Am einfachsten lässt sich die SBI-Schnittstelle des 5GC anhand einer praktischen Frage verstehen: Warum benötigte der 5G Core überhaupt ein neues Interaktionsmodell? Vor 5G wurden mobile Kernnetze meist durch eine Referenzpunktarchitektur beschrieben. Jedes Paar von Netzelementen kommunizierte über eine festgelegte Schnittstelle, beispielsweise S6a zwischen MME und HSS in LTE/EPC. Dieses Punkt-zu-Punkt-Modell ließ sich leicht darstellen und erklären, wurde jedoch mit zunehmender Vielfalt der Netzfunktionen und Serviceanforderungen immer unflexibler.

Der 5G Core verfolgt einen anderen Ansatz. Anstatt jedes Netzelement als geschlossene Einheit zu betrachten, die nur über feste Referenzpunkte verbunden ist, führt er eine servicebasierte Architektur ein. Netzfunktionen stellen Services bereit, und andere autorisierte Netzfunktionen nutzen diese Services über servicebasierte Schnittstellen. Das ist die zentrale Idee von SBI.

Warum Referenzpunkte an Grenzen stießen

Die Referenzpunktarchitektur funktionierte gut, solange die Interaktionsbeziehungen zwischen Netzelementen stabil und vorhersehbar waren. Musste das MME mit dem HSS kommunizieren, beschrieb der Referenzpunkt S6a diese Beziehung. Musste das SGW mit dem PGW kommunizieren, beschrieb ein anderer Referenzpunkt diesen Pfad. Das Modell machte die Architektur sichtbar und direkt nachvollziehbar.

Das Problem liegt in der Erweiterbarkeit. Sobald eine Architektur und ihre Referenzpunkte in einer Spezifikationsversion festgeschrieben sind, lassen sich neue Kommunikationsbeziehungen nur schwer ergänzen. Entsteht beispielsweise eine neue Anforderung zwischen zwei Netzfunktionen, für die noch keine Schnittstelle definiert ist, bietet die Standardarchitektur möglicherweise keinen sauberen Weg zur Unterstützung. Anbieter können proprietäre Lösungen entwickeln, doch diese verringern die Interoperabilität und erschweren die Weiterentwicklung des Netzes.

Der 5G Core wurde für ein breiteres Spektrum an Services konzipiert, darunter mobiles Breitband, IMS, Network Slicing, Richtliniensteuerung, Edge-Services, Exposure-Funktionen und eine flexible Verarbeitung von Teilnehmerdaten. Ein starres Punkt-zu-Punkt-Modell würde diese Entwicklung verkomplizieren. SBI löst dieses Problem, indem eine Netzfunktion mehrere Services bereitstellen kann, die autorisierte konsumierende Netzfunktionen bei Bedarf aufrufen.

Wie Mikroservices SBI erklären

Eine anschauliche Analogie ist ein Bankschalter. Aus Sicht des Kunden bietet der Schalter einen Service zur Bargeldabhebung. Der Kunde muss nicht wissen, ob der interne Ablauf von einem Buchhalter, einem Kassierer, einem Filialleiter oder mehreren Personen gemeinsam ausgeführt wird. Für ihn zählt nur, dass die Anfrage angenommen, bearbeitet und abgeschlossen wird.

Aus interner Sicht der Bank kann der Service jedoch in mehrere Rollen aufgeteilt sein. Eine Rolle prüft das Konto und erfasst die Transaktion, eine andere bereitet das Bargeld vor. Ein Filialleiter kann ungewöhnliche oder besonders hohe Vorgänge genehmigen. Diese Rollen können von verschiedenen Personen übernommen oder in einer kleinen Filiale zusammengefasst werden. Entscheidend ist, dass der externe Service klar bleibt, auch wenn sich die interne Aufteilung ändert.

Der 5GC wendet dieselbe Denkweise an. Eine Netzfunktion kann als Serviceanbieter betrachtet werden, während ihre internen Fähigkeiten in mehrere Servicemodule aufgeteilt sind. Andere Netzfunktionen rufen den benötigten Service über eine standardisierte, API-ähnliche Interaktion auf. Dadurch steigt die Flexibilität, weil die konsumierende Netzfunktion nicht für jede mögliche Funktionsbeziehung einen eigenen Eins-zu-eins-Referenzpunkt benötigt.

UDM ist ein gutes Beispiel. In 4G griff das MME über die S6a-Schnittstelle auf viele HSS-Funktionen zu. In 5G werden die entsprechenden Fähigkeiten als unterschiedliche UDM-Services bereitgestellt, etwa UECM für UE-Registrierungsinformationen, SDM für die Verwaltung von Teilnehmerdaten und UEAuthentication für authentifizierungsbezogene Daten. Autorisierte Netzfunktionen können diese Services gemäß festgelegten Regeln nutzen.

