In einem 5G-Kernnetz kann das Kernnetz den Benutzerstandort nicht selbstständig ermitteln. Die aktuelle netzseitige Position eines UE stammt von der Funkzugangsseite, insbesondere vom gNB, der den Benutzer versorgt. Der gNB kennt die verwendete Zelle, das Tracking Area der Zelle und die Art, wie dieser Funkstandort nach oben gemeldet werden muss. Deshalb ist ULI, also User Location Information, ein wichtiger Parameter in der 5GC-Signalisierung.

ULI wird in der NGAP-Signalisierung vom gNB zum AMF übertragen. Es liefert dem Kernnetz die Standortreferenz, die für Registrierung, Mobilitätsverwaltung, Sitzungsbehandlung, Richtliniensteuerung, Dienstrouting und Anwendungsfreigabe benötigt wird. In der technischen Praxis ist ULI kein straßengenaues Ortungsergebnis. Es ist eine Netzstandortidentität, die aus Funkzugangskennungen wie TAI und NR CGI aufgebaut ist. Damit kann das 5G-Kernnetz den Standort des UE auf Tracking-Area- und Zellebene einordnen.

Wie ULI das Kernnetz erreicht

Die Melderichtung von ULI verläuft vom gNB zum AMF. Der gNB fügt den ULI-Parameter in mehrere N2-Nachrichten ein, damit das AMF den aktuellen netzseitigen Standort des UE erhält. Dies ist besonders wichtig, weil Entscheidungen des AMF davon abhängen, wo sich das UE befindet, welchem Tracking Area es angehört und ob Mobilitäts- oder Registrierungsaktualisierungen erforderlich sind.

Mehrere NGAP-Nachrichten können ULI enthalten, darunter PDU Session Resource Release Response, PDU Session Resource Modify Response, PDU Session Resource Notify, UE Context Release Complete, UE Context Modification Response, RRC Inactive Transition Report, Handover Notify und Path Switch Request. Zwei Nachrichten sind für den NAS-Transport besonders wichtig: Initial UE Message und Uplink NAS Transport. Da sie 5G-NAS-Signalisierung übertragen, kann das AMF während NAS-bezogener Abläufe aktuelle Standortinformationen des UE erhalten.

Dieses Konzept hält die Standortmeldelogik nahe am Funknetz. Der gNB erfasst die versorgende Zelle und leitet die relevanten Kennungen über NGAP weiter. Das AMF verwendet diese Informationen anschließend als Teil des umfassenderen Mobilitäts- und Sitzungskontexts.

Inhalt von NR ULI

ULI ist mit verschiedenen Standortinformationsoptionen definiert. Grundsätzlich kann es E-UTRA ULI für NSA-bezogene Szenarien und NR ULI für SA-bezogene Szenarien enthalten. In einem eigenständigen 5G-Netz steht NR ULI im Mittelpunkt.

NR ULI besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen: 5G TAI und NR CGI, auch NCGI genannt. TAI identifiziert das Tracking Area, während NCGI eine bestimmte NR-Zelle weltweit eindeutig kennzeichnet. Zusammen liefern sie dem Kernnetz sowohl den Tracking-Area-Kontext als auch den Funkzellenkontext des UE.

TAI setzt sich aus MCC + MNC + TAC zusammen. MCC und MNC identifizieren das PLMN, während TAC das Tracking Area kennzeichnet. Dadurch kann das Netz ein UE dem richtigen Betreibernetz und Tracking Area zuordnen. Das Tracking-Area-Konzept stammt aus 4G, bleibt aber für die 5G-Mobilitätsverwaltung wichtig.

NCGI wird aus der PLMN-Identität und NCI gebildet. Die NCI, also NR Cell Identity, ist 36 Bit lang und enthält gNB ID und Cell ID. Da die gNB ID eine variable Länge hat, hängt die Länge der Cell ID von der Anzahl der für die gNB ID verwendeten Bits ab. Ist die gNB ID beispielsweise 24 Bit lang, bleiben 12 Bit für die Cell ID. Diese Beziehung ist wichtig, wenn Ingenieure Zellidentitätswerte auswerten oder NCI und NCGI berechnen.

Beziehungen zwischen den Bereichen

Die Beziehung zwischen Registration Area, Tracking Area, gNB und Zelle ist entscheidend für das Verständnis der 5G-Mobilität. Eine Zelle gehört nur zu einer Basisstation und gleichzeitig nur zu einem Tracking Area. Ein Tracking Area kann mehrere Basisstationen und mehrere Zellen enthalten. Je nach Funknetzplanung kann ein einzelner gNB außerdem unterschiedliche Zellen verschiedenen Tracking Areas zuordnen.

