cnSGW-C の概要

製品の説明

cnSGW-C は、コンバージド コア ネットワーク（4G-5GC）のコントロール プレーン ネットワーク機能（NF）です。サービング ゲートウェイ コントロールプレーン機能（cnSGW-C）は、SMI アーキテクチャ上に構築されます。cnSGW-C は UE アンカーとして機能し、3GPP TS 23.401 および 3GPP TS 23.214 で規定されているセッションのセットアップおよび終了手順とともに、モビリティ手順をサポートします。

サービング ゲートウェイ コントロールプレーン機能（cnSGW-C）は、3GPP 仕様 23.214 の表 4.3.2-1 に記載されているように、SGW-U によって実行される機能を除き、TS 23.401 [2] で定義されている S-GW の機能を提供します。さらに、cnSGW-C は SGW-U を選択し（3GPP 仕様 23.214 の 4.3.3 節を参照）、TS 23.214 の表 4.3.2-1 に記載されている機能に関して SGW-U を制御します。

Cisco Cloud Native プラットフォームに基づく SMF（IWF）サポートにより、ハードウェア使用率と O&M アクティビティを向上させるために、Cloud Native プラットフォームで cnSGW-C 機能をサポートすることが推奨されます。

コンバージドコアの概要

コンバージド コア ソリューションは、4G および 5G デバイス、およびユースケースをサポートする機能を備えた、クラウドネイティブの高度なコンバージド コントロール プレーンを提供します。


重要

このリリースでは、S5C および cnSGW-C 機能を備えたクラウドネイティブ統合 S-GW および SMF インスタンスのみがサポートされています。

コンバージド コア ソリューションは、あらゆるタイプのサブスクライバとユースケースを処理するコンバージド コア ネットワークを提供することで、運用の複雑さを軽減します。

オペレータには、次の利点があります。

  • 4G サブスクライバまたは 5G から 4G カバレッジエリアへのハンドオフを処理しながら、cnSGW-C と SMF 間のシグナリングを減らすことで、全体的なネットワーク効率を向上させます。

  • 4G カバレッジエリア内のサブスクライバの追加ホップ SGW-U が原因で発生する遅延を削減し、統合 UPF のデータパスを折りたたむことで、全体的なユーザー体験を向上します。

  • 4G および 5G デバイスの SBA インターフェイスを使用して、統一されたサブスクライバポリシーと課金インフラストラクチャを使用する機能を提供します。

このソリューションは、次のコンバージド コントロール プレーンおよびユーザープレーン機能をサポートしています。

  • コンバージド コントロール プレーン機能

    • S-GW および SMF ネットワーク機能を単一の Kubernetes 名前空間の下で単一の展開として統合し、E-UTRAN/NR（コンバージド コア ゲートウェイ）から 4G および 5G デバイスをサポートします。

    • 論理ネットワーク機能（データ）をサポート

  • 統合ユーザープレーン機能

    • UPF 機能と SGW-U 機能を単一のネットワーク機能として統合

    • N4 インターフェイスと Sxa インターフェイスの同時サポートを提供

    • 単一の展開で複数のコントロールプレーンを終端

使用例

ここでは、cnSGW-C がサポートするユースケースについて説明します。

  • cnSGW-C 構成

    cnSGW-C の基本構成は、cnSGW-C を動作させるために必要な構成の詳細なビューを提供します。構成には、cnSGW-C を展開するためのインフラストラクチャの設定、SMI を介した cnSGW-C の展開、および長期的に cnSGW-C の機能を利用するための Ops センターの構成が含まれます。SMI の詳細については、『Ultra Cloud Core SMI クラスタデプロイヤ操作ガイド』を参照してください。

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

    コンバージドコア展開の場合、cnSGW-C はコンバージド Ops センターを使用して展開されます。

  • セッション管理

    EPC にアクセスするすべての UE は、単一の S-GW に関連付けられます。cnSGW-C は、特定の UE に対して複数の PDN をサポートします。セッション管理の一環として、cnSGW-C は次をサポートします。

    • デフォルトおよび専用ベアラーの確立

    • ベアラーの変更

    • ベアラーの非アクティブ化

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

  • UE モビリティのサポート

    cnSGW-C は、UE のモビリティアンカーポイントです。LTE ネットワークでは、MME の変更の有無にかかわらず、eNodeB から eNodeB へのモビリティを発生させることができます。UE は、異なるモード、S1 ベースの再配置、X2 ベースの再配置、5G-4G インターワーキングにより 1 つの cnSGW-C から別の cnSGW-C に移動することもできます。

