Obiettivi
L’obiettivo principale di INN3SCO è sviluppare, convalidare e dimostrare l’integrazione delle reti satellitari non 3GPP con le reti centrali 5G (CN).
Le attuali specifiche 5G (versioni 15 e 16) consentono l’accesso a una CN 5G tramite reti non 3GPP con specifiche Network Functions (NF): N3IWF (Non-3GPP Inter-Working Function), TNGF (Trusted Non-3GPP Gateway Function), TWIF (funzione Trusted WLAN Inter-Working) e W-AGF (funzione Wireline Access Gateway).
Di conseguenza, vengono specificate modalità dedicate per l’uso combinato del collegamento multi-accesso (sia 3GPP che non-3GPP), denominate Access Traffic Steering, Switching and Splitting (ATSSS).
Queste funzioni attualmente consentono l’integrazione del 5G con Wi-Fi e modem a banda larga fissi, ma non con il satellite, quindi l’obiettivo di INN3SCO è quello di estendere l’applicabilità di queste funzioni a scenari significativi basati sul satellite, spaziando dai modem integrati SATCOM/5G per una migliore ridondanza e resilienza ai terminali satellitari IoT, considerando anche la connettività mobile a banda larga ai gateway residenziali per IPTV e servizi a banda stretta.
La validazione e la dimostrazione di una serie di casi d’uso selezionati viene effettuata su un banco di prova in tempo reale, dove è possibile eseguire e valutare applicazioni reali. L’obiettivo è creare una solida base per i piani di sviluppo e lo sfruttamento commerciale delle funzioni di accesso satellitare non 3GPP.
Sfide
La sfida principale di INN3SCO è adattare i metodi 5G per l’accesso non 3GPP (progettati e convalidati per le reti terrestri) agli ambienti satellitari. Le reti satellitari sono vincolate da caratteristiche fisiche peculiari e impegnative (ad esempio, ritardo), spesso fanno uso di tecnologie proprietarie e generalmente adattate per applicazioni e casi d’uso specifici.
Per affrontare questi problemi è necessario:
rielaborare le NF di accesso non 3GPP esistenti,
aggiornare i piani di controllo e gestione degli stack di protocolli satellitari per l’integrazione,
potenziare i meccanismi di multiaccesso ATSSS per tenere conto delle caratteristiche dei canali satellitari
Un’altra sfida significativa è dimostrare questi adattamenti in un banco di prova in tempo reale basato su soluzioni esistenti (open source).
Benefici
L’accesso a una rete 5G CN attraverso sistemi non 3GPP (e nello specifico via satellite) apre alla definizione di nuovi servizi a valore aggiunto, che ampliano significativamente la platea dei dispositivi 5G end-user e dei casi d’uso possibili.
I vantaggi specifici dell’accesso via satellite includono:
sfruttare i servizi di rete avanzati previsti dalle specifiche 3GPP e abilitati grazie alla definizione di network slice, Application Functions (AF), Multi-access/Mobile Edge Computing (MEC) e virtualizzazione,
sfruttare le caratteristiche chiave delle tecnologie di comunicazione satellitare (SATCOM), come la trasmissione e la copertura, per servizi multimediali ad hoc,
consentire configurazioni multi-link grazie alla presenza contemporanea di un accesso 3GPP e di un accesso non-3GPP nello stesso dispositivo, dove i due link disponibili possono essere utilizzati congiuntamente (per effettuare aggregazioni, failover, handover, ecc.)
Grazie all’allineamento con le specifiche 3GPP, la soluzione sviluppata può essere integrata in qualsiasi CN 5G basata su 3GPP, per offrire accesso basato su satellite non 3GPP agli operatori di rete mobile terrestre.
Caratteristiche
Un terminale ibrido personalizzato 5G/non-3GPP-SatCom o un’apparecchiatura utente (UE) 5G standard arricchita con interfacce aggiuntive non-3GPP verso una piattaforma SATCOM è il principale potenziale sottoprodotto di INN3SCO: può consentire l’accesso a una CN 5G tramite un’interfaccia aerea 3GPP terrestre (New Radio) e un’interfaccia aerea satellitare (non 3GPP) contemporaneamente o in alternativa.
