5G SMF の概要

機能の概要と変更履歴

要約データ

表 1. 要約データ

該当製品または機能エリア

SMF

該当プラットフォーム

SMI

機能のデフォルト設定

N/A

このリリースでの関連する変更点

N/A

関連資料

該当なし

更新履歴

表 2. マニュアルの変更履歴
改訂の詳細 リリース

このリリースでは、SMF + cnSGWc の組み合わせに対する統合型コアのサポートが追加されています。

2021.01.0

最初の導入。

2020.02.0 より前

製品の説明

シスコ セッション管理機能（SMF）は、5G コア ネットワーク（5GC）のコントロール プレーン ネットワーク機能（NF）の 1 つです。SMF は、セッションごとにサポートされる個々の機能とのセッション管理を担当します。

SMF の 1 つのインスタンスが SMF の一部またはすべての機能をサポートできます。 3GPP TS 23.501で規定されているように、SMF は次の機能をサポートしています。

  • セッション管理を処理します。たとえば、ユーザー プレーン機能（UPF）とアクセス ネットワーク（AN）間のトンネルを含む、セッションの確立、変更、およびリリースです。

  • オプションの承認を含む、ユーザー要素（UE）IP アドレスの割り当てと管理を処理します。

  • Dynamic Host Configuration Protocol for IPv4（DHCPv4）および DHCPv6 機能を、サーバーとクライアントの両方として実行します。

  • イーサネット PDU に対して Address Resolution Protocol（ARP）プロキシおよび IPv6 ネイバー要請プロキシ機能を実行します。SMF は、MAC アドレスを提供することで、ARP および IPv6 ネイバー要請要求に応答します。このアドレスは、要求に存在する IP アドレスに対応します。

  • イーサネット PDU セッションの UPF を選択および制御します。UP 機能には、プロキシ ARP または IPv6 ネイバー探索への UPF の制御、および SMF へのすべての ARP または IPv6 ネイバー要請トラフィックの転送が含まれます。

  • 対応するデータネットワーク（DN）にトラフィックをルーティングするように、UPF でトラフィック ステアリングを構成します。

  • ポリシー制御機能（PCF）へのインターフェイスを終端します。

  • セッション マネージャ（SM）のイベントと LI システムへのインターフェイスの合法的傍受（LI）を処理します。

  • UPF での課金データ収集を制御および同期します。

  • Non-Access-Stratum（NAS）メッセージの SM 部分を終了します。

  • パケットをルーティングし、ダウンリンク データ通知（DDN）を介した情報配信を確保します。

  • アクセスモビリティ管理機能（AMF）を通じて N2 インターフェイスを介して AN に送信される AN 固有の SM 情報を開始します。

  • セッションのセッションとサービス継続性（SSC）モードを決定します。

  • 次のローミング機能を提供します：

    • Quality of Service（QoS）SLA（VPLMN）を適用するようにローカルの適用を管理します。

    • 課金データを収集し、課金インターフェイスをサポートします。

    • 外部 DN との通信をサポートします。通信は、外部 DN による PDU セッション承認または認証のためのシグナリングのトランスポートのためのものです。

SMF は、モバイル仮想ネットワークオペレータ（MVNO）モデルをサポートします。これにより、モバイルネットワークオペレータ（MNO）は、リースされた MVNO サブスクライバのセカンダリ認証を実行できます。さらに、SMF は他の MVNO 機能をサポートしていますが、RADIUS クライアント、vDNN などに限定されません。

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統合コントロール 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、次の統合コントロール 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。

  • 統合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

サービス間ポッド通信

機能説明

サブスクライバ用に選択された cnSGW サービスと SMF サービスが同じクラスタおよび同じラック上にある場合、2 つのサービス間で交換されるメッセージは gtpc-ep ポッドを介して流れます。

併存セッションが特定され、 enable-gtpc-bypass CLI コマンドが GTP エンドポイントで設定されている場合、SMF と cnSGW-C は、gtpc-ep ポッドを介してメッセージを交換せずに相互に直接通信します。このアプローチにより、遅延と gtpc-ep の処理負荷が軽減されます。コマンドの詳細については、機能設定 セクションを参照してください。