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

  • S1 - リリース/バッファリング/ダウンリンクデータ通知

    cnSGW-C は、eNodeB と SGW-U 間の S1-U ベアラーのリリースを処理します。 cnSGW-C は、S1-U ベアラーが解放されたことを示す無線アクセスベアラー（RAB）メッセージを受信すると、ユーザープレーンを更新し、UE を IDLE 状態に移行します。IDLE 状態のときに、UE がダウンリンク データ パケットを受信すると、cnSGW-C は MME 向けの DDN メッセージをページ UE に生成します。

    cnSGW-C は、DDN スロットリング、DDN 遅延、および DDN の高優先度機能もサポートしています。

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

  • 再送信およびタイムアウト

    すべての手順について、3GPP TS 23.401/29.274 に従って、cnSGW-C は N3 再送信および T3 タイムアウトサポートをサポートします。これらは、S11、S5、および Sx インターフェイスでサポートされています。

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

  • 失敗とエラーの処理

    cnSGW-C は、次の処理をサポートしています。

    • 初期接続手順および追加の PDN 設定手順の一部としてのセッション作成要求に対する失敗応答

    • PGW によって開始される専用ベアラー作成（DBC）手順の失敗のシナリオ

    • 無線アクセスベアラー（RAB）、PGW およびユーザープレーンからのベアラー変更要求と応答（MBR）

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

  • 負荷/過負荷制御機能

    cnSGW-C は以下をサポートします。

    • Sx インターフェイスを介した、ピアノードが過負荷状態である間の負荷/過負荷制御情報とアクションの交換。

    • GTPv2 インターフェイスでの負荷/過負荷情報の処理。

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

  • cnSGW-C 課金サポート

    cnSGW-C は以下をサポートします。

    • オフライン課金（Gz）。

    • ローカルディスクストレージへの CDR の書き込み。CDR ファイルは定期的に SFTP サーバーにプッシュされます。

    • 選択したサブスクライバの CDR の生成。これは、コール制御プロファイルを介してオペレータポリシーごとに CDR の生成を有効にすることで実現されます。

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

  • GTPC および Sx のピアとパスの管理

    cnSGW-C は以下をサポートします。

    • MME（S11 ピア）、PGW（S5 ピア）、およびユーザープレーンのピア管理。

    • ECHO 要求/応答およびハートビート要求/応答によるピアモニタリング。

    • S11 および S5 ピアのパス障害イベントの処理。

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

  • 冗長性サポート

    K8 クラスタでの cnSGW-C の導入は、高可用性（HA）と地理的冗長性（GR）をサポートする上で重要な役割を果たします。

    冗長性サポートは、ラックまたはクラスタの障害時にクラスタ間のステートフルセッションの継続性を保証します。

    cnSGW-C は、シングルポイント障害を回避するための各クラスタコンポーネントの冗長セットアップにより HA を実現します。

    GR は、ラック全体に、2 つの個別の K8 クラスタ間でデータを複製するためのラックレベルの冗長性を提供します。ラック/クラスタで障害が発生すると、トラフィックはリモートラックに切り替わり、トラフィックが処理されます。この障害は、電源障害、マルチコンピューティング障害、ネットワーク障害、マルチポッド障害、BFD リンク障害などが原因である可能性があります。

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

  • ダイナミック ルーティング

    ダイナミックルーティングは、L2 スタティックルーティングに加えて、リーフとの L3 ピアリングを可能にします。

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

  • GTPU パス管理とセッション管理

    UPF 機能は、存在しない TEID を持つ GTP-PDU を受信したときに、GTP-U ピアのエラー表示メッセージを送信者に通知します。この通知により、古いセッションやベアラーがないことを確認でき、また、ネットワーク内の一貫性が維持されます。

    S-GW ノードと UPF ノード間のエラー表示および GTP-U パス障害表示の通信は、N4 インターフェイスを介してサポートされています。ネイバーノードの場合、通信は S1u/S5u インターフェイスを介してサポートされます。この実装では、エラー表示と GTPU パス障害の local-purge または signal-peer の動作のバリエーションが考慮されます。

