计算机网络教程课件 3-26 移动终端接入互联网

移动终端接入互联网UE要接入互联网需要建立PDU（PacketDataUnit）会话。PDU会话是为了实现UE与数据网（典型的就是互联网）设备之间的交互，在UE与数据网之间建立的逻辑通道。PDU会话支持IPv4、IPv6、IPv4/IPv6双栈等类型。基站（gNB）用户面功能（UPF）会话管理功能（SMF）移动性管理功能（AMF）数据网（DN）空中接口用户设备（UE）无线电接入网络（NG-RAN）核心网（5GC）控制流量用户流量移动终端接入互联网UE开机后首先找到一个gNB建立无线链路，然后向5G系统发起初始注册过程。gNB根据UE携带的参数选择合适的AMF，并将注册请求发送至选择的AMF。在AMF的控制下，完成鉴权等工作后，AMF回复注册接受后完成UE的初始注册过程。基站（gNB）用户面功能（UPF）会话管理功能（SMF）移动性管理功能（AMF）数据网（DN）空中接口用户设备（UE）无线电接入网络（NG-RAN）核心网（5GC）控制流量用户流量移动终端接入互联网当UE需要向互联网发送数据时，则需要发起PDU会话。PDU会话会涉及多种网络功能服务，涉及的主要网络功能服务包括AMF、SMF和UPF等。基站（gNB）用户面功能（UPF）会话管理功能（SMF）移动性管理功能（AMF）数据网（DN）空中接口用户设备（UE）无线电接入网络（NG-RAN）核心网（5GC）控制流量用户流量移动终端接入互联网PDU会话由UE发起，AMF根据UE的PDU会话请求，选择SMF。SMF根据UPF负载情况、UE所在gNB位置和UPF位置等信息，为PDU会话选择一个或者多个UPF，并为UE分配IP地址（UE的IP地址也可以在PDU会话建立后通过DHCP分配）。应用SDAPPDCPRLCMACL1PDCPRLCMACL1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1L2L1IP应用IPL2L1UPFUPF（PDU会话锚点）gNBUE某服务器无线电链路GTP隧道GTP隧道核心网互联网IPSDAP移动终端接入互联网PDU会话建立过程中，gNB与UPF之间要建立传输用户数据的GTP（GPRSTunnellingProtocol）隧道。GTP隧道建立在UDP/IP之上，用于在核心网IP之上传送通用的用户数据分组和信令分组，如IPv4、IPv6、PPP等协议数据单元。应用SDAPPDCPRLCMACL1PDCPRLCMACL1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1L2L1IP应用IPL2L1UPFUPF（PDU会话锚点）gNBUE某服务器无线电链路GTP隧道GTP隧道核心网互联网IPSDAPUE向服务器S发送IP数据报IPUE

IPSIP数据报应用SDAPPDCPRLCMACL1PDCPRLCMACL1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1L2L1IP应用IPL2L1UPFUPF（PDU会话锚点）gNB无线电链路GTP隧道GTP隧道核心网互联网IPSDAPUE某服务器SIPUE

IPSPDCPSDAPUE向服务器S发送IP数据报应用SDAPPDCPRLCMACL1PDCPRLCMACL1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1L2L1IP应用IPL2L1UPFUPF（PDU会话锚点）gNB无线电链路GTP隧道GTP隧道核心网互联网IPSDAPUE某服务器SIPUE

IPSIPUE

IPSGTP首部UDP首部IPgNBIPUPF

IPgNBIPUPF

UE向服务器S发送IP数据报应用SDAPPDCPRLCMACL1PDCPRLCMACL1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1L2L1IP应用IPL2L1UPFUPF（PDU会话锚点）gNB无线电链路GTP隧道GTP隧道核心网互联网IPSDAPUE某服务器SIPUE

IPS移动终端接入互联网gNB与UPF之间可能会经过其它UPF中转，它们之间都会建立GTP隧道。通常在PDU会话中会选定一个UPF作为PDU会话锚点。作为PDU会话锚点的UPF是连接UE和数据网络的端点，这里称为锚点UPF。应用SDAPPDCPRLCMACL1PDCPRLCMACL1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1GTPUDP/IPL2L1中继GTPUDP/IPL2L1L2L1IP应用IPL2L1UPFUPF（PDU会话锚点）gNBUE某服务器无线电链路GTP隧道GTP隧道核心网互联网IPSDAP移动终端接入互联网当UE位置发生变化时，可能会导致PDU会话中的gNB、UPF发生变化。若UE移动范围较小，只是gNB发生改变，要重建gNB到UPF的GTP隧道。若UE的移动范围超出原来UPF的服务范围时，UPF可能也会发生变化。基站（gNB）用户面功能（UPF）会话管理功能（SMF）移动性管理功能（AMF）数据网（DN）空中接口用户设备（UE）无线电接入网络（NG-RAN）核心网（5GC）控制流量用户流量移动终端接入互联网为了保持服务的连续性，PDU会话有三种服务连续性模式。第一种模式下，不管UE怎么移动，锚点UPF始终不变，这时IP地址也不会变化。该模式适用于视频会议、在线游戏等实时性强且对IP地址变化敏感的应用。基站（gNB）用户面功能（UPF）会话管理功能（SMF）移动性管理功能（AMF）数据网（DN）空中接口用户设备（UE）无线电接入网络（NG-RAN）核心网（5GC）控制流量用户流量移动终端接入互联网第二种模式下，在UE移动过程中，当它离开当前UPF的服务区时，网络会触发释放当前PDU会话，并指示UE重新与同一个数据网络建立新的PDU会话。这时，UE的IP地址会发生变化并且可能会选择一个新的锚点UPF。该模式适用于非实时性的文件下载等可容忍短暂连接中断的业务。基站（gNB）用户面功能（UPF）会话管理功能（SMF）移动性管理功能（AMF）数据网（DN）空中接口用户设备（UE）无线电接入网络（NG-RAN）核心网（5GC）控制流量用户流量移动终端接入互联网第三种模式下，当UE离开锚点UPF的服务区域时，原始PDU会话和锚点UPF保持不变，同时选择新的锚点UPF来建立新的PDU会话。这种模式下，允许UE在释放旧的PDU会话前，通过新的PDU会话锚点建立连接，从而确保连接的连续性。这个过程中UE的IP地址虽然发生了变化，但是保证了服务的连续性。该模式适用于对服务连续性要求高，但可接受IP地址在切换过程中有短暂变化的业务，如流媒体业务等。基站（gNB）用户面功能（UPF）会话管理功能（SMF）移动性管理功能（AMF）数据网（DN）空中接口用户设备（UE）无线电接入网络（NG-RAN）核心网（5GC）控制流量用户流量移动终端接入互联网当UE开机注册完成后，如果在一段时间没有数据业务，为了节约宝贵的无线频率资源，会释放UE与gNB之间的空口链路，从而使UE进入空闲态。在没有数据业务时，UE也可以暂时进入非激活态，减少信号开销，保持较低的功耗。与空闲态不同的是，这时会保留核心网的上下文，并且在有数据传输需求时可以快速恢复连接。基站（gNB）用户面功能（UPF）会话管理功能（SMF）移动性管理功能（AMF）数据网（DN）空中接口用户设备（UE）无线电接入网络（NG-RAN）核心网（5GC）控制流量用户流量移动终端接入互联网当UE