5G-Systemlernen - Überlastung des Systems (Stopp)

In Mobilfunknetzen tritt "Systemüberlastung" auf, wenn übermäßiger Dienstverkehr oder zu viele Geräte gleichzeitig versuchen, sich zu verbinden, wodurch die Netzwerkressourcen überlastet werden, was zu Staus, langsamen Geschwindigkeiten oder Verbindungsfehlern führt. Zum Schutz des Systems werden Mechanismen aktiviert, um diese Überlastungen zu beheben. Zu den spezifischen Strategien gehören, dass Netzbetreiber mehr lizenziertes Spektrum freigeben, Ressourcen durch Network Slicing zuweisen, Drosselung innerhalb der Kernnetzwerk-Funktionseinheiten implementieren und Mechanismen wie Backoff-Timer und Überlastmeldungen aktivieren, um das Volumen der Benutzer effektiv zu steuern und zu verwalten.

1. Überlastaktivierung: In einem 5G (NR)-Netzwerk sendet die Access and Mobility Management Function (AMF) basierend auf ihren Verarbeitungskapazitätsschwellen (Konfiguration) eine "Überlastaktivierung" -Nachricht an andere relevante Netzwerkelemente (wie z. B. gNBs), die einen Überlastzustand anzeigt. Dies löst Maßnahmen zur Stauungskontrolle aus (z. B. Ablehnen von Verbindungsanforderungen von einigen User Equipment (UEs)), um das Netzwerk vor Ausfällen zu schützen. Überlastaktivierung beinhaltet, dass die AMF eine NGAP-Überlastaktivierungsnachricht an den NG-RAN-Knoten (Radio Access Network) sendet und ihn auffordert, bestimmte Arten von Datenverkehr zu begrenzen und Anfragen umzuleiten oder abzulehnen, um die Netzwerkstabilität in Zeiten hoher Nachfrage aufrechtzuerhalten.

1.1 Überlastkontrolle beinhaltet

• Stauungserkennung: Die AMF oder andere Netzwerkelemente, wie z. B. die User Plane Function (UPF), überwachen die Netzwerkauslastung und identifizieren, wann vordefinierte Stauungsschwellen überschritten werden.
• Überlastkontrollnachricht: Bei Erkennung einer Überlast sendet die AMF eine NGAP-Überlastkontrollnachricht an den verbundenen NG-RAN-Knoten.
• Stauungskontrollmaßnahmen: Nach Erhalt der Nachricht leitet der NG-RAN-Knoten Kontrollmaßnahmen zur Verwaltung der Überlast ein. Diese Maßnahmen umfassen:
• Ablehnen bestimmter Verbindungen: Der NG-RAN kann Verbindungsanforderungen von User Equipment (UE) für nicht dringende oder Dienste mit hoher Priorität ablehnen.
• Begrenzung der Uplink-Signalisierung: Der NG-RAN kann die Übertragung der Uplink-NAS-Signalisierung (Non-Access Stratum) an die AMF begrenzen, wodurch die Auslastung des Netzwerkkerns weiter reduziert wird.
• Datenverkehrsbegrenzung: Das Netzwerk kann die Menge des Datenverkehrs, die es verarbeitet, begrenzen oder reduzieren, um Systemausfälle zu verhindern.

1.2 Die Überlastkontrolle hat drei Ziele:

• Aufrechterhaltung der Netzwerkstabilität: Das Hauptziel ist es, einen vollständigen Netzwerkausfall in Zeiten von extremem Datenverkehr oder unerwarteten Lastspitzen zu verhindern.
• Gewährleistung der Dienstkontinuität: Durch die Verwaltung der Auslastung kann das Netzwerk weiterhin wesentliche Dienste bereitstellen, selbst wenn weniger kritische Dienste vorübergehend eingeschränkt werden.
• Schutz der Ressourcen: Die Überlastkontrolle schützt Ressourcen wie UDM-Bandbreite und andere kritische Netzwerkfunktionen davor, durch übermäßige Steuerungsebene-Signalisierung überlastet zu werden.

2. das Überlast-Stopp-Verfahren signalisiert dem NG-RAN-Knoten, mit dem die AMF verbunden ist, dass die Überlastsituation beendet ist und der normale Betrieb wieder aufgenommen werden soll. Das Überlast-Stopp-Verfahren verwendet nicht-UE-assoziierte Signalisierung. Ein erfolgreicher Überlast-Stopp-Vorgang ist in Abbildung 8.7.8.2-1 unten dargestellt, wobei:

Ein NG-RAN-Knoten, der die "ÜBERLAST-STOPP" -Nachricht empfängt, sollte davon ausgehen, dass die Überlastsituation für die empfangende AMF beendet ist und den normalen Betrieb für den auf die AMF anwendbaren Datenverkehr wieder aufnehmen.