SMF サービスは cnSGW サービスと直接通信して、次の要求を処理します。

  • ベアラー要求の作成

  • ベアラー要求（UBR）の更新（ベアラーコマンド(MBCの変更)によってトリガーされるUBRを想定）

  • Delete Bearer Request (DBR)（Delete Bearer コマンド (DBC) がトリガーする DBR を想定してください）

cnSGW サービスは SMF サービスと直接通信して、次の要求を処理します。

  • セッション要求の作成

  • ベアラー変更要求

  • セッション要求の削除

サブスクライバセッションが配置されていない場合、SMF または cnSGW-C からの着信メッセージと発信メッセージは、gtpc-ep ポッドを介して引き続き交換されます。

cnSGW のこの機能のサポートについては、『UCC 5G cnSGWc 構成および管理ガイド 』を参照してください。

機能の仕組み

ここでは、この機能の仕組みを説明します。

この機能を実装するには、次の手順を実行します。

  1. SMF と cnSGW-C の展開タイプを特定します。

    展開タイプを特定するために、SMF または cnSGW-C は、メッセージのターゲット GTPC ピア IP アドレスを、関連する GR インスタンスの S5e または S5 インターフェイスのローカルに構成された IP アドレスと比較します。SMF または cnSGW-C は、比較の結果に基づいて、サブスクライバ セッションをコロケーション サービスとしてマークします。

  2. ターゲットのサービス ポッドを特定する

    SMF は、メッセージを cnSGW サービス ポッド インスタンスに適切にルーティングするために、Common ID から派生した TEID に基づいて cnSGW 名前空間でセッション アフィニティを使用します。

  3. 識別された展開タイプとターゲットサービス ポッドに基づいて、メッセージを適切なピアにルーティングします。

    サービス間ポッド通信は、プロトコル バッファとともに既存のフレームワークを使用して、シグナリング メッセージのコンテンツを伝送します。

    SMF と cnSGW-C 間のサービス間通信は、次の例外で発生します。

    • パケット スニファ ツールおよび monitor subscriber コマンドを使用して GTPC メッセージをキャプチャすることはできません。

    • パス管理は、同じ場所にある GTPC ピアに対しては実行されません。

    • GTPC エンドポイントはこのようなメッセージではバイパスされるため、（GTPC エンドポイントで）GTPC メッセージ レベルのメトリックはサービス間 GTPC メッセージについてはペグされません。

    • 既存のサービス間メトリックは、サービス間メッセージに対してペグされます。

    • コマンド メッセージで開始された UBR と DBR は、既存のメッセージ フロー パスに従います。つまり、SMF は gtpc-ep ポッドを介して cnSGW サービスにコマンド メッセージを送信します。

機能設定

cnSGW と SMF サービス間の GTPC バイパスを有効にするには、次の構成例を使用します。

config 
   instance instance-id gr_instance_id 
      endpoint gtp 
         enable-gtpc-bypass { false | true } 
         end

注：

  • endpoint gtp ：GTP エンドポイント構成を入力します。

  • enable-gtpc-bypass { false | true } ：cnSGW と SMF サービス間の GTPC バイパスを有効または無効にするオプションを指定します。

    true に設定すると、SMF と cnSGW の間で GTPC バイパスが有効になります。つまり、SMF と cnSGW は、gtpc-ep ポッドを介さずに直接通信します。デフォルトは False です。

OAM サポート

ここでは、この機能の操作、管理、およびメンテナンス サポートについて説明します。

バルク統計サポート

この機能をサポートするために、次の統計情報が更新されています。

  • smf_service_stats：この統計には、GTPC バイパス メッセージを追跡するための gtpc_bypass ラベルが含まれます。

バルク統計情報のサポートの詳細については、「UCC 5G SMF メトリック リファレンス」を参照してください。

ユースケースと機能

ここでは、SMF がサポートする使用例について説明します。

基本 SMF 構成

SMF 基本構成は、SMF 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。これには、SMF を展開するためのインフラストラクチャの構成、SMI を介した SMF の展開、および長期的に SMF 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。

4G セッションのサポート

表 3. 機能の履歴

機能名

リリース情報

説明

FWA サポート

 2025.01.0

SMF は、個別のサブスクライバ グループ（4G インターフェイス（RADIUS および Gz）を使用しているグループと 5G SBA インターフェイス（N7 および N40）を使用しているグループ）の 4G 固定ワイヤレス アクセス（FWA）を検証およびサポートします。