Was SBI im 5GC bedeutet

In der 5GC-Terminologie ist eine NF, also eine Netzfunktion, eine definierte Verarbeitungsfunktion wie AMF, SMF, UDM, AUSF, PCF, NRF oder NEF. Ein NF-Service ist eine von einer NF bereitgestellte Fähigkeit, die von anderen autorisierten NFs genutzt wird. Eine servicebasierte Schnittstelle beschreibt, wie eine bestimmte Netzfunktion eine Gruppe von Services bereitstellt.

SBI-Namen verwenden in der Regel ein großes N, gefolgt vom Namen der Netzfunktion in Kleinbuchstaben. So steht Nudm für die von UDM bereitgestellte SBI, Namf für die von AMF bereitgestellte SBI und Nsmf für die von SMF bereitgestellte SBI. Diese Namenskonvention erleichtert die Zuordnung der Serviceschnittstelle zur jeweiligen Netzfunktion.

Der Unterschied zwischen Referenzpunkt und SBI ist wesentlich. Ein Referenzpunkt beschreibt eine Beziehung zwischen zwei Netzfunktionen. Eine SBI beschreibt, wie eine Netzfunktion Services bereitstellt, die von verschiedenen autorisierten konsumierenden Netzfunktionen verwendet werden können. Dadurch verschiebt sich der architektonische Schwerpunkt von festen paarweisen Verbindungen hin zu wiederverwendbaren Servicefähigkeiten.

SBA hält die Architektur flexibel

Der 5GC definiert ein auf SBI basierendes SBA-Modell. In einem SBA-Diagramm erscheinen viele Netzfunktionen der Steuerungsebene als Serviceanbieter, die über servicebasierte Schnittstellen verbunden sind. Das bedeutet nicht, dass Referenzpunktdiagramme vollständig verschwinden. Sie bleiben für Übergang, Kompatibilität und verständliche Kommunikation erhalten, insbesondere wenn Ingenieure bekannte Beziehungen wie N1, N2, N3, N4, N6 oder N11 besprechen.

Die beiden Darstellungen erfüllen unterschiedliche Zwecke. Die Referenzpunktansicht eignet sich zur Erläuterung von Verbindungsbeziehungen und Ablaufpfaden. Die SBA-Ansicht eignet sich zur Erläuterung von Servicebereitstellung, Servicenutzung und API-basierter Interaktion zwischen Netzfunktionen. Für ein vollständiges Verständnis des 5GC werden in der Regel beide Ansichten benötigt.

In der technischen Praxis ist SBI nicht nur ein Architekturdiagramm. Die SBI beeinflusst auch, wie Services in 3GPP-Spezifikationen gesucht, benannt und verstanden werden. Die Services der Netzfunktionen sind in 3GPP TS 23.501 Abschnitt 7.2 aufgeführt. Dort finden sich beispielsweise AMF-Services wie Namf_Communication, Namf_EventExposure, Namf_MT und Namf_Location.

Konkrete Serviceoperationen, Nachrichtennamen, Parameter und bekannte konsumierende Netzfunktionen sind in 3GPP TS 23.502 Abschnitt 5.2.2 beschrieben. AMF-Serviceoperationen können beispielsweise UEContextTransfer, CreateUEContext, ReleaseUEContext, N1MessageNotify, N1N2MessageTransfer und verwandte Operationen umfassen. Diese Suchmethode hilft Ingenieuren, vom allgemeinen SBI-Konzept zur Analyse realer Abläufe zu gelangen.

FAQ

Warum zeigt der 5GC weiterhin Referenzpunktdiagramme?

Referenzpunktdiagramme bleiben für Übergang, Kompatibilität und die Erläuterung von Abläufen nützlich. Sie helfen Ingenieuren, bekannte Pfade zu besprechen, auch wenn die Steuerungsebene servicebasiert aufgebaut ist.

Wird SBI nur von UDM verwendet?

Nein. UDM ist nur ein Beispiel. AMF, SMF, PCF, AUSF, NRF, NEF und andere Funktionen der 5GC-Steuerungsebene können Services über ihre eigenen servicebasierten Schnittstellen bereitstellen.

Was ist der Unterschied zwischen NF und NF-Service?

NF bezeichnet die Netzfunktion selbst, beispielsweise AMF oder UDM. NF-Service bezeichnet eine bestimmte Fähigkeit, die diese Netzfunktion autorisierten konsumierenden Netzfunktionen zur Verfügung stellt.

Wie sollten Ingenieure SBI-Namen lesen?

Der Name beginnt normalerweise mit einem großen N, gefolgt vom Namen der Netzfunktion in Kleinbuchstaben. Nudm bezeichnet die servicebasierte Schnittstelle von UDM, während Namf die servicebasierte Schnittstelle von AMF bezeichnet.

Wo werden SBI-Operationen üblicherweise nachgeschlagen?

Listen der Netzfunktionsservices werden üblicherweise in 3GPP TS 23.501 Abschnitt 7.2 nachgeschlagen, während detaillierte Serviceoperationen und zugehörige Parameter in TS 23.502 Abschnitt 5.2.2 zu finden sind.