Em uma rede 5G, a gestão de mobilidade não consiste apenas em acompanhar um telefone enquanto ele se desloca de uma célula para outra. Ela é a lógica de controle que informa ao núcleo 5G se um UE está registrado, alcançável, conectado, ocioso, autorizado a acessar serviços ou sujeito a restrições de localização e política de assinatura. Sem essa camada, a rede não saberia quando manter o contexto do usuário, quando liberar recursos de sinalização, quando realizar a paginação do dispositivo ou qual identidade usar durante os procedimentos de registro e segurança.

O núcleo 5G utiliza AMF, sinalização NAS, contexto do UE, identificadores temporários, identificadores de assinatura ocultos e regras de restrição de mobilidade para administrar o deslocamento. Um UE pode ser ligado pela manhã, registrar-se na rede, permanecer ocioso por longos períodos, voltar ao estado conectado quando um serviço de dados for necessário e atravessar diferentes áreas de rastreamento ao longo do dia. A rede precisa oferecer suporte a tudo isso enquanto protege os recursos da interface aérea, os recursos de sinalização N2 e a privacidade do usuário.

O registro define a alcançabilidade na rede

A gestão de registro descreve se um UE está registrado no núcleo 5G. Os dois estados principais são RM-DEREGISTERED e RM-REGISTERED. No estado não registrado, o UE não está registrado na rede central. A AMF não sabe onde ele está, não mantém um contexto do UE utilizável para o dispositivo e não pode tratá-lo como alcançável.

Quando o UE conclui o registro com sucesso, ele entra no estado registrado. A partir desse momento, pode acessar os serviços do 5GC, e a AMF possui informações suficientes para conhecer a localização do usuário no nível necessário e manter o contexto do UE. Isso nem sempre significa que o UE esteja transmitindo dados de usuário ativamente. Significa apenas que ele possui uma relação válida com a rede central.

A transição é simples. Um dispositivo recém-ligado começa no estado não registrado. Se o procedimento de registro for aceito, o UE passa ao estado registrado. Se o registro for rejeitado ou a rede iniciar o cancelamento do registro, o UE permanece ou retorna ao estado não registrado. Esse modelo de estados é semelhante, em conceito, à lógica EMM de registrado e não registrado da 4G, mas é tratado dentro da arquitetura do núcleo 5G.

O estado de conexão economiza recursos

A gestão de conexão explica se o UE mantém, naquele momento, uma relação ativa de sinalização com a rede. Os dois estados principais são CM-IDLE e CM-CONNECTED. No estado ocioso, o UE não está conectado ativamente por sinalização N2, e a AMF não mantém os mesmos recursos de conexão ativa usados durante a operação conectada.

No estado conectado, a AMF conhece a localização do UE com maior precisão, e o dispositivo pode acessar os serviços do 5GC por meio de uma conexão estabelecida. A rede também pode criar ou manter o contexto do UE necessário ao atendimento do serviço. Quando não há demanda ativa, a rede pode liberar os recursos de conexão N2 e devolver o UE à operação ociosa.

Esse projeto preserva a eficiência da rede. Se todos os UEs registrados permanecessem completamente conectados durante o dia inteiro, haveria desperdício de recursos de rádio, sinalização N2 e preparação do plano de usuário. A abordagem mais eficiente é manter o UE registrado e liberar os recursos de conexão ativa quando eles não forem necessários. Quando o usuário voltar a navegar, transmitir conteúdo, fazer uma chamada ou usar um aplicativo, o UE poderá iniciar um solicitação de serviço ou procedimento relacionado e retornar ao estado conectado.

Uma analogia prática é o registro de entrada em um hotel. O registro na rede equivale a fazer o registro de entrada e criar o cadastro do hóspede. A conexão corresponde ao uso ativo de recursos do quarto, como iluminação, ar-condicionado ou acesso ao elevador. O hóspede continua registrado mesmo quando esses recursos não estão sendo utilizados. Da mesma forma, um UE pode permanecer registrado enquanto sua conexão ativa é liberada para economizar recursos.

O contexto do UE mantém dados essenciais

O contexto do UE é o conjunto de informações que a AMF mantém depois que o UE se registra. Ele fornece à rede os dados operacionais necessários para gerenciar acesso, segurança, localização, restrições de assinatura e comportamento de mobilidade. Esse contexto não é um único campo, mas uma coleção de identificadores, capacidades, informações de localização e parâmetros relacionados a políticas.

Entre os elementos importantes do contexto do UE estão SUPI, PEI, GPSI, UE-AMBR contratado, capacidade 5GMM, informações da PCF selecionada, listas de áreas proibidas, restrições de área de serviço e contexto de gestão de mobilidade. O contexto MM também pode incluir o tipo de acesso, o modo de segurança NAS, a capacidade de segurança do UE, o NSSAI permitido, o último TAI de registro, o estado RM, a área de registro e as informações atuais de localização do usuário.

Esses campos ajudam a rede a responder a diversas questões operacionais. Quem é o assinante? Qual equipamento está sendo usado? Qual tipo de acesso está envolvido? Quais algoritmos de segurança são compatíveis? Quais fatias de rede o UE pode acessar? Onde ele se registrou pela última vez? Quais áreas são permitidas ou restritas? As respostas orientam o tratamento do registro, o acesso aos serviços, a paginação, as atualizações de mobilidade e o controle de políticas.