UE の場合、SMF は 5G と 4G NAS の両方をサポートして、4G と 5G の両方のコア ネットワークに接続します。SMF には EPS インターワーキング サポートが含まれており、PGW-C + SMF として機能します。4G セッションの作成に使用される Gx、Gy、Gz などのインターフェイスは、Npcf や Nchf などの対応する 5G コア SBI インターフェイスに置き換えられます。

SMF は N26 インターフェイス（MME と 5GS AMF 間の CN 間インターフェイス）を使用して EPS とのインターワーキングをサポートし、Evolved Packet Core（EPC）と NG コアネットワーク間のインターワーキングを可能にします。ネットワークでの N26 インターフェイスのサポートは、インターワーキングではオプションです。N26 インターフェイスは、S10 インターフェイスの機能のサブセットをサポートし、インターワーキングを可能にします。UE では、コア ネットワークに基づく EPC NAS または 5GC NAS の手順を使用します。SMF は、アクセスおよびモビリティ手順の QoS フロー障害をサポートしています。

次に、FWA サブスクライバを処理するための SMF からのサポートを確認するために検証された 2 つのシナリオを示します。

  1. RADIUS アカウンティングと Gz アカウンティングを使用するサブスクライバ。

  2. ポリシーに N7 を使用し、オンライン課金設定に N40 を使用するサブスクライバ。

次の表に、前述のシナリオで FWA サブスクライバに対してサポートされているインターフェイスとサポートされていないインターフェイスの詳細を示します。

RADIUS 認証 RADIUS Acct N7 N40 N10 Gz（CDR） Gy Gx
シナリオ 1 非対応 はい 非対応 いいえ 非対応 はい 非対応 非対応
シナリオ 2 いいえ 非対応 はい はい（オンラインのみ） いいえ いいえ いいえ 非対応

（注）  

SMF は、異なる DNN にまたがるコンバージド コア上の 4G と 5G SBI インターフェイスを使用して、両方のタイプのサブスクライバをサポートします。

SMF では、すべてのサブスクライバで次を実行できます：

  • デフォルトの QoS フロー識別子（QFI）の QoS クラス識別子（QCI）のアップグレードとダウングレード

  • APN-AMBR のアップグレードとダウングレード：APN 集約最大ビットレートを調整する機能。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

5G セッションのサポート

5G システム アーキテクチャのセッションおよびサービス継続性（SSC）サポートは、ユーザー機器（UE）のさまざまなアプリケーションとサービスの継続的な要件に対応します。5G システムは、ネットワークが UE への接続サービスを維持するように、SSC モードをサポートします。SMF は、セッションを確立するための UE IP アドレスと ID の割り当てを管理します。SMF は、課金を容易にするために、N40、N4、N7、N10 などのインターフェイスでセッション接続を維持します。

SMF は、AMF が変更されておらず、UPF を再配置することなく、Xn インターフェイスを使用してソース NG-RAN からターゲット NG-RAN に UE をハンドオーバーします。SMF には、コントロール プレーン（CP）での通知を有効にし、UPF でバッファリングを有効にするための N3 トンネル プロファイル構成が含まれています。SMF は、PDU セッションのユーザー プレーン（UP）接続のアクティブ化および非アクティブ化をサポートしています。SMF には、ホスト名とその IP アドレスを解決するためのプロキシ サーバーを構成する DNS プロキシ機能も含まれています。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

アクセスとモビリティのサポート

SMF では、PDU セッションの確立、変更、およびリリースのセッション管理手順を通じたアクセスとモビリティがサポートされます。SMF は、データ転送トンネル（DFT）および間接データ転送トンネル（IDFT）の場合に、UE が 1 つの NG-RAN から別の NG-RAN に移動するときに、SMF 内または AMF 間での N2 ベースのハンドオーバーをサポートします。マルチ DNN のサポートにより、SMF は複数の PDN 接続を提供し、インターネットや Voice over New Radio（VoNR）サービスなどのさまざまなサービスを提供します。SMF では、UE が CM アイドル状態または CM 接続状態の場合に、ネットワーク開始メッセージがサポートされます。

