5G AP – Application Protocol nelle reti mobili di nuova generazione
Il termine 5G AP, ovvero Application Protocol, si riferisce ai protocolli applicativi utilizzati all’interno dell’infrastruttura di rete 5G per supportare la comunicazione tra i nodi funzionali del sistema. Questi protocolli non si occupano della trasmissione fisica o logica dei dati, ma definiscono il formato e le regole per lo scambio di messaggi di controllo, configurazione, gestione e servizio tra i diversi elementi della rete. Sono fondamentali sia per il controllo della mobilità, sia per la gestione dei flussi dati utente.
Oggi ti guiderò nella comprensione di come i protocolli applicativi (AP) sono progettati, dove vengono usati, e perché sono cruciali nel contesto dell’architettura 5G. Anche se spesso passano inosservati, gli AP costituiscono la “grammatica” operativa con cui i componenti 5G comunicano tra loro.
Dove si applica l’Application Protocol nel 5G
I protocolli applicativi sono utilizzati in diversi punti critici dell’architettura 5G, sia nella Core Network che nella RAN (Radio Access Network). Ogni interfaccia tra componenti funzionali utilizza un insieme specifico di protocolli applicativi. Vediamo i principali:
- NGAP (Next Generation Application Protocol): Utilizzato tra l’AMF (Access and Mobility Management Function) e il gNB (gNodeB). Gestisce la segnalazione di accesso, mobilità e contesto utente.
- XnAP: Impiegato per la comunicazione tra gNB diversi. Supporta il coordinamento e l’handover inter-gNB.
- F1AP: Protocollo tra gNB-CU (Central Unit) e gNB-DU (Distributed Unit) nella rete di accesso. Si occupa di configurazione e gestione delle risorse radio.
NGAP – Il cuore della segnalazione nella 5G Core
Uno degli Application Protocol più importanti è senza dubbio il NGAP. Questo protocollo è responsabile della segnalazione di controllo tra la rete di accesso 5G (gNB) e il core (AMF). Alcuni messaggi tipici includono:
- Registrazione dell’utente alla rete
- Gestione della sessione PDU
- Handover e mobilità inter-gNB
- Gestione del contesto di sicurezza
NGAP utilizza una struttura ASN.1 (Abstract Syntax Notation One), che consente la definizione precisa e flessibile dei messaggi tra le entità.
XnAP e la gestione inter-gNB
XnAP è utilizzato tra gNB in reti 5G per gestire operazioni come il dual connectivity e l’handover. È fondamentale in scenari di mobilità quando un utente si sposta da una cella all’altra, specialmente in architetture non-standalone dove LTE e NR coesistono. Anche questo protocollo segue la codifica ASN.1 e supporta funzionalità avanzate di gestione interferenze e sincronizzazione temporale tra celle.
F1AP – Comunicazione tra CU e DU
Il protocollo F1AP viene utilizzato all’interno del gNB, ovvero tra la Central Unit (CU) e la Distributed Unit (DU), come parte della divisione funzionale della rete d’accesso. F1AP supporta:
- Setup e configurazione iniziale della DU
- Gestione delle risorse radio (RR management)
- Trasporto dei dati utente (F1-U) e controllo (F1-C)
Questo protocollo consente una gestione scalabile e flessibile delle reti 5G, specialmente in deployment cloud-native e virtualizzati.
Tabella dei principali Application Protocol nel 5G
Application Protocol e QoS (Quality of Service)
I protocolli applicativi giocano un ruolo chiave nella gestione della QoS nel 5G. Attraverso messaggi specifici, è possibile definire e negoziare parametri di qualità del servizio per le applicazioni sensibili come il VoNR (Voice over New Radio) e lo streaming a bassa latenza. In particolare, i messaggi NGAP trasportano ID di flusso QoS, slice ID e profili di priorità, consentendo una personalizzazione granulare per ogni sessione utente.
Relazione con altri protocolli di controllo
È importante distinguere tra Application Protocol e protocolli di trasporto come SCTP (Stream Control Transmission Protocol), utilizzato per veicolare i messaggi AP sulle interfacce. Gli AP definiscono la logica del messaggio, mentre SCTP ne gestisce il trasporto affidabile e ordinato. Questa distinzione consente di separare il livello logico da quello di trasporto fisico, rendendo la rete più modulare e scalabile.
Domani potremmo approfondire il funzionamento dello SCTP stesso, per capire come supporta la resilienza e l’affidabilità nella comunicazione tra nodi critici della rete 5G.