5G NAS – Non-Access Stratum
Non-Access Stratum (NAS) to jedna z kluczowych warstw w architekturze sieci 5G, odpowiadająca za sygnalizację i zarządzanie kontrolą między urządzeniem użytkownika (UE) a rdzeniem sieci. W odróżnieniu od warstwy Access Stratum, która zajmuje się transmisją danych i komunikacją radiową, NAS obsługuje funkcje sterujące niezależne od warstwy radiowej.
Rola NAS w 5G
NAS działa pomiędzy UE a rdzeniem sieci 5G (5GC) i odpowiada za kluczowe procesy, takie jak:
- Procedury uwierzytelniania i bezpieczeństwa
- Zarządzanie sesjami i rejestrowaniem UE w sieci (Registration)
- Mobilność, czyli przełączanie się między różnymi stacjami bazowymi i obszarami sieci
- Kontrola polityk QoS (Quality of Service)
Dzięki NAS urządzenie utrzymuje łączność i kontrolę z rdzeniem niezależnie od konkretnej technologii radiowej (LTE, 5G NR itp.), co zapewnia spójne działanie sieci.
Budowa i protokoły NAS
Protokół NAS dzieli się na dwie główne kategorie:
- Protokół rejestracji i mobilności (MM, Mobility Management) – odpowiada za rejestrację UE w sieci, lokalizację oraz obsługę zmian lokalizacji.
- Protokół zarządzania sesją (SM, Session Management) – zarządza tworzeniem, modyfikacją i usuwaniem połączeń danych (PDU Sessions).
Te protokoły są wysyłane jako komunikaty NAS przez interfejsy kontrolne, najczęściej nazywane NU (NAS over Uu) między UE a gNB oraz dalej do rdzenia 5GC.
Funkcje NAS w szczegółach
Rejestracja i uwierzytelnianie
Podczas podłączania się do sieci, UE wysyła komunikat rejestracyjny NAS, który inicjuje proces uwierzytelnienia i autoryzacji. Sieć sprawdza tożsamość urządzenia i użytkownika, korzystając z baz danych HSS (Home Subscriber Server) lub UDM (Unified Data Management) w architekturze 5G.
Zarządzanie mobilnością
NAS monitoruje ruch UE między różnymi obszarami sieci i koordynuje przekazywanie połączenia między stacjami bazowymi, umożliwiając płynne przełączanie (handover). To ważne zwłaszcza podczas poruszania się użytkownika w terenie.
Zarządzanie sesją (PDU Session)
W 5G NAS odpowiada za ustanawianie sesji danych, które umożliwiają przesyłanie ruchu użytkownika. To właśnie przez NAS UE komunikuje się z funkcją SMF (Session Management Function) w rdzeniu sieci, ustalając parametry sesji takie jak adres IP czy polityki QoS.
Bezpieczeństwo i szyfrowanie
NAS zarządza również mechanizmami bezpieczeństwa, takimi jak szyfrowanie komunikacji i integralność danych sygnalizacyjnych. Dzięki temu komunikaty między UE a siecią są chronione przed podsłuchem i manipulacją.
Współpraca NAS z innymi warstwami
Warto dziś również rozwinąć temat, który poznaliśmy wcześniej – współpracy NAS z warstwą Access Stratum (AS). AS odpowiada za transport fizyczny i kontrolę radiową, podczas gdy NAS realizuje wyższy poziom sterowania i zarządzania sesjami.
To rozdzielenie pozwala na większą elastyczność w sieciach 5G. Na przykład, w różnych implementacjach 5G SA (Standalone) NAS działa nad różnymi technologiami dostępu radiowego (NR, LTE), ale zachowuje spójność w obsłudze sesji i mobilności.
Przyszłość NAS w sieciach 5G i dalej
W miarę rozwoju sieci 5G i pojawiania się nowych funkcji takich jak sieci dedykowane (network slicing), NAS będzie ewoluować, aby zarządzać coraz bardziej złożonymi scenariuszami. Już teraz protokoły NAS pozwalają na dynamiczne zarządzanie jakością usług, co jest niezbędne w aplikacjach takich jak IoT, VR czy autonomiczne pojazdy.
Jutro możemy przyjrzeć się bliżej sieci core 5G (5GC) i temu, jak NAS współpracuje z innymi funkcjami w rdzeniu, aby umożliwić pełne wykorzystanie potencjału 5G.
