديث يمكن استخدامها أثناء الإجراءات اللاحقة.
ينطبق الفصل نفسه على سياقات أمان NAS. EF5GS3GPPNSC يخزن سياق أمان NAS لوصول 3GPP، بينما يخزن EF5GSN3GPPNSC سياق أمان NAS المقابل لوصول غير 3GPP.
ملف أمان مخصص آخر هو EF5GAUTHKEYS. عندما تكون الخدمة 123 في EFUST متاحة، يكون هذا الملف مطلوبًا ويخزن المفاتيح المتعلقة بمصادقة 5G، بما في ذلك KAUSF وKSEAF الناتجان عن ME.
وبالنظر إلى هذه الملفات معًا، يتضح منطق تصميم USIM لشبكات 5G. فالبيانات ليست مجمعة حسب اسم البروتوكول فحسب، بل منظمة حول حالة التشغيل الفعلية لجهاز UE: أين تم تسجيله، وكيف يصل إلى الشبكة، وأي سياق أمان ساري حاليًا، وما معلومات المصادقة التي قد تكون مطلوبة لاحقًا.
كيف ترتبط SUCI والتحكم في الوصول ومعلومات المشغل بملفات EF محددة؟
بالإضافة إلى سياقات التنقل والأمان، تقدم 5G متطلبات بيانات إضافية على جانب USIM لخصوصية هوية المشترك والتحكم في الوصول. القدرات المتعلقة بـ SUCI هي من أوضح الأمثلة.
EFSUCI_Calc_Info يخزن المعلومات المطلوبة لحساب وحماية SUCI. يعتمد توفر هذا الملف للجهاز المتنقل على تركيبة الخدمتين 124 و125 في EFUST.
إذا كانت الخدمة 124 متاحة بينما الخدمة 125 غير متاحة، يتم حساب SUCI بواسطة ME. في هذه الحالة، يجب أن يكون EFSUCI_Calc_Info موجودًا ومتاحًا للجهاز المتنقل.
إذا كانت الخدمتان 124 و125 متاحتين، يتم حساب SUCI بواسطة USIM. في هذه الحالة، يجب ألا يكون EFSUCI_Calc_Info متاحًا للجهاز المتنقل. وإذا كانت الخدمة 124 نفسها غير متاحة، فيجب أيضًا عدم كشف الملف للجهاز المتنقل.
تشمل كائنات البيانات الرئيسية في الملف:
قائمة معرفات نظام الحماية: تحتوي على أولويات أنظمة الحماية وفهرس المفتاح.
قائمة المفاتيح العامة للشبكة المنزلية: تحتوي على المفاتيح العامة للشبكة المنزلية والمعرفات المرتبطة بها المستخدمة لحماية SUPI.
ملف آخر مستخدم مع SUCI هو EFRouting_Indicator. يخزن مؤشر التوجيه، الذي يشكل جزءًا من SUCI ويمكن استخدامه للتوجيه نحو AUSF وUDM للشبكة المنزلية.
بعيدًا عن خصوصية هوية المشترك، يمكن أن تشارك USIM أيضًا في التحكم الموحد في الوصول. EFUAC_AIC يخزن تكوين إدارة الوصول، بما في ذلك هويات الوصول المرتبطة بخدمات ذات أولوية عالية محددة. يمكن استخدام هذه القيم مع فئة الوصول لدعم التحكم في الوصول لخدمات معينة.
بالنسبة لمعلومات عرض المشغل، EFOPL5G يخزن الارتباطات بين 5G-TAIs ومعرفات سجلات أسماء شبكة PLMN. عندما يسجل UE مع PLMN، يمكن للجهاز استخدام هذه الارتباطات ثم قراءة معلومات اسم المشغل المقابلة لعرض اسم مزود الخدمة أو الرمز.
أما EFNSI فيخزن SUPI من نوع معرف خاص بالشبكة. في هذه الحالة، يستخدم SUPI تنسيق NAI ويجب ألا يكون IMSI.
ما الدور الذي تلعبه USIM حقًا في شبكة 5G؟
إذا نُظر إلى USIM على أنها مجرد بطاقة هوية مشترك، فمن الصعب تفسير لماذا تتطلب 5G هذا العدد الكبير من الخدمات وملفات EF الإضافية.
مجتمعةً، تُظهر هذه الملفات أن USIM توفر مجموعة من وظائف التخزين المتحكم بها عبر جدول الخدمات لبيانات المشترك وحالة UE ومعلومات الأمان وسياسة المشغل.