Os identificadores protegem a privacidade

A gestão de mobilidade 5G depende fortemente do projeto de identidade. A rede precisa identificar o assinante e o equipamento, mas deve evitar, sempre que possível, a exposição de identificadores permanentes pela interface aérea. Por isso, a 5G utiliza vários identificadores relacionados para finalidades diferentes.

SUPI é o identificador permanente da assinatura. Sua forma mais comum é o IMSI, enquanto outra forma utiliza NAI para acesso não 3GPP. PEI identifica o equipamento e geralmente está relacionado ao IMEI ou IMEISV. GPSI é um identificador público da assinatura, frequentemente representado pelo MSISDN, embora outro formato possa utilizar um identificador externo, como username@realm.

Identidades temporárias reduzem a exposição de informações permanentes. 5G-GUTI é uma identidade temporária globalmente única atribuída pela AMF. Ela combina o identificador relacionado à AMF, chamado GUAMI, com o 5G-TMSI. 5G-S-TMSI faz parte do 5G-GUTI e é utilizado para paginação. Essa separação é importante porque a paginação não deve expor a identidade permanente do assinante.

SUCI é especialmente importante para a segurança 5G. Trata-se de um identificador de assinatura oculto, gerado pela criptografia de informações relacionadas ao SUPI. Na 4G, o IMSI podia ser obtido em alguns procedimentos de identidade, criando risco de privacidade na interface aérea. Na 5G, o registro deve utilizar o 5G-GUTI quando ele estiver disponível. Se não houver 5G-GUTI, utiliza-se o SUCI. O IMSI em texto aberto não deve ser usado como identidade de registro.

O SUCI é criado por criptografia assimétrica. O UE utiliza uma chave pública armazenada no USIM ou disponível no dispositivo para ocultar a identidade da assinatura. Em seguida, o identificador oculto passa pela rede de acesso e pela rede central até a rede de origem, onde a chave privada é usada para recuperar o SUPI. O indicador de roteamento ajuda o núcleo a encaminhar a mensagem de sinalização às funções corretas da rede de origem, mesmo que parte da identidade esteja oculta.

As restrições controlam as áreas de serviço

A gestão de mobilidade também inclui restrições. Nem todo UE pode acessar qualquer tecnologia de rádio, qualquer área de rastreamento ou qualquer área de serviço. O núcleo 5G utiliza regras de restrição de mobilidade para controlar onde e como um UE pode utilizar os serviços da rede.

Uma área de registro é um conjunto de áreas de rastreamento atribuído ao UE. Dentro dessa área, o serviço não é restrito, e o UE não precisa atualizar o registro a cada pequeno deslocamento. A restrição RAT vem dos dados de assinatura e pode impedir que um UE utilize determinada tecnologia de acesso por rádio, como a 5G. Uma área proibida é um conjunto de locais nos quais o acesso aos serviços 5G não é permitido para aquele UE.

A restrição de área de serviço pode definir áreas permitidas e não permitidas. Nas áreas permitidas, o UE pode acessar o serviço 5G. Nas áreas não permitidas, o acesso é bloqueado ou limitado de acordo com a política. Essas restrições são úteis para controle de assinatura, controle de roaming, planejamento de redes privadas, segmentação de serviços e requisitos regulatórios.

Em conjunto, a gestão de registro, a gestão de conexão, o contexto do UE, os identificadores seguros e as restrições de mobilidade formam a base de mobilidade do núcleo 5G. O objetivo não é apenas saber onde um dispositivo se encontra. O objetivo real é mantê-lo alcançável quando necessário, proteger os recursos da rede durante a inatividade, preservar a privacidade da identidade e aplicar regras de acesso conforme a assinatura e a localização.

Perguntas frequentes

Por que a 5G separa o registro da conexão?

A separação permite que o UE continue conhecido pela rede central sem manter recursos ativos de sinalização o tempo todo. Isso melhora a eficiência quando muitos dispositivos estão registrados, mas não utilizam o serviço continuamente.

Por que o 5G-S-TMSI é usado para paginação?

O 5G-S-TMSI deriva da estrutura de identidade temporária, por isso permite realizar a paginação sem expor informações permanentes da assinatura pela interface de rádio.

O que diferencia SUCI de SUPI?

SUPI é a identidade permanente da assinatura, enquanto SUCI é uma forma oculta utilizada para proteger essa identidade permanente em procedimentos nos quais não há uma identidade temporária disponível.

Por que a AMF precisa do contexto do UE?

A AMF precisa do contexto do UE para gerenciar segurança, tipo de acesso, estado de registro, informações de localização, fatias de rede permitidas, restrições de serviço e decisões relacionadas à mobilidade do UE.

Como as restrições de mobilidade afetam o acesso ao serviço?

As restrições de mobilidade determinam se um UE pode utilizar determinadas áreas ou tecnologias de rádio com base na área de registro, na área proibida, na política de área de serviço e nos dados da assinatura.