    次の機能は、このユースケースに関連しています。

展開アーキテクチャおよびインターフェイス

cnSGW-C は、共通のモバイル コア プラットフォーム アーキテクチャを使用するコンバージド コア ネットワーク機能ポートフォリオの一部です。コアネットワーク機能には、アクセスおよびモビリティ管理機能（AMF）、ポリシー制御機能（PCF）、セッション管理機能（SMF）、およびユーザープレーン機能（UPF）が含まれます。

cnSGW-C アーキテクチャ

cnSGW-C ネットワーク機能は、疎結合のマイクロサービスで構成されます。マイクロサービスの分解は、次の図に示す 3 層のアーキテクチャに基づいています。

図 1. cnSGW-C アーキテクチャ

次に、cnSGW-C アーキテクチャの 3 つのレイヤを示します。

  • レイヤ 1：プロトコルおよびロードバランササービス（ステートレス）

  • レイヤ 2：アプリケーションサービス（ステートレス）

  • レイヤ 3：データベースサービス（ステートフル）

cnSGW-C 展開

cnSGW-C NF は、独立した NF として別の名前空間に展開されます。

図 2. cnSGW-C 展開
図 3. cnSGW-C HELM チャート

コンバージド コア アーキテクチャ

コンバージド コア ソリューションは、SMI アーキテクチャに基づく単一の統合プラットフォームを提供します。サポートアーキテクチャにより、クラウドネイティブの S-GW および SMF の展開が 5GC および cnSGW-C 機能と統合されます。このソリューションでは、ポリシーおよび課金機能に 3GPP 定義の SBA インターフェイスが使用されます。

コンバージド コア アーキテクチャでは、4G および 5G 対応 UE は、同じコントロール プレーン インスタンスにアンカーされます。コントロール プレーン インスタンスは、SMF、5GC、および cnSGW-C 機能を提供します。

4G と 5G アクセスタイプ間のハンドオフは、5G 対応デバイスではシームレスです。LTE から UTRAN（4G/5G と 3G/2G 間の双方向通信）へのハンドオフは、4G 対応デバイスについてはシームレスではありません。

次の図に、サポートされるネットワークアーキテクチャを示します。

図 4. コンバージド コア アーキテクチャ

このソリューションの一部として展開される UPF は VPC-SI VM です。UPF の展開は VM ベースであり、以下をサポートしています。

  • 同じインスタンス内の SGW-U、PGW-U、および UPF 機能、およびコントロールプレーンへの Sxa、Sxb、Sxab、または N4 インターフェイスの公開。

  • 同時に複数の CP インスタンス（最大 4）。

コンバージドコア展開

コンバージドコアの展開は、すべてのユースケースに対応するコンバージド コントロール プレーンと統一ユーザー プレーン インフラストラクチャに基づいています。

コンバージドコアの展開では、すべての 4G および 5G 対応 UE は 5G コア（SMF）にアンカーされ、PCF に対しては SBA インターフェイスが使用されます。

コンバージドコア展開には、cnSGW-C や SMF サービスをはじめとする各種マイクロサービスの設定を可能にするコンバージド Ops センターが含まれています。コンポーネントのインストールには、単一の製品 Helm チャートが使用されます。

次の図は、コンバージド S-GW および SMF ネットワーク機能の Kubernetes 展開を示しています。

図 5. Kubernetes 展開

プロトコル層サービスは SMF と S-GW 全体で共有されます。GTP エンドポイントは、S11 インターフェイスと S5/S8 インターフェイスを終了します。同様に、PFCP（プロトコル）エンドポイントは、N4 インターフェイスと Sxa インターフェイスを終了します。

SMF および S-GW サービスは個別のポッドとして展開され、セッションの処理は分離されます。両方のサービスポッドは、サブスクライバセッションの保存に CDL を使用します。

サポートされるインターフェイス

ここでは、cnSGW-C と 5GC の他のネットワーク機能との間でサポートされるインターフェイスについて説明します。

  • S11：SGW と MME 間の基準点

  • S5/S8：SGW と PGW/SMF 間の基準点

  • Sxa：SGW-C と SGW-U 間の基準点

  • Gz：SGW-C と課金サーバーの間の基準点

データパケットのライフサイクル

データパケットのライフサイクルについては、「初期接続のサポート」を参照してください。

標準準拠

cnSGW-C は、次の 3GPP 標準規格に準拠しています。

  • 3GPP TS 23.401「General Packet Radio Service (GPRS) enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN) access」

  • 3GPP TS 23.402「Architecture enhancements for non-3GPP accesses」

  • 3GPP TS 29.274「Evolved General Packet Radio Service (GPRS) Tunnelling Protocol for Control plane (GTPv2-C)」

  • 3GPP TS 23.214「Architecture enhancements for control and user plane separation of EPC nodes」

  • 3GPP TS 29.244「Interface between the Control Plane and the User Plane nodes」

  • 3GPP TS 24.008「Mobile radio interface Layer 3 specification; Core network protocols; Stage 3」

  • 3GPP TS 23.007「Restoration procedures」

  • 3GPP TS 22.153「Multimedia priority service」

  • 3GPP TS 33.107「3G security; Lawful interception architecture and functions」