5G核心網絡架構和組件說明

5G是移動網絡運營商的分水嶺。它是數字化轉型的高潮，使網絡運營商能夠在物聯(lián)網（IoT）世界中提供各種增值服務和功能，而物聯(lián)網（IoT）世界正在獲得臨界質量。

將深入探討新的 5G 核心網絡架構和組件說明。與所有新技術一樣，引入了大量新的助記符，我將盡力定義它們。

5G核心網基礎

5G 基礎技術涉及網絡功能虛擬化 （NFV） 和軟件定義網絡 （SDN）。NFV 虛擬化了網絡功能，顯著提高了針對流量負載和服務類型擴展網絡功能的能力。SDN 提供了一種機制，通過該機制可以有效且高效地執(zhí)行流量分區(qū)、服務質量和網絡管理。

5G 由 3GPP 工作組使用基于服務的架構進行定義。每個網絡功能 （NF） 由 NF 提供的服務定義。還定義了參考點表示，用于顯示任意兩個網絡功能之間的交互。該架構受 ETSI 技術規(guī)范 23.501“5G 系統(tǒng)的系統(tǒng)架構”管轄。

5G核心網架構

下面的圖 1 顯示了基于 5G 非漫游服務的系統(tǒng)架構。

圖1.5G系統(tǒng)架構

圖 2 顯示了網絡功能如何相互交互。

圖2.5G 參考點表示

用戶設備 （UE） 塊是使用網絡的 5G 設備。無線接入網 （RAN） 在本系列的第1 部分和第2部分中進行了介紹，因此我們不會在此處介紹它，而是重點介紹 5G 核心網絡。

網絡切片選擇功能（NSSF）根據UE連接期間提供的信息選擇網絡切片實例（NSI）。根據UE有權訪問的切片，向UE提供一組訪問和移動管理功能（AMF）。網絡開放功能（NEF）公開了5G核心網的整體服務和能力。

網絡存儲庫功能 （NRF） 維護網絡功能配置文件并在切片中執(zhí)行服務發(fā)現。

核心網 （CN） 的三個主要網絡功能是訪問和移動管理功能 （AMF）、會話管理功能 （SMF） 和用戶平面功能 （UPF）。這些功能處理移動管理、應用程序會話管理和通過核心網絡的應用程序內容流。

在 5G 中創(chuàng)建切片

網絡切片是指移動網絡內的端到端邏輯通信網絡，包括核心網、控制面、用戶面功能和5G接入網。移動運營商打算使用這些網絡切片為租戶提供隔離的服務應用程序，就像云提供商出售其計算、存儲和內存資源一樣。

這個想法是，客戶將為要在網絡切片上運行的應用程序提供帶寬、容量和延遲要求。移動運營商根據當前網絡狀態(tài)和負載執(zhí)行需求分析，創(chuàng)建服務級別協(xié)議，并為切片分配必要的容量和帶寬。創(chuàng)建切片后，租戶使用網絡切片運行其應用程序，他們可以確保網絡切片將遵守服務級別協(xié)議。

5G核心網運營

網絡操作從用戶設備（UE）與網絡的連接管理開始。接入網絡選擇AMF接收UE注冊請求。UE 請求消息包括網絡切片選擇輔助信息 （NSSAI），可幫助核心網絡確定服務 AMF 或是否應使用默認 AMF。為請求提供服務的 AMF 可以查詢統(tǒng)一數據管理 （UDM） 以獲取包含可供其使用的網絡切片的 UE 訂閱信息。如果 AMF 中的 UE 上下文沒有與所請求的訪問類型對應的切片訪問信息，AMF 將查詢 NSSF 以獲取對 UE 切片信息的訪問權限。UE 連接完成后，可以使用相同的 AMF，或者可以將 UE 移交給不同的 AMF。

連接后，UE 使用 N1 接口通過可訪問切片中的會話管理功能 （SMF） 執(zhí)行應用程序會話建立。5G架構將控制面功能與用戶面功能完全分離。SMF 使用 N4 執(zhí)行用戶平面會話建立。在控制平面中完成會話建立后，AMF 使用 N2 接口提示 RAN 使用 UE 執(zhí)行接入網絡資源設置。建立接入網絡資源后，RAN 將通過 N2 將會話發(fā)送回 AMF 的建立響應。這會導致 AMF 向 SMF 發(fā)送 PDU 會話更新消息，從而導致 SMF 和 UPF 之間的會話更新交換。

除此之外，移動性的復雜性。當UE傳輸時，可能會發(fā)生從一個天線到另一個天線的切換。為了支持確保新RAN位置具有切片信息的功能，網絡切片選擇輔助信息也是移動信號的一部分。這使新的RAN節(jié)點能夠無縫支持UE正在通信的活動切片。

例如，假設我們的UE處于活動狀態(tài)，并且有兩個活動切片，每個切片上運行會話。當前 RAN 節(jié)點切換準備工作開始。此 RAN 節(jié)點向 AMF 發(fā)送“需要切換”消息。AMF 向新的 RAN 節(jié)點發(fā)送切換請求，其中包含 PDU 會話信息和網絡切片的信息。然后，新的 RAN 節(jié)點使用已接受和失敗的 PDU 會話列表進行響應。收到后，AMF 將切換命令發(fā)送到舊的 RAN 節(jié)點，該節(jié)點進行轉換。請注意，切換并不能保證將維護所有活動會話 - 這是新RAN節(jié)點的功能和訪問的功能。

結語

向5G的演進可以說是移動運營商有史以來嘗試過的最大任務。如您所知，所有服務和消息傳遞接口都需要具有切片感知能力，并且需要核心網絡架構中的新功能來管理和保護網絡切片。它不會在一夜之間到來，但當5G核心網絡開始推出時，它將成為數字化轉型和我們新的物聯(lián)網無處不在世界的巨大催化劑。

審核編輯：郭婷