5G移动通信技术
CONTENTS第五章5G核心网和接口协议5G核心网网络功能和架构 5G核心网用户面和控制面协议栈 5G其他功能架构 SDN NFV SDN/NFV和5G网络
05 5G核心网和接口协议 1.5G核心网网络功能和架构 核桃AI
5.1.1 5G核心网的原则
5G系统架构被定义为支持数据连接和服务，能够使用比如NFV(Network Functions Virtualization，网络 功能虚拟化)技术和SDN(Software Defined Network，软件定义网络)架构这样的信息技术，5G系统架构可 以确保各控制平面网络功能之间实现基于服务的无阻碍流畅交互。
5.1.3 5G核心网的网络功能
在AMF的单个实例中可以支持部分或全部AMF功能，无论网络功能的数量如何，UE和CN之间的每个接 入网络只有一个NAS接口实例，至少实现NAS安全性和移动性管理的网络功能之一。 除了上述AMF的功能之外，AMF还可以包括以下功能以支持非3GPP接入网络： (1) 支持N2接口与N3IWF(Non-3GPP InterWorking Function，非3GPP互操作功能)互操作。在该接口 上，可以不应用通过3GPP接入定义的一些信息(例如3GPP小区标识)和过程(例如与切换相关过程)， 并且可以应用不适用于3GPP接入的非3GPP接入特定信息。 (2) UE通过N3IWF支持NAS信令。由3GPP接入的NAS信令支持的一些过程可能不适用于不可信的非 3GPP(例如寻呼)接入。 (3) 支持对通过N3IWF连接的UE进行认证。 (4) 管理通过非3GPP接入连接或通过3GPP和非3GPP同时连接的UE的移动性、认证和单独的安全上下 文状态。 (5) 支持管理混合的RM(注册管理)上下文，该上下文对3GPP和非3GPP访问有效。 (6) 支持管理针对UE的专用CM(连接管理)上下文，用于通过非3GPP接入进行连接。
5.1.3 5G核心网的网络功能
2．UPF的主要功能 (1) 用于RAT(Radio Access Technology，无线接入技术)内或RAT间移动性的锚点； (2) 用于外部PDU与数据网络互连的会话点； (3) 分组数据路由和转发，例如支持上行链路分类器以将业务流路由到具体的数据网络实例，支持分支点以 支持多宿主的PDU会话； (4) 数据包检查，支持基于数据流模板的应用流程检测，也可以支持从SMF接收的可选PFD(Packet Flow Description，分组流描述)检测； (5) 用户平面部分策略规则实施，例如门控、重定向、流量转向； (6) 合法拦截； (7) 流量使用报告； (8) 用户平面的QoS处理，例如UL(上行)/DL(下行)速率控制、DL中的反射QoS标记等； (9) 上行链路流量验证，比如服务数据功能到QoS流量映射； (10) 对上行链路和下行链路中的传输数据进行分组标记； (11) 下行数据包缓冲和下行数据通知触发； (12) 将一个或多个“结束标记”发送和转发到源NG-RAN节点。 UPF通过提供与请求发送的IP地址相对应的MAC地址来响应ARP或IPv6邻居请求。在UPF的单个实例中可以支持 部分或全部UPF功能，井非所有UPF功能都需要在网络切片的用户平面功能的实例中得到支持。
5G核心网的十大关键原则如下： (1) 将UP功能与CP功能分开，允许独立扩展、演进和灵活部署，例如集中式扩展或分布式(远程)扩展； (2) 模块化功能设计，例如：实现灵活和有效的网络切片； (3) 支持统一的身份验证框架； (4) 在适用的情况下，将流程定义为服务，以便可以重复使用； (5) 支持网络能力对外开放，例如：开放接口，非3GPP网络也可以接入； (6) 如果需要，允许每个NF(Network Function，网络功能)直接与其它NF交互。该体系结构不排除使用 中间节点功能来帮助路由控制平面消息，例如像DRA(Diameter Routing Agent，路由代理节点)； (7) 支持“无状态”NF，其中“计算”资源与“存储”资源分离； (8) 最小化AN(接入网络)和CN(核心网络)之间的依赖关系，这种依赖关系由核心网络和共同的AN-CN 接口定义，该接口集成了不同的接入类型；
(9) 支持并发接入到本地和集中服务。为了支持低延迟服务接入到本地数据网络，UP功能可以部署在 AN附近；
(10) 支持漫游，包括归属路由区流量以及访问PLMN中的本地之外流量。
5.1.2 5G核心网架构解析
3GPP规范里规定了5G核心网最基本的网络架构— 基于服务接口的非漫游网络架构，如图所示。
图中描述了基于服务接口的非漫游参考架构中的控 制面和用户面，图中的网络功能单元将在5.1.3小节中 详细介绍。对比LTE架构有下面几个关键的变化：
(1) 相比传统的核心网，5G核心网中用网络功能代 替网络网元。
(2) 接口明显分成了两种，一种是基于服务的接口， 一种是基于参考点的功能接口。
(3) 在核心网控制平面内，接口基于服务，Nnssf、 Nnef、Nnrf等为网络功能之间的接口，这些接口的命 名都是在网络功能单元前面加上一个字母N。但是， 5GC与接入网的N2接口还是采用传统的功能对等接口 模式。
(4) 值得注意的是UE之间和AMF之间有一个接口N1， 这个接口在LTE网络架构中并不存在。
5.1.3 5G核心网的网络功能
5G核心网系统架构主要由NF(Network Function，网络功能)组成，采用分布式的功能，根据实际需要部署， 新的网络功能加入或撤出，并不影响整体网络的功能。 1．AMF的主要功能 (1) 终止RAN CP接口(N2)； (2) 终止NAS(N1接口)，对NAS进行加密和完整性保护； (3) 注册管理、连接管理、可达性管理、移动性管理； (4) 合法拦截； (5) 在UE和SMF之间传输SM(会话管理)消息； (6) 接入身份验证，接入授权； (7) 在UE和SMSF(短消息服务功能)之间提供传输SMS(短消息服务)消息的功能； (8) 安全锚功能； (9) 用于监管的定位服务管理； (10) 为UE和位置管理功能之间以及RAN和位置管理功能之间传输位置服务消息； (11) 当与EPS(演进分组系统)互通时，分配EPS承载的ID； (12) UE移动事件通知。