5G核心网络架构和组件说明

5G是移动网络运营商的分水岭。它是数字化转型的高潮，使网络运营商能够在物联网（IoT）世界中提供各种增值服务和功能，而物联网（IoT）世界正在获得临界质量。

将深入探讨新的 5G 核心网络架构和组件说明。与所有新技术一样，引入了大量新的助记符，我将尽力定义它们。

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 虚拟化了网络功能，显著提高了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分区、服务质量和网络管理。

5G 由 3GPP 工作组使用基于服务的架构进行定义。每个网络功能 （NF） 由 NF 提供的服务定义。还定义了参考点表示，用于显示任意两个网络功能之间的交互。该架构受 ETSI 技术规范 23.501“5G 系统的系统架构”管辖。

5G核心网架构

下面的图 1 显示了基于 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。无线接入网 （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介绍它，而是重点介绍 5G 核心网络。

网络切片选择功能（NSSF）根据UE连接期间提供的信息选择网络切片实例（NSI）。根据UE有权访问的切片，向UE提供一组访问和移动管理功能（AMF）。网络开放功能（NEF）公开了5G核心网的整体服务和能力。

网络存储库功能 （NRF） 维护网络功能配置文件并在切片中执行服务发现。

核心网 （CN） 的三个主要网络功能是访问和移动管理功能 （AMF）、会话管理功能 （SMF） 和用户平面功能 （UPF）。这些功能处理移动管理、应用程序会话管理和通过核心网络的应用程序内容流。

在 5G 中创建切片

网络切片是指移动网络内的端到端逻辑通信网络，包括核心网、控制面、用户面功能和5G接入网。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，就像云提供商出售其计算、存储和内存资源一样。

这个想法是，客户将为要在网络切片上运行的应用程序提供带宽、容量和延迟要求。移动运营商根据当前网络状态和负载执行需求分析，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其应用程序，他们可以确保网络切片将遵守服务级别协议。

5G核心网运营

网络操作从用户设备（UE）与网络的连接管理开始。接入网络选择AMF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），可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） 以获取包含可供其使用的网络切片的 UE 订阅信息。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，AMF 将查询 NSSF 以获取对 UE 切片信息的访问权限。UE 连接完成后，可以使用相同的 AMF，或者可以将 UE 移交给不同的 AMF。

连接后，UE 使用 N1 接口通过可访问切片中的会话管理功能 （SMF） 执行应用程序会话建立。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。在控制平面中完成会话建立后，AMF 使用 N2 接口提示 RAN 使用 UE 执行接入网络资源设置。建立接入网络资源后，RAN 将通过 N2 将会话发送回 AMF 的建立响应。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。

除此之外，移动性的复杂性。当UE传输时，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功能，网络切片选择辅助信息也是移动信号的一部分。这使新的RAN节点能够无缝支持UE正在通信的活动切片。

例如，假设我们的UE处于活动状态，并且有两个活动切片，每个切片上运行会话。当前 RAN 节点切换准备工作开始。此 RAN 节点向 AMF 发送“需要切换”消息。AMF 向新的 RAN 节点发送切换请求，其中包含 PDU 会话信息和网络切片的信息。然后，新的 RAN 节点使用已接受和失败的 PDU 会话列表进行响应。收到后，AMF 将切换命令发送到旧的 RAN 节点，该节点进行转换。请注意，切换并不能保证将维护所有活动会话 - 这是新RAN节点的功能和访问的功能。

结语

向5G的演进可以说是移动运营商有史以来尝试过的最大任务。如您所知，所有服务和消息传递接口都需要具有切片感知能力，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。它不会在一夜之间到来，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世界的巨大催化剂。

审核编辑：郭婷