WPS-functie configureren voor LTE Core-netwerken

Inleiding

Dit document beschrijft het concept, de implementatie en de voordelen van Wireless Priority Service (WPS) in het netwerk, met behulp van componenten zoals DRA en PCRF.

Het basisconcept van WPS

WPS is een van de communicatieprogramma's van de National Security and Emergency Preparedness (NS / EP) die personeel prioritaire toegang en geprioriteerde verwerking biedt in alle landelijke en verschillende regionale cellulaire netwerken, waardoor de kans op voltooiing van de oproep wordt vergroot. De communicatiesystemen van NS/EP omvatten vaste lijnen, draadloze verbindingen, omroep, kabeltelevisie, radio, openbare veiligheidssystemen, satellietcommunicatie en internet.

WPS-gebruikers (bekend als First Responders) zijn verantwoordelijk voor de command-and-control-functies die van cruciaal belang zijn voor het beheer van een reactie op nationale veiligheids- en noodsituaties. Het biedt personeel prioritaire toegang en geprioriteerde verwerking in alle landelijke en verschillende regionale cellulaire netwerken, waardoor de kans op voltooiing van de oproep toeneemt.

Het klantennetwerk zal het verkeer voor WPS-gebruikers vervoeren en deze WPS-gebruikers controleren vliegtuigverkeer dat hoge prioriteit heeft boven andere abonnees tussen verschillende netwerkfuncties in de Long Term Evolution (LTE) Core.

WPS-functie uitgelegd

• Concept: Implementatie van een specifiek kanaal (RED Channel) voor de te communiceren prioriteitsboodschap. Afzonderlijke kanalen worden gebruikt voor communicatie van WPS en niet-WPS waarbij geprioriteerde gebruikers controle vliegtuig IP-pakketten worden gemarkeerd met Differentiated Services Code Point (DSCP) als 47, terwijl alle andere gebruikers DSCP gemarkeerd als 32.

WPS_GX

WPS_RX

• Mechanisme: Voor de LTE Core, de indicatie van hogere prioriteit voor een gebruiker komt over Gx of Rx. Voor Gx is dit afhankelijk van het kanaal waarop de gebruiker de Gx-berichten ontvangt (prioriteit op basis van oorsprong op de host) of de aanwezigheid van DRMP (Diameter Routing Message Priority) Attribuutwaardeparen (AVP). En voor Rx betekenen de MPS-ID (Multimedia Priority Service) en AVP's met reserveringsprioriteit alleen de Rx-oproepen die van WPS zijn.

• Adaptief beleid: de implementatie van WPS maakt adaptieve beleidsconfiguraties mogelijk binnen de functie Beleid en oplaadregels (PCRF) en de Diameter Routing Agent (DRA). Via speciale RED-kanalen kunnen klantspecifieke vereisten, zoals het gebruik van specifieke volledig gekwalificeerde domeinnamen (FQDN) of realms, worden geconfigureerd om een geoptimaliseerde doorstroming van het verkeer te garanderen voor zowel prioritaire als niet-prioritaire berichten.

CPS-componenten (Calls Per Second) zijn beïnvloed

WPS_Affected_Nodes

Implementatie in DRA en PCRF

• Fall Back Situation: deze functie zorgt voor de implementatie van de fallback-situatie door de berichten naar Active Non-WPS-peer te sturen wanneer een WPS-peer lokaal of wereldwijd niet beschikbaar is en waar het bericht echt bedoeld is om te worden afgeleverd, omdat het een bericht met hoge prioriteit is. Hier zorgt de DRA ervoor dat deze berichten nooit verloren gaan of niet worden verwerkt vanwege de onbeschikbaarheid van WPS-peers.
• Implementatie van Red/Green Query Path-functionaliteit: deze functie configureert afzonderlijke REST API-eindpunten om WPS IPv6-bindingsquery's te ondersteunen. Het selecteert WPS Rest API-eindpunten om IPv6-binding te bevragen voor alle WPS-berichten en Non-WPS Rest API-eindpunten om IPv6-binding te bevragen voor alle niet-WPS-berichten.
• De DSCP-waarde is ingesteld op 47 voor alle WPS-berichten die naar WPS Rest API-eindpunten gaan en de waarde is ingesteld op 32 voor niet-WPS-berichten die naar niet-WPS Rest API-eindpunten gaan. Partner Advanced Support (PAS) stelt 'class=wps' in als queryparameter voor alle WPS PCRF-sessiequeries.