アクセスとモビリティのサポートには、次のハンドオーバーをサポートする 5G 内ハンドオーバーのユースケースが含まれます：

  • Xn ハンドオーバー

  • AMF 内 N2 ハンドオーバー

  • AMF 間 N2 ハンドオーバー

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

課金統合

SMF はコンバージド チャージングをサポートし、Nchf または N40 インターフェイスを使用して課金イベントを生成します。SMF は、課金（CHF）サーバで障害が発生した場合の課金のオフライン フェールオーバーをサポートしています。SMF は、受信する課金データ情報に基づいて、オンライン課金とオフライン課金をレポート レベルでサポートします。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

クラウド ネイティブ インフラストラクチャ

SMF サービスには、PDU セッション管理 API 呼び出しを処理するための構成が含まれています。IP アドレス管理（IPAM）技術は、ネットワークの IP アドレス空間を追跡および管理するために、アプリケーション サービス レイヤの SMF と統合されています。SMF は、システムレベルのインフラストラクチャであるオペレーション センター インターフェイスを使用して、マイクロサービスの展開を開始し、アプリケーション固有の構成を 1 つ以上のマイクロサービスにプッシュし、アプリケーション固有のコマンドを実行してアプリケーション固有のポッドで API を呼び出します。

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 ネットワーク

SMF は、スタンドアロン展開、または 4G および 5G サブスクライバにサービスを提供するための cnSGWc との統合展開をサポートします。コンバージド コントロール プレーン機能は、4G および 5G のコントロール プレーン インスタンス、つまり SMF と cnSGWc の組み合わせで構成されます。

コンバージドコア展開では、同じ PDN セッションに対して、S-GW と SMF は同じ UPF インスタンスを選択するため、データパスが最適化されます。コンバージド コア アーキテクチャは、運用コストと複数の異なるネットワークを維持する複雑さを軽減し、新しいインターフェイスとビジネス手段を活用します。

統合コアの展開では、SMF のいくつかの基本的な構成、ポッド レイアウトの変更、およびコール処理によるパフォーマンスの最適化が必要になります。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

IPAM のサポート

IPアドレス管理（IPAM）は、ネットワークの IP アドレスを追跡および管理するための技術です。IPAM は、サブスクライバ管理システムのコア コンポーネントの 1 つです。IPAM は、クラウドネイティブのサブスクライバ管理システムと連携するために必要なすべての機能を提供します。また、IPAM は、セッション管理機能（SMF）、ポリシー制御機能（PCF）など、さまざまなネットワーク機能の汎用 IP アドレス管理システムとして機能します。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

合法的傍受

合法的傍受（LI）機能を使用すると、法執行機関（LEA）がサブスクライバの通信を傍受できます。LI 機能を使用すると、ネットワーク オペレータは、対象のモバイル ユーザーのデータ メッセージを傍受と制御できるようになります。PDU セッションのコントロール プレーンのアクションを処理する SMF には、関連する xIRI を生成する LI 機能を持つ IRI-POI が含まれます。

詳細については、Cisco アカウント担当者にご連絡ください。

MVNO サポート

SMF は、エンタープライズ MVNO モデルをサポートします。モバイル ネットワーク オペレータは、リースされた MVNO サブスクライバのセカンダリ認証を実行でき、AAA サーバーに関連する追加の機能もサポートできます。SMF は、このようなセカンダリ認証の目的で RADIUS プロトコルを使用します。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

NF 管理

データ接続用の 5G システム用に 3GPP で定義されたアーキテクチャ モデルに基づいて、SMF は一連の NF インスタンスとそれらに関連する NF サービス インスタンスを検出します。NF プロファイルに基づくこれらのインスタンスは、ネットワーク リポジトリ機能（NRF）に登録され、さまざまな入力クエリ パラメータを満たします。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

OAM サポート

このユース ケースは、SMF のすべての運用、管理、およびメンテナンス（OAM）機能を対象としています。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