Der Servicebereich des AMF besteht aus mehreren Tracking Areas. Innerhalb dieses Bereichs kann das AMF verschiedenen UE gemäß Richtlinie unterschiedliche Registration Areas zuweisen. Eine Registration Area kann ein oder mehrere Tracking Areas enthalten. Das Konzept ähnelt der TA List aus 4G, wird jedoch im Mobilitätskontext des 5G-Kernnetzes eingesetzt.

Der Zweck einer Registration Area besteht darin, unnötige Signalisierung zu vermeiden und das UE dennoch erreichbar zu halten. Bewegt sich das UE innerhalb seiner zugewiesenen Registration Area, muss es nicht bei jedem Zellwechsel eine Mobilitätsregistrierungsaktualisierung auslösen. Verlässt es den zugewiesenen Bereich, muss es ein MRU-Verfahren, also Mobility Registration Update, starten.

Ein praktisches Beispiel ist ein Benutzer, der sich entlang einer U-Bahn-Linie bewegt. Hat das AMF dem Benutzer eine Registration Area mit TA1 zugewiesen und wechselt er von einem gNB in TA1 zu einem gNB in TA2, überschreitet er die zugewiesene Registrierungsgrenze. Auch wenn das AMF gleich bleibt, muss das UE MRU durchführen, weil sich die zugewiesene Registration Area geändert hat.

Wohin die Standortdaten gelangen

Sobald das AMF ULI vom gNB empfängt, können mehrere Funktionen des 5G-Kernnetzes die Standortinformationen nutzen. Das AMF ist die erste Kernnetzfunktion, die den gemeldeten Standort erhält. Von dort können standortbezogene Informationen je nach Netzdesign an das SMF für die Sitzungsverwaltung, an das PCF für Richtlinienentscheidungen und an anwendungsnahe Funktionen weitergegeben werden.

Ein typischer Signalisierungspfad lässt sich als gNB → AMF → SMF → PCF darstellen. Das PCF kann Richtlinienverarbeitung für betreibereigene Anwendungsfunktionen bereitstellen, beispielsweise P-CSCF in IMS-bezogenen Szenarien. Ein weiterer Pfad kann Informationen über NEF für Anwendungsfunktionen Dritter freigeben, wenn Freigaberegeln und Dienstberechtigungen erfüllt sind.

ULI-bezogene Informationen können auch bei der Freigabe benutzerebenenbezogener Dienste eine Rolle spielen. Beispielsweise kann das SMF mit dem UPF zusammenarbeiten, und in bestimmten Dienstkonzepten kann das UPF HTTP-Header für Drittanwendungen anreichern. Das bedeutet nicht, dass jede Anwendung automatisch vollständige Standortdaten erhält. Es bedeutet, dass die 5G-Architektur definierte Pfade besitzt, über die Netzstandortinformationen des Benutzers von Richtlinien-, Sitzungs- und Anwendungsfunktionen genutzt werden können.

Für technische Leser und SEO lässt sich die Kernaussage einfach zusammenfassen: ULI beginnt am gNB, gelangt über das AMF in das Kernnetz und kann anschließend Mobilitäts-, Sitzungs-, Richtlinien- und Dienstfreigabelogik beeinflussen. TAI beschreibt die Tracking-Area-Position, NCGI die NR-Zellidentität, und die Registration-Area-Logik bestimmt, wann das UE Mobilitätsänderungen über MRU melden muss.

Häufig gestellte Fragen

Warum kann das AMF den Funkstandort des UE nicht direkt kennen?

Das AMF ist eine Kernnetzfunktion. Es ist auf die vom gNB über NGAP gemeldeten Informationen angewiesen, weil die versorgende Zelle und der Funkstandort vom Zugangsnetz beobachtet werden.

Warum sind Initial UE Message und Uplink NAS Transport wichtig?

Sie transportieren NAS-Signalisierung vom UE zum AMF. Das in diesen N2-Nachrichten enthaltene ULI hilft dem AMF daher, NAS-Verfahren mit dem aktuellen UE-Standort zu verknüpfen.

Was passiert, wenn sich die Länge der gNB ID ändert?

NCI bleibt 36 Bit lang. Eine längere gNB ID lässt deshalb weniger Bits für die Cell ID übrig, während eine kürzere gNB ID mehr Bits für die Cell ID freigibt.

Kann ein gNB mehreren Tracking Areas angehören?

Ein gNB kann unterschiedliche Zellen verschiedenen Tracking Areas zuordnen. Die Zelle ist die entscheidende Planungseinheit, weil jede Zelle nur zu einem TA gehört.

Warum ist MRU für die alltägliche Mobilität wichtig?

MRU hält die Registration Area aktuell, wenn das UE den zugewiesenen Bereich verlässt. Dadurch kann das Netz die Erreichbarkeit erhalten, ohne innerhalb des Bereichs übermäßig viele Aktualisierungen auszulösen.