Voordelen van het opzetten van rode / groene kanalen

Overbelastingsbescherming:

WPS-prioritering in de PCRF omvat mechanismen die de berichtenstroom beschermen, zelfs wanneer het netwerk zwaar belast is. Dit zorgt ervoor dat WPS-communicatie zonder vertraging wordt verwerkt, waarbij de integriteit van noodreacties wordt behouden, ongeacht de bredere netwerkomstandigheden.

Beveiliging lastverdeler:

Het implementeren van RED/GREEN-kanalen in PCRF vermindert overbelasting bij de Load Balancer, een kritieke netwerkfunctie. Met deze functie wordt lastbeheer efficiënter, waardoor essentiële knooppunten zoals de Quality Network Service (QNS) indirect worden beschermd tegen zware verkeersstromen. Zelfs tijdens piekgebruik van het netwerk worden WPS-berichten met de hoogste prioriteit verwerkt.

Terugvalmechanismen:

In het geval van een WPS-kanaalstoring valt het netwerk dynamisch terug naar beschikbare niet-WPS-paden. Dit zorgt ervoor dat essentiële WPS-berichten blijven stromen zonder interferentie, terwijl niet-WPS-berichten binnen hun aangewezen kanalen blijven, waardoor de scheiding van kritisch en routinematig verkeer behouden blijft.

Toegewezen API-eindpunten voor WPS IPv6-bindingsquery's:

Aparte REST API-eindpunten voor WPS-query's maken effectiever netwerkbeheer mogelijk en voorkomen dat WPS- en niet-WPS-berichten met DSCP-markering met elkaar interfereren. Deze structurele scheiding van eindpunten ondersteunt een soepeler queryproces en garandeert dat het verkeer binnen de prioriteitsclassificatie blijft.

Toekomstige toepassingsgebieden

Telecommunicatienetwerken:

In grote telecomnetwerken is WPS effectief gebleken in het verminderen van latentie voor communicatie met hoge prioriteit, het aanbieden van snellere responstijden en operationele verbeteringen.

Internet of Things (IoT) en Machine-to-Machine (M2M) Communicatie:

Met het toenemende volume van IoT- en M2M-verkeer is netwerkcongestie een constante uitdaging. Door WPS te implementeren, kunnen netwerken IoT-signaleringsverkeer efficiënter beheren en prioriteit geven aan kritieke gegevensstromen zonder de algehele netwerkprestaties in gevaar te brengen.

Hulpdiensten:

Tijdens noodsituaties of piekgebruiksperioden waarborgt de prioritering van WPS de betrouwbaarheid van kritieke communicatiekanalen, zodat hulpverleners realtime gegevens ontvangen en hun opdrachten snel worden doorgegeven.

Uitdagingen en overwegingen

Prestatiesancties:

Een nadeel van WPS-implementatie is de prestatie-overhead tijdens beleidsevaluaties. Voor niet-WPS-sessies doorloopt elke query een uitgebreide tabelcontrole, die arbeidsintensief kan zijn als de tabel uitgebreid is. Het minimaliseren van de omvang van de tabellen en het waarborgen van een efficiënte beleidsopzoeking zijn essentieel om dit probleem te beperken.

Problemen met schaalbaarheid:

Naarmate de vraag naar IoT en communicatie met hoge prioriteit groeit, zal het beheren van RED / GREEN-kanalen robuuste schaalbaarheidsoplossingen vereisen. Netwerkplanners moeten hier rekening mee houden bij het overwegen van capaciteitsuitbreiding en de invoering van WPS-functies op de lange termijn.

Opmerking: het gedetailleerde concept en de configuratie voor DRA worden toegelicht in de configuratiegids voor CPS vDRA.

https://www.cisco.com/c/en/us/td/docs/wireless/quantum-policy-suite/R24-2-0/vDRA-ConfigurationGuide/cps24-2-0vdraconfigurationguide/m_dynamic-transport-selection-based-on-transaction-or-origin-host.html?bookSearch=true#Cisco_Reference.dita_29f6b345-85b3-4286-9d10-3b7af0ba5df0.