ポリシー統合

SMF は、統合データ管理（UDM）およびポリシー制御機能（PCF）と通信して、次のことを実行します。

  • 保証ビットレート（GBR）および非 GBR フローの登録済みおよび承認済み QoS パラメータを取得する

  • 関連情報を UE（NAS）、gNB（NGAP）、UPF（PFCP）に渡す

これにより、ネットワーク上のすべてのノードが PDU セッションに必要な QoS を提供するようになります。

SMF は PCF とサービス ベースの N7 インターフェイスを使用して、UE の PDU セッションに対応するセッション管理ポリシー情報を取得します。SMF は、PDU セッション確立手順中に PCF を選択します。また、PCF が提供するセッション管理ポリシーサービスのコンシューマとしても機能します。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

RADIUS サポート

5G アーキテクチャでは、サービスを提供するネットワークは、認証時にサブスクリプション永久識別子（SUPI）を認証し、UE とネットワーク間のキー契約を認証します。さらに、サービスを提供するネットワークは、携帯電話事業者のドメイン外のデータ ネットワークに対してセカンダリ認証を実行できます。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

冗長性サポート

K8 クラスタでの SMF 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。

SMF 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なセットアップにより HA を実現します。

GR は、ラック間で 2 つの個別の K8 クラスタ間でデータを複製するラックレベルの冗長性を提供します。これにより、ラックまたはクラスタで障害が発生した場合、トラフィックをリモート ラックに切り替えてトラフィックを処理できます。ラックまたはクラスタの障害は、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。

ローミングのサポート

モバイル ネットワーク事業者は、ローミング パートナーシップを結び、ネットワークが到達しない地域でも、サブスクライバにシームレスにサービスを提供します。PLMNは、通信事業者ネットワークの境界を定義します。HPLMN はサブスクライバのホーム ネットワークで、VPLMN はサービスのレンダリング元の訪問先ネットワークです。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

SMF インライン サービス

SMF は、オペレータが課金関連のコストを削減し、サブスクライバに階層化された、詳細な、項目化された請求を提供できるようにする、Enhanced Charging Service（ECS）などのインライン サービス機能を使用します。シャローおよびディープ パケット インスペクション（DPI）を使用して、ECS（アクティブ課金サービス（ACS）とも呼ばれる）では、オペレータは実際の使用状況、バイト数、プレミアム サービス、ロケーションなどに基づいて加入者に請求できます。ECS は、後払いおよびプリペイドの請求システムの料金レコードも生成します。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

SMF 仕様への準拠

SMF では、SMF インターフェイス用にさまざまな 3GPP 仕様バージョンがサポートされます。インターフェイスからのメッセージは、対応するサービス用に構成されたコンプライアンス プロファイルに従って処理されます。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

サブスクリプション管理

SMF は、N10 インターフェイスを介したユーザー サブスクリプション管理を処理します。

次の機能は、このユース ケースに関連しています。

UPF 統合

SMF は、この UPF とインターワーキングするための UPF ノードの非標準要件を満たすために、使用可能な StarOS ベースの UPF ノードを使用します。IPv6 ステートレス自動構成に準拠するために、SMF は ICMPv6 ルータ要請およびアドバタイズメントを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。

Wi-Fi サポート

SMF は Voice over Wi-Fi（VoWiFi）をサポートしています。VoWiFi テクノロジーは、Wi-Fi ネットワーク経由で接続されているモバイル デバイスから Voice over IP（VoIP）を使用してテレフォニー サービスを提供します。

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

Cisco SMF 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 5G 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）、ネットワーク リポジトリ（NRF）、ポリシー制御機能（PCF）、ネットワーク スライス選択機能（NSSF）、およびユーザー プレーン機能（UPF）が含まれます。

SMF アーキテクチャ

SMF ネットワーク機能は、粗い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. SMF 3 層のマイクロ サービス 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）

SMF の展開

5G モビリティ NF の展開では、次のモードがサポートされます。

  • スタンドアロン モード：このモードでは、各 NF は必要なマイクロサービスとともに、Kubernetes の個別の名前空間に展開されます。

  • コンバージド モード：このモードでは、複数の NF が単一の名前空間にまとめて展開され、NF に共通のマイクロ サービスが、展開されたすべての NF にサービスを提供します。

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 対応デバイスで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 2. 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構成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 3. 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

このセクションでは、SMF 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。

  • Diameter：IP ベースのネットワーク全体で、アクセス、許可、およびアカウンティング（AAA）またはポリシーのサポートを必要とするサービスのフレームワークを提供するインターフェイス。

