5G核心网络架构和组件描述

5G对于移动网络运营商来说是一个分水岭事件。它是数字化转型的高潮，使网络运营商能够在物联网 （IoT） 世界中提供广泛的增值服务和功能，并获得临界质量。

在今天的专栏中，我将深入探讨新的 5G 核心网络架构和组件描述。与所有新技术一样，引入了大量新的助记符，我将尽我所能对它们进行定义。

5G核心网基础

5G 基础技术涉及网络功能虚拟化 （NFV） 和软件定义网络 （SDN）。NFV 虚拟化网络功能，从而显着提高针对流量负载和服务类型扩展网络功能的能力。SDN 提供了一种机制，通过该机制可以有效且高效地执行流量划分、服务质量和网络管理。

5G 由 3GPP 工作组使用基于服务的架构定义。每个网络功能 （NF） 由 NF 提供的服务定义。还定义了一个参考点表示，它显示了任何两个网络功能之间的交互。该架构由 ETSI 技术规范 23.501“5G 系统的系统架构”管理。

5G核心网架构

下图1展示了基于5G非漫游服务的系统架构。

图 1。5G系统架构

图 2 显示了网络功能如何相互交互。

图 2。5G 参考点表示

用户设备 （UE） 块是使用网络的 5G 设备。无线电接入网络 （RAN） 在本系列的第 1 部分和第 2部分中进行了介绍，因此我们不会在此处进行介绍，而是专注于 5G 核心网络。

网络切片选择功能 （NSSF） 基于 UE 附着期间提供的信息选择网络切片实例 （NSI）。一组接入和移动性管理功能 （AMF） 基于 UE 可以访问的切片提供给 UE。网络暴露功能（NEF）暴露了整个 5G 核心网络服务和能力。

网络存储库功能 （NRF） 维护网络功能配置文件并在切片内执行服务发现。

核心网络 （CN） 的三个主要网络功能是接入和移动管理功能 （AMF）、会话管理功能 （SMF） 和用户平面功能 （UPF）。这些功能处理通过核心网络的移动性管理、应用会话管理和应用内容流。

在 5G 中创建切片

网络切片被定义为移动网络中端到端的逻辑通信网络，包括核心网络、控制平面、用户平面功能和 5G 接入网络。移动运营商打算使用这些网络切片为租户提供隔离的服务应用程序，就像云提供商出售他们的计算、存储和内存资源一样。

这个想法是客户将为他们想要在网络切片上运行的应用程序提供他们的带宽、容量和延迟要求。移动运营商根据当前的网络状态和负载进行需求分析，创建服务级别协议，并为切片分配必要的容量和带宽。创建切片后，租户使用网络切片运行他们的应用程序，他们可以确信网络切片将遵守服务级别协议。

5G核心运营

网络操作从用户设备 （UE） 与网络的连接管理开始。接入网选择一个AMF来接收UE注册请求。UE 请求消息包括网络切片选择辅助信息 （NSSAI），它帮助核心网络确定服务 AMF 或是否应使用默认 AMF。为请求提供服务的 AMF 可以查询统一数据管理 （UDM） 以获取 UE 订阅信息，其中包括它们可用的网络切片。如果 AMF 中的 UE 上下文没有与所请求的访问类型对应的切片访问信息，则 AMF 会查询 NSSF 以获取对 UE 切片信息的访问权限。一旦 UE 连接完成，就可以使用相同的 AMF，或者将 UE 切换到不同的 AMF。

一旦连接，UE 使用 N1 接口通过可访问切片内的会话管理功能 （SMF） 执行应用会话建立。5G架构将控制面功能与用户面功能完全分离。SMF 使用 N4 执行用户平面会话建立。在控制面完成会话建立后，AMF通过N2接口提示RAN与UE进行接入网资源建立。一旦接入网络资源建立，RAN 通过 N2 向 AMF 发送会话建立响应。这会导致 AMF 向 SMF 发送 PDU 会话更新消息，从而导致 SMF 和 UPF 之间的会话更新交换。

再加上机动性的复杂性。当 UE 移动时，可能会发生从一个天线到另一个天线的切换。为了支持确保新 RAN 位置具有切片信息的能力，网络切片选择辅助信息也是移动性信令的一部分。这使新的 RAN 节点能够无缝支持 UE 正在其中进行通信的活动切片。

例如，假设我们的 UE 处于活动状态，并且有两个活动切片，每个切片上都运行会话。当前的RAN节点切换准备开始。该 RAN 节点向 AMF 发送“需要切换”消息。AMF 将带有 PDU 会话信息和网络切片信息的切换请求发送到新的 RAN 节点。然后，新的 RAN 节点以接受和失败的 PDU 会话列表进行响应。收到后，AMF 将切换命令发送到旧 RAN 节点，从而进行转换。请注意，切换并不能保证所有活动会话都将得到维护——这是新 RAN 节点的能力和访问权限的函数。

最后的想法

向 5G 演进可以说是移动运营商曾经尝试过的最大的事业。正如您现在所知道的，所有服务和消息传递接口都需要支持切片，并且需要核心网络架构中的新功能来管理和保护网络切片。它不会一蹴而就，但当 5G 核心网络开始推出时，它将成为数字化转型和我们新的物联网无处不在的世界的巨大催化剂。

审核编辑：郭婷