Verschillende soorten WPS-oproepen

1. WPS P1-oproep: oproep wordt beschouwd als P1-oproep als de functie Toepassing (AF) autorisatie-/authenticatieverzoek (AAR) met reserveringsprioriteit: 14/15 en MPS-identificatiecode activeert.
2. WPS P2: oproep wordt beschouwd als P2-oproep als AF AAR met reserveringsprioriteit: 13 en MPS-identifier activeert.
3. WPS P3: oproep wordt beschouwd als P3-oproep als AF AAR met reserveringsprioriteit activeert: 11/12 en MPS Identifier. CPS kiest geen RED-kanaal voor P3-oproep.

Afkortingen

AAA: autorisatie/authenticatieantwoord

STR: Sessiebeëindigingsverzoek

RAR: Verzoek opnieuw schrijven

RAA: Antwoord opnieuw schrijven

GX en Rx gespreksstroom

1. Standaarddrager voor gegevens en IP Multimedia Subsystem (IMS) starten.
2. AF activeert Authorization/Authentication Request Final (AAR-F) met reserveringsprioriteit: 14/15/13 en MPS Identifier naar PCRF op Rx-interface.
3. Nu zal CPS zowel gegevens als IMS-drager upgraden met prioriteitsniveau (PL):1 als de reserveringsprioriteit 14/15 is in AAR-F, PL:2 als de reserveringsprioriteit 13 is in AAR-F en RED-kanaal selecteert.
4. Vervolgens neemt CPS de beslissing om het verkeer op RED-kanaal over de Gx- en Rx-interface te verplaatsen voor gegevens en IMS-sessies.
5. AF triggert het beëindigingsverzoek naar PCRF, waarna CPS de Rx-sessie beëindigt en het prioriteitsniveau van de gegevenssessie downgrade naar de oorspronkelijke waarde.
6. Al het verkeer begint te bewegen op GROEN kanaal voor datasessie als WPS-sessie wordt beëindigd.

Oproepstroom met reserveringsprioriteit 14

Call_Flow_With_RP_14

WPS-gerelateerde configuratie in PCRF Policy Builder GUI

1.WPS inschakelen op basis van MPS ID en reserveringsprioriteit.

Wanneer CPS AAR-F ontvangt van AF op de Rx-interface, zal CPS MPS Identifier en Reservation Priority AVP-waarden evalueren die overeenkomen met Next Generation Network (NGN) GETS en 15/14/13, waarna CPS WPS inschakelt vanuit de WPS-kolom.

WPS inschakelen

2. Achtervoegsel oorsprong host met -WPS.

Als WPS eenmaal is ingeschakeld voor een sessie, wordt het CPS-achtervoegsel origin host met -WPS en wordt PL:1/2/5 afgedwongen op basis van de prioriteit van de reservering.

suffix_WPS

3. DSCP-markering inschakelen tot 47. Dit zal het verkeer naar het RED-kanaal verplaatsen.

Zodra CPS gegevens en IMS-sessie met PL naar 1/2 heeft opgetild. Het zal de DSCP-waarde tot 47 markeren voor TCP-verkeer voor zowel IMS- als gegevenssessies en nu zal CPS het controlevliegtuigverkeer op RED-kanaal verzenden naar DRA / Packet Data Network Gateway (PGW) voor beide sessies.

Enable_WPS_DSCP_47

Sluiten

De WPS-functie binnen het LTE Core-netwerk illustreert hoe moderne netwerken kunnen evolueren om te voldoen aan de hoge eisen van nooddiensten en nationale veiligheid. Door de introductie van speciale prioriteitskanalen en adaptieve configuraties verbetert WPS niet alleen de responssnelheid van kritieke communicatie, maar versterkt het ook de mogelijkheid van netwerken om essentiële gegevensstromen onder ongunstige omstandigheden aan te kunnen.

In een wereld waar veilige, tijdige communicatie het verschil kan maken, staat WPS als een sleuteltechnologie, die ervoor zorgt dat First Responders kunnen vertrouwen op snelle, ononderbroken connectiviteit wanneer het er het meest toe doet.