فهي تخزن أكثر بكثير من معلومات الهوية الثابتة. يمثل 5G-GUTI وآخر TAI تمت زيارته حالة التنقل. ويمثل سياق أمان NAS ومفاتيح مصادقة 5G حالة الأمان. وتشارك الملفات المرتبطة بـ SUCI في حماية خصوصية هوية المشترك، بينما تُظهر UAC وPLMN والتحكم في مكالمات جلسة PDU كيف يمكن لسياسة المشغل أن تؤثر أيضًا على سلوك UE من خلال USIM.
توفر الخدمة 127 توجيه UE في VPLMN عبر مستوى التحكم ويمكن استخدامها في اختيار PLMN المرتبط بالتجوال. توفر الخدمة 128 التحكم في المكالمات على جلسة PDU بواسطة USIM. قبل العملية ذات الصلة، يمكن للجهاز تزويد USIM بمعلومات مثل نوع جلسة PDU ووضع SSC وقدرات 5GSM ومعلومات الخلية المخدومة، ثم المتابعة وفقًا للتعليمات التي تعيدها البطاقة.
لهذا أيضًا آثار عملية على استكشاف الأخطاء وإصلاحها. عند التحقيق في مشكلات توافق أجهزة 5G أو فشل التسجيل أو مشكلات خصوصية هوية المشترك أو سلوك معين للتحكم في الوصول، قد لا يكفي فحص شبكة الراديو و5G Core فقط. قد يحتاج المهندسون أيضًا إلى التحقق مما إذا كانت USIM تعلن الخدمة المقابلة بشكل صحيح، وما إذا كان EF المطلوب موجودًا، وما إذا كانت محتويات الملف تتطابق مع تكوين المشغل.
تسلسل استكشاف الأخطاء العملي هو: تحقق من EFUST أولاً لتأكيد القدرة المدعومة، ثم تحقق من وجود EF المقابل، ثم افحص محتويات EF. هذا غالبًا أكثر كفاءة من قراءة كل ملف مرتبط بـ 5G على حدة.
بالنسبة لمهندسي أجهزة 5G والشبكة الأساسية، هذه هي القيمة الحقيقية لفهم نظام ملفات USIM. فالكثير من وظائف 5G التي تبدو منفصلة تنتهي في النهاية إلى سؤال ملموس للغاية: قبل أن ينفذ UE إجراءً شبكيًا، ما القدرة التي أعلنتها USIM، وما البيانات التي خزنتها لهذه الوظيفة؟
الأسئلة الشائعة
ما العلاقة بين DF5GS وADFUSIM؟
DF5GS ليس تطبيقًا منفصلًا خارج USIM. إنه دليل مخصص داخل بنية ملفات USIM يُستخدم لتنظيم البيانات المرتبطة بـ 5GS. يمكن النظر إلى ADFUSIM على أنه مساحة الملفات الرئيسية لتطبيق USIM، بينما يوفر DF5GS موقعًا مخصصًا لملفات EF المرتبطة بـ 5G.
ماذا يحدث إذا حدد EFUST خدمة 5G على أنها متاحة لكن ملف EF المطلوب مفقود؟
بالنسبة للخدمات التي تتطلب المواصفات وجود EF المقابل عند توفر الخدمة، يشير هذا إلى عدم اتساق بين إعلان الخدمة وتكوين ملفات البطاقة. يجب أن يركز استكشاف الأخطاء أولاً على بيانات تخصيص USIM وتكوين EFUST وما إذا كان EF المطلوب قد أُنشئ بشكل صحيح بدلاً من النظر إلى جانب الشبكة فقط.
هل يمكن للهاتف الذكي تعديل ملفات EF الخاصة بـ 5G في USIM بحرية؟
ليس بالضرورة. ملفات EF المختلفة لها شروط وصول مختلفة. قد تتطلب قراءة أو تحديث بعض الملفات تفويض PIN، بينما قد تتطلب تغييرات التفعيل أو التعطيل أو تكوينات معينة امتيازات ADM. وبالتالي فإن إمكانية قراءة ملف أو تحديثه أو تفعيله أو تعطيله تعتمد على شروط الوصول المحددة لذلك EF.
لماذا بعض خدمات 5G لها رقم خدمة في EFUST لكن بدون ملف EF مخصص؟
لا تتطلب كل خدمة USIM ملف EF منفصلًا لتخزين البيانات. بعض الخدمات هي مؤشرات قدرة، مثل الإشارة إلى أن حساب SUCI يتم بواسطة USIM، بينما تمثل خدمات أخرى سلوك تحكم ينفذه تطبيق USIM نفسه. وبالتالي فإن إدخال خدمة في EFUST لا يعني بالضرورة وجود علاقة واحد لواحد مع ملف EF مخصص.