Questo tipo di accesso multi-link può essere regolato dall’Access Traffic Steering, Switching and Splitting (ATSSSS) definito dal 3GPP, che è uno sviluppo del progetto specifico.
Queste nuove funzionalità consentono un contesto di applicabilità molto più ampio alle applicazioni 5G attuali e future, consentendo scenari di mobilità ampia/veloce (ad esempio, a bordo di automobili, treni, aerei o navi, ecc.), consentendo configurazioni ridondanti e resilienti per missioni mission-critical e casi d’uso ad alta disponibilità, maggiore affidabilità ed estensione della gamma per l’IoT, soluzioni trasparenti di passaggio di consegne, failover e offload, CDN e terminali assistiti da satellite per trasmissione e IPTV, ecc.
Architettura di sistema
Nell’architettura del banco di prova INN3SCO, il sottosistema centrale è il 5G CN, collegato a una rete dati (DN, ovvero Internet).
La CN si arricchisce di:
Un NF conforme a 3GPP, connesso al gateway SATCOM, chiamato S-AGF
Un terminale satellitare UE doppio 3GPP/non 3GPP, che può essere autenticato e autorizzato all’interno della CN su uno dei collegamenti di accesso disponibili
Procedure di segnalazione aggiuntive (conformi alla Rel-16) per supportare ATSSS al piano di controllo della CN
Il piano dati funziona per lo sfruttamento di ATSSS all’interno di UE e UPF (ovvero proxy MPTCP e ATSSS-LL)
Il sottosistema di accesso SATCOM, nelle configurazioni GEO, MEO o LEO-costellazione, utilizza la tecnologia reale e protocolli di segnalazione appartenenti all’operatore SATCOM (ad esempio, STARFISH di MBI).
Infine, il banco di prova è integrato con strumenti per il monitoraggio, il logging e la configurazione dei test (ad esempio, basati sulla piattaforma Prometheus/Grafana o sullo stack ELK – Elasticsearch, Logstash, Kibana).
L’interfaccia UE New Radio (NR) e RAN/gNB sono emulati e non sono soggetti a sviluppo durante il progetto.
Un interessante caso d’uso di riferimento è presentato nella figura seguente, che illustra un servizio B2B ad alta disponibilità utilizzando un gateway residenziale satellitare 5G dedicato (5G-RG) con accesso SATCOM (punto di riferimento Y4).
Risultati
Il progetto ha portato a diversi risultati:
- la realizzazione di un’apposita NF, chiamata S-AGF (Satellite-Access Gateway Function) e perfettamente integrata con una core network 5G. L’S-AGF ha permesso di minimizzare l’overhead di pacchetti in transito sulla piattaforma di accesso satellitare, rispetto ai già definiti accessi non-3GPP trusted o untrusted
- la realizzazione di MA-PDUs (ATSSS-LL e MPTCP) includendo tale S-AGF come accesso non-3GPP
- l’implementazione del QoS enforcement e di un efficiente user plane forwarding dei pacchetti
Pianificazione
La durata del progetto è di 24 mesi e sono previste tre tappe fondamentali:
Revisione del progetto di base (BDR, KO+6 mesi)
Revisione critica del progetto (CDR, KO+15 mesi)
Revisione finale (FR, KO+24 mesi)
Le attività tecniche sono organizzate in 4 Work Package principali:
Specificazione degli scenari target, dei casi d’uso operativi, delle tecnologie coinvolte e del banco di prova
Consolidamento delle specifiche tecniche, definizione dei requisiti di sistema, architettura, piani di sviluppo e validazione
Sviluppo, implementazione, integrazione e validazione del banco di prova in tempo reale
Valutazione delle prestazioni delle applicazioni reali (ad esempio voce, streaming video, download dati, ecc.) e valutazione critica dei risultati in prospettiva di uno sfruttamento commerciale della soluzione
Stato attuale
Il progetto è in corso, ma ha superato la FR con successo il 29 febbraio 2024.
Link ufficiale al progetto: https://connectivity.esa.int/projects/inn3sco
