5G NGAP – Protokół Aplikacyjny NG
Dziś zajmiemy się szczegółowym omówieniem NGAP, czyli NG Application Protocol, który jest kluczowym protokołem w architekturze 5G. NGAP pełni rolę komunikacji pomiędzy elementami sieci 5G – przede wszystkim między gNodeB (stacją bazową 5G) a AMF (Access and Mobility Management Function), czyli funkcją zarządzania dostępem i mobilnością w sieci 5G Core (5GC).
Co to jest NGAP?
NGAP to protokół warstwy sygnalizacyjnej, który zapewnia wymianę informacji sterujących między gNodeB a rdzeniem 5G. Jego zadaniem jest kontrolowanie połączeń, zarządzanie sesjami i obsługa mobilności użytkowników w sieci 5G. NGAP działa na interfejsie NG, który łączy RAN (Radio Access Network) z 5G Core.
Rola NGAP w sieci 5G
NGAP pozwala na:
- Ustanowienie i zarządzanie połączeniami radiowymi
- Przekazywanie informacji o lokalizacji i statusie użytkownika
- Obsługę handoverów między stacjami gNodeB
- Kontrolę uwierzytelniania i sesji
W skrócie, NGAP umożliwia płynną i bezpieczną komunikację pomiędzy elementami sieci 5G, pozwalając na dynamiczne zarządzanie zasobami radiowymi i mobilnością.
Struktura i działanie NGAP
Protokół NGAP jest zbudowany na bazie protokołu SCTP (Stream Control Transmission Protocol), który zapewnia niezawodną, uporządkowaną i wielowątkową transmisję danych między gNodeB a AMF. NGAP wykorzystuje ASN.1 (Abstract Syntax Notation One) do kodowania i dekodowania komunikatów.
Typowe komunikaty NGAP to m.in.:
- Initial UE Message – pierwsza wiadomość od urządzenia użytkownika do rdzenia
- UE Context Setup Request – prośba o ustanowienie kontekstu dla UE
- Handover Request – żądanie przekazania sesji do innej stacji bazowej
- Path Switch Request – potwierdzenie zmiany ścieżki transmisji po handoverze
- NAS Transport – przesyłanie komunikatów warstwy NAS (Non-Access Stratum)
Jak NGAP współpracuje z innymi protokołami?
NGAP jest częścią większej grupy protokołów w sieci 5G. Działa wspólnie z:
- NAS – warstwa wyższa, zarządzająca sesjami i uwierzytelnianiem użytkownika.
- RRC (Radio Resource Control) – kontrola zasobów radiowych na poziomie gNodeB i urządzenia.
- F1AP – protokół łączący centralną i rozproszoną część gNodeB.
NGAP zarządza przekazaniem informacji pomiędzy RAN a Core Network, umożliwiając elastyczne i szybkie operacje wymagane przez 5G.
Dlaczego NGAP jest tak ważny?
Bez NGAP komunikacja między stacją bazową a rdzeniem 5G byłaby niemożliwa. Protokół ten zapewnia:
- Skalowalność – obsługa wielu połączeń i użytkowników jednocześnie
- Niezawodność – szybkie wykrywanie i obsługę zdarzeń sieciowych
- Bezpieczeństwo – wspiera mechanizmy autoryzacji i integralności danych
- Mobilność – umożliwia płynne przekazywanie sesji podczas przemieszczania się użytkownika
Przykładowy scenariusz użycia NGAP
Wyobraź sobie, że urządzenie 5G porusza się między dwoma gNodeB. Gdy zasięg pierwszej stacji słabnie, NGAP umożliwia rozpoczęcie procesu handoveru:
- gNodeB źródłowe wysyła do AMF komunikat Handover Required.
- AMF kontaktuje się z gNodeB docelowym i przesyła Request o utworzenie nowej sesji.
- Po potwierdzeniu, urządzenie przełącza się na nową stację bazową.
- NGAP zarządza potwierdzeniem zmiany ścieżki i aktualizacją kontekstu użytkownika.
Co jeszcze warto wiedzieć o NGAP?
NGAP jest rozwijany i standaryzowany przez 3GPP w ramach specyfikacji Release 15 i kolejnych. Jego konstrukcja jest elastyczna, aby sprostać przyszłym wymaganiom 5G, takim jak sieci prywatne, IoT czy ultra-niskie opóźnienia.
Jutro możemy zagłębić się w protokół F1AP, który współpracuje z NGAP wewnątrz gNodeB, lub w mechanizmy NAS, które są przesyłane za pomocą NGAP.
