Reihenfolge der Nutzung von AMF-Schnittstellenprotokollen (Authentifizierung und Anruf) in 5G

AMF (Access and Mobility Management Function) ist eine Steuerungsebene (CU) Funktionseinheit im 5G-Kernnetz (CN). Funknetzwerkelemente (gNodeBs) müssen sich mit dem AMF verbinden, bevor sie auf einen 5G-Dienst zugreifen können. Die Verbindung zwischen AMF und anderen Einheiten im 5G-System ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

*Abbildung 1. Schematische Darstellung der AMF- und 5G-Netzwerkelementverbindung (durchgezogene Linien in der Abbildung stellen physische Verbindungen dar, gestrichelte Linien stellen logische Verbindungen dar)

I. AMF-Schnittstellenfunktionen

• N1[2]: Das AMF erhält alle verbindungs- und sitzungsbezogenen Informationen vom UE über die N1-Schnittstelle.
• N2[3]: Die Kommunikation zwischen dem AMF und dem gNodeB in Bezug auf das UE sowie die Kommunikation, die sich nicht auf das UE bezieht, wird über diese Schnittstelle durchgeführt.
• N8: Alle Benutzer- und spezifischen UE-Richtlinienregeln, sitzungsbezogenen Abonnementdaten, Benutzerdaten und alle anderen Informationen (z. B. Daten, die Drittanbieteranwendungen zugänglich gemacht werden) werden im UDM gespeichert, und das AMF erhält diese Informationen über die N8-Schnittstelle.
• N11[4]: Die N11-Schnittstelle stellt die Auslöser für das AMF dar, um PDU-Sitzungen auf der Benutzerebene hinzuzufügen, zu ändern oder zu löschen.
• N12: Das AMF simuliert ein AUSF innerhalb des 5G-Kernnetzes und stellt dem AMF über die AUSF-basierte N12-Schnittstelle Dienste zur Verfügung. Das 5G-Netzwerk stellt eine dienstbasierte Schnittstelle dar, die sich auf das AUSF und das AMF konzentriert.
• N22: Das AMF wählt die beste Netzwerkfunktion (NF) im Netzwerk mithilfe des NSSF aus. Das NSSF stellt dem AMF über die N22-Schnittstelle Informationen zur Netzwerkfunktionsortung zur Verfügung.
• SBI[8]: Die dienstbasierte Schnittstelle ist eine API-basierte Kommunikation zwischen Netzwerkfunktionen.

II. AMF-Anwendungsprotokolle

• NAS[5]: In 5G ist NAS (Non-Access Layer Protocol) das Steuerungsebenenprotokoll auf der Funkschnittstelle (N1-Schnittstelle) zwischen dem UE und dem AMF; es ist für die Verwaltung von Mobilitäts- und sitzungsbezogenem Kontext innerhalb des 5GS (5G-Systems) verantwortlich.
• NGAP[6]: NGAP (Next Generation Application Protocol) ist ein Steuerungsebenenprotokoll (CP), das für die Signalisierungskommunikation zwischen dem gNB und dem AMF verwendet wird. Es ist für die Abwicklung von Diensten im Zusammenhang mit dem UE und Diensten, die sich nicht auf das UE beziehen, verantwortlich.
• SCTP[7]: Das Flow Control Transmission Protocol (SCTP) gewährleistet die Übertragung von Signalisierungsnachrichten zwischen dem AMF und dem 5G-AN-Knoten (N2-Schnittstelle).
• ITTI-Nachrichten[9]: Inter-Task-Schnittstelle zur Übermittlung von Nachrichten zwischen Tasks.

III. Call Flow - UE-Registrierung und Deregistrierung (Schritte)

• Das AMF muss sich zuerst beim NRF registrieren, um die Netzwerkfunktionsortung zu identifizieren und mit ihr zu kommunizieren. Wenn das UE eingeschaltet wird, durchläuft es einen Registrierungsprozess. Das AMF verarbeitet die Registrierung und empfängt dann die anfängliche NAS-UE-Nachricht und die Registrierungsanforderung. Diese Nachricht wird verwendet, um eine AMF-Identität für das UE zu erstellen.
• Dann überprüft das AMF, bei welchem AMF sich das UE zuletzt registriert hat. Wenn die alte AMF-Adresse erfolgreich gefunden wird, ruft das neue AMF alle UE-Kontexte ab und initiiert ein Deregistrierungsverfahren für das alte AMF. Das alte AMF fordert die Freigabe des SM-Kontexts vom SMF und des UE-Kontexts vom gNB an.

IV. Terminalauthentifizierung und -autorisierung

• Wenn das neue AMF keine Spur des alten AMF erkennt, initiiert es den Autorisierungs- und Authentifizierungsprozess mit dem UE. Es verarbeitet den Identitätsüberprüfungsprozess und fordert einen Authentifizierungsvektor vom AMF an. Anschließend sendet es eine Authentifizierungsanforderung an das UE, um einen Sicherheitsschlüssel festzulegen und einen Sicherheitsalgorithmus für den Kanal auszuwählen, wodurch eine sichere Datenübertragung gewährleistet wird.
• Das AMF steuert alle NAS-Downlink-/Uplink-Übertragungskanäle, die für die Kommunikation verwendet werden.