  • GTP：2 つのコア UPF 間の基準ポイントとして N9 インターフェイスを使用します。

  • Gx：SMF と PCRF 間のインターフェイス。

  • Gy：SMF CTF と OCS Charging Data Function（CDF）間のインターフェイス。

  • N1/NAS：UE と AMF 間の基準点。

  • N2/NGAP -- RANとAMF間の参照ポイント。

  • N4：SMF と UPF の間の基準点。

  • N7：SMF と PCF の間の基準点。

  • N10：UDM と SMF 間の基準点。

  • N11：AMF と SMF 間の基準点。

  • N40：SMF と CHF の間の基準点。

  • Nnrf：インターフェイスは、3GPP 5G システム アーキテクチャ上の NRF によって表示されます。

  • RADIUS：ネットワーク アクセスを管理するインターフェイス。

  • S2b：PGW-C と ePDG 間のインターフェイス。

  • S5：PGW-C と S-GW 間のインターフェイス。

  • SBA：NF が相互に通信するためのインターフェイス。

サポートされるインターフェイスの詳細については、 インターフェイス サポート の章を参照してください。

データ パケットのライフサイクル

次のコール フローは、PDU セッションが正常に確立されるために、SMF のさまざまなポッドを通過するデータ パケットのライフサイクルを示しています。

SMF アプリケーションには、次のポッドが含まれています：

  • REST-EP

  • キャッシュ

  • サービス

  • Nodemgr

  • プロトコル

  • UDP-Proxy

  • CDL

図 4. 4G セッションの手順 - 完全なバイパス（PFCP および GTP）
図 5. PFCP および GTP 用の UDP プロキシを使用した 4G セッションの手順
図 6. データ パケットのエンドツーエンド PDU セッション確立コール フロー
表 4. エンドツーエンド PDU セッション確立コール フローの説明

ステップ

説明

1

AMF は N11:SMContextCreateRequest を SMF に送信し、REST-EP ポッドの VIP IP/外部 IP で終端します。

2

REST-EP ポッドは、キャッシュ ポッドとセッション アフィニティのルックアップを実行します。SMF にユーザー セッションのエントリがありません。キャッシュ出力は、ユーザー セッションの SMF サービス アフィニティにはなりません。

Kubernetes サービス/ISTIO ロード バランサは、構成されている複数の SMF サービス ポッドから 1 つの SMF サービス ポッドを選択します。

3

REST-EP が、トランザクション 1 に関連付けられたタイマーを開始します。PDU セッションの確立手順では、コール フローの異なる段階で開始される 3 つのトランザクションを使用します。

SMF のデフォルトのトランザクション タイマーは 10 秒です。トランザクション タイマーは、サービス レベル契約（SLA）の機能を使用して構成できます。

4

REST-EP は N11:SMContextCreateRequest を選択した SMF サービスに転送します。
5 SMF サービスが手順タイマー（ガード タイマー/SLA タイマー）を開始します。SLA タイマーは構成可能です。
6 SMF サービスは、セッションのキャッシュ ポッドを含むアフィニティ エントリを追加します。SMF は、キャッシュが期限切れになるまで、コール フローの後続の段階で、選択された同じ SMF サービスを引き続き使用します。
7 SMF サービスは、N10 登録要求をトリガーするよう REST-EP ポッドに指示します。
8 REST-EP は、構成に基づいて UDM の NF 検出または静的 NF 選択を実行するかどうかを決定します。
9 REST-EP は、UDM 検出要求をコード化して NRF に送信し、UDM のリストを含む正常な応答を受信します。
10 REST-EP が N10:RegistrationRequest をエンコードして選択した UDM に送信します。
11 REST-EP が messageResponseTimer を開始します。構成可能な messageResponseTimeout のデフォルト値は 2 秒です。messageResponseTimer は、SMF によって開始されるすべてのアウトバウンド HTTP2 メッセージに適用できます。これらは、コール フローの後続の段階では明示的に呼び出されません。
12 REST-EP は、UDM から成功した N10:RegistrationResponse を受信します。
13 REST-EP が messageResponseTimer を停止します。
14 REST EP は N10:RegistrationResponse を SMF サービスに転送します。
15 SMF サービスは、N10:SubscriptionFetchRequest をトリガするように REST-EP ポッドに指示します。
16 REST-EP は N10: SubscriptionFetchRequest をエンコードして UDM に送信します。REST-EP が UDM から応答を受信します。
17 REST-EP は N10:SubscriptionFetchResponse を SMF サービスに転送します。
18 SMF サービスは、N10:SubscribeNotificationRequest をトリガするように REST-EP ポッドに指示します。
19 REST-EP は N10:SubscribeNotificationRequest をエンコードして UDM に送信します。REST-EP が UDM から応答を受信します。
20 REST-EP は N10:SubscribeNotificationRequest を SMF サービスに転送します。
21 SMF サービスは N11:SMContextCreateResponse を REST-EP に送信します。
22 REST-EP は、N11:SMContextCreateResponse を AMF に転送します。
23 REST-EP は、ステップ 3 で開始した transaction-1 タイマーを停止します。
24 SMF サービスによって、CDL にセッション エントリ情報が追加されます。
25 SMF サービスは、NItSelfTxnPduSetup メッセージを送信することにより、内部トランザクションを開始します。
26 SMF サービスが、トランザクション 2 に関連付けられているタイマーを開始します。
27 SMF サービスは、N7:SMPolicyCreateReq をトリガするように REST-EP ポッドに指示します。
28 REST-EP は、構成に基づいて PCF の NF 検出またはスタティック NF 選択を実行するかどうかを決定します。
29 REST-EP は、PCF ディスカバリ要求をエンコードして NRF に送信し、PCF のリストとともに正常な応答を受信します。
30 REST-EP が N7:SMPolicyCreateReq をエンコードし、選択した PCF に送信します。REST-EP が PCF から応答を受信します。
31 REST-EP は N7:SmPolicyCreateSuccess を SMF サービスに転送します。
32 SMF サービスが UPF 選択を実行します。
33 SMF サービスは ResourceMgmtReq を Nodemgr の IPAM モジュールに送信して、UE の IP アドレスを要求します。
34 SMF サービスは、IP アドレスを持つ Nodemgr の IPAM モジュールから UE への ResourceMgmtResp を受信します。
35 SMF サービスは、トリガ「UE_IP_CH」を使用して N7:SMPolicyUpdateReq をトリガするように REST-EP ポッドに指示します。
36 REST-EP エンコードし、選択された PCF に UE_IP_CH トリガを使用して N7:SMPolicyUpdateReq を送信します。REST-EP が PCF から応答を受信します。
37 REST-EP が N7:SMPolicyUpdateSuccess を SMF サービスに送信します。
38 SMF サービスは、N40:ChargingDataRequest をトリガするように REST-EP ポッドに指示します。
39 REST-EP は、構成に基づいて CHF の NF 検出またはスタティック NF 選択を実行するかどうかを決定します。
40 REST-EP は、CHF ディスカバリ要求をエンコードして NRF に送信します。REST-EP は、CHF のリストとともに成功応答を受信します。
41 REST-EP は N40:ChargingDataRequest をエンコードして、選択された CHF に送信します。REST-EP は CHF から応答を受信します。
54 REST-EP は N40:ChargingDataResponse を SMF サービスに転送します。
43 SMF サービスは、N4:SessionEstablishmentRequest をトリガするように SMF プロトコル ポッドに指示します。
44 SMF プロトコルは N4:SessionEstablishmentRequest をエンコードして UDP プロキシ ポッドに送信します。
45 UDP プロキシ ポッドは、N4:SessionEstablishmentRequest を UPF に送信します。UDP プロキシが UPF から応答を受信します。
46 UDP プロキシは、N4:SessionEstablishmentResponse を SMF プロトコル ポッドに転送します。
47 SMF プロトコルは、N4:SessionEstablishmentResponse を SMF サービスに転送します。
48 SMF サービスは、REST-EP に N11:N1N2MessageTransferReq をトリガするように指示します。
49 REST-EP は、構成に基づいて AMF の NF 検出またはスタティック NF 選択を実行するかどうかを決定します。
50 REST-EP は、AMF ディスカバリ要求をエンコードして NRF に送信します。REST-EP は、AMF のリストとともに成功応答を受信します。
51 REST-EP が N11:N1N2MessageTransferReq をエンコードして、選択した AMF に送信します。REST-EP が AMF から成功の応答を受信します。
52 REST-EP は N11:N1N2MessageTransferSuccess を SMF サービスに転送します。
53 REST-EP は、手順 26 で開始した transaction-2 タイマーを停止します。
54 SMF サービスは、CDL のセッション エントリを更新します。
55 REST-EP が AMF から N11:SMContextUpdate を受信します。
72 REST-EP はキャッシュ ポッドでセッション アフィニティを検索し、セッションを処理する SMF サービスを識別します。
57 REST-EP が、トランザクション 3 に関連付けられたタイマーを開始します。
58 REST-EP は、N11:SMContextUpdate をステップ 56 で学習した SMF サービス ポッドに転送します。
59 SMF サービスは、N4:SessionModificationRequest をトリガするように SMF プロトコル ポッドに指示します。
60 SMF プロトコルは、N4:SessionModificationRequest をエンコードして UDP プロキシ ポッドに送信します。
61 UDP プロキシ ポッドは、N4:SessionModificationRequest を UPF に送信します。UDP プロキシが UPF から応答を受信します。
62 UDP プロキシは、N4:SessionModificationResponse を SMF プロトコル ポッドに転送します。
63 SMF プロトコルは、N4:SessionModificationResponse を SMF サービスに転送します。
64 SMF サービスは N11:SMContextUpdateSuccess を REST-EP に転送します。
65 REST-EP は N11:SMContextUpdateSuccess を AMF に転送します。
66 REST-EP は、ステップ 57 で開始された transaction-3 タイマーを停止します。
67 SMF サービスは、CDL のセッション エントリを更新します。
68 SMF サービスにより手順タイマー（ガード タイマー/SLA タイマー）が停止します。

セッション アフィニティ

SMF はセッション アフィニティをサポートし、ステートレス アーキテクチャを促進します。

一部の SMF サービスインスタンスでサブスクライバセッションのセッション管理手順が進行中の場合、その間に同じサブスクライバに対してネットワークからの別のイベントが送信されます。次に、「smf-rest-ep」や「smf-protocol」などの SMF プロトコルレイヤマイクロサービスによって、これらのイベントが関連する SMF サービスインスタンスに転送されます。これにより、手順が完了するまで、サブスクライバセッションの進行中の手順に関連するすべてのネットワークイベントが同じ SMF サービスインスタンスによって処理されるようになります。

手順が完了すると、サブスクライバセッション情報がデータベースで更新され、SMF サービスインスタンスに対するセッションアフィニティが削除されます。後続のネットワークイベントは、関連するサブスクライバセッション情報をデータベースから取得することにより、使用可能な SMF サービスインスタンスのいずれかで処理できます。

標準準拠

Cisco SMF は、2019 年 6 月 15 日のリリースに記載されている次の 3GPP 標準に準拠しています：

  • 3GPP TS 23.510、バージョン 15.4.0

  • 3GPP TS 29.274、バージョン 15.8.0

  • 3GPP TS 23.007、バージョン 15.4.0

  • 3GPP TS 23.501、バージョン 15.6.0

  • 3GPP TS 29.244、バージョン 15.6.0

  • 3GPP TS 33.515、バージョン 0.4.0

  • 3GPP TS 29.510、バージョン 15.3.0

  • 3GPP TS 32.255、バージョン 15.3.0

  • 3GPP TS 32.291、バージョン 15.3.0

  • 3GPP TS 32.290、バージョン 15.4.0

  • 3GPP TS 29.501、バージョン 15.4.0

  • 3GPP TS 23.503、バージョン 15.6.0

  • 3GPP TS 24.501、バージョン 15.4.0

  • 3GPP TS 24.502、バージョン 15.4.0

  • 3GPP TS 24.503、バージョン 15.4.0

  • 3GPP TS 29.518、バージョン 15.4.0

  • 3GPP TS 23.402、バージョン 15.3.0

  • 3GPP TS 38.413、バージョン 15.4.0

  • 3GPP TS 23.401、バージョン 15.8.0

  • 3GPP TS 29.500、バージョン 15.8.0