博主未授權任何人或組織機構轉載博主任何原創文章，感謝各位對原創的支持！
博主鏈接

本人就職于國際知名終端廠商，負責modem芯片研發，
在5G早期負責終端資料業務層、核心網相關的開發作業，目前牽頭6G算力網路技術標準研究，


博客內容主要圍繞：
5G協議講解
算力網路講解（云計算，邊緣計算，端計算）
高級C語言講解
Rust語言講解

5G 核心網——基于服務的網路架構

5G 除了滿足人與人之間的通信，更重要的目標是萬物互聯，4G 已經改變了人類的生活方式，5G 將改變社會的生產模式

5G 為什么要引入SBA（service-based System Architecture）

5G 的主要三大場景 eMBB、mMTC、uRLLC源于現代社會化人類活動、作業、娛樂等方面日新月異的需求的爆發式增長，這些涉及人類活動的各行各業被稱為垂直行業，由垂直行業必然催生出所謂的萬物互聯的巨大需求，為了滿足5G 萬物互聯的需求，通信人致力于對貫穿于 5G 網路的基站、核心網、編排管理、傳輸等各部分的實作，對于核心網而言，基于傳統CT思維的設計模式顯然已經不足以面向未來，因此，5G 核心網設計成更方便、更靈活引入垂直行業的架構，這就是我們提到的基于服務的網路架構（SBA），

如何理解 SBA

首先，我們需要了解兩個IT的概念，云原生和微服務，基于服務的網路架構在很大程度上借鑒了IT領域的這兩個設計思維，
眾所周知，傳統的網元是一種緊耦合的黑盒設計，NFV 從黑盒設備中解耦出網路功能軟體，但解耦之后的軟體依然是 “大塊頭” 的單體式架構，需要進一步分解成細粒度化的模塊組織，并通過開放API來實作集成，以提升應用開發的整體敏捷性和彈性，因此，IT界提出了基于云原生的設計原則，
云原生是一種思想的集合，包括DevOps、持續交付（Continuous Delivery）、微服務（MicroServices）、敏捷基礎設施（Agile Infrastructure）、康威定律（Conways Law）等，
微服務就是指單體式架構（Monolithic）拆分成多個粒度更小的服務，微服務之間通過API互動，且每個微服務獨立于其他服務進行部署、升級、擴展，可在不影響客戶使用的情況下頻繁更新正在使用中的應用，
所以，簡單來講，基于服務的網路架構=網路功能服務+基于服務的介面，它將傳統網元轉換為網路功能（NF），然后NF被分解為多個網路功能服務，并通過基于服務的介面來展現其功能，因此，網路功能服務可以被授權的NF靈活使用，

協議中關于5GC的描述

👇基于服務介面的網路架構

👇基于參考點的網路架構

在TS 23.501-4.2.3中對5G 核心網架構進行了介紹，與LTE不同的是，協議分別從基于服務的介面和參考點關系兩個角度來描述核心網架構，如上圖，基于參考點的網路架構可以比較清晰地看到功能節點之間的連接關系和介面，基于服務的網路架構可以更清晰的看到核心網網路功能之間的服務供給關系，用一個類似 “總線” 的結構簡化了介面設計，充分體現了網路功能服務和基于服務的介面的概念，

SBA 的特征和優勢

特征一：傳統網元拆分

伴隨著虛擬化技術在電信領域的運用，傳統意義上的核心網網元實作了軟硬體解耦，軟體部分被稱為網路功能，3GPP 定義的服務化結構將一個網路功能進一步拆分成若干個自包含、自管理、可重用的網路功能服務（NF Service），這些網路功能之間相互解耦，具備獨立升級、獨立彈性的能力，具備標準介面與其他網路功能服務互通，并且可通過編排工具、根據不同的需求進行編排和實體化部署，這種網元拆分與我們經常談論的云原生或微服務架構有著相似的概念，而3GPP 進行了標準化定義，并未每個5G 網路功能定義了一組具備對外互通標準介面的網路功能服務，

特征二：網路功能服務自動化管理

網路功能被拆分成若干個網路功能服務后，工程師會從面對幾個網元轉向面對幾十個網路功能服務，如果仍然依靠手工維護方式，則困難極大，因此，5G 核心網的網路功能服務需要能夠做到自動化管理，網路存盤功能（NRF Network Repository Function）就是這樣一個網路功能，NRF支持以下幾個重要功能：

• 網路功能服務的自動注冊、更新和去注冊：
  每個網路功能服務在開機時會自動向NRF注冊本服務的 IP 地址、域名、支持的能力等相關資訊，在資訊變更后會自動同步到NRF，在下電時向NRF進行去注冊，NRF需要維護整個網路所有的網路功能服務的實時資訊，類似一個網路功能服務實時倉庫；
• 網路功能服務的自動發現和選擇：
  在5G 核心網中，每個網路功能服務都會通過NRF來尋找合適的對端服務，而不是依賴于本地配置方式固化通信對端，NRF 會根據當前資訊向請求者回傳對應的回應者網路功能服務串列，供請求者進行選擇，這種方式一定程度上類似于DNS 機制，從而實作網路功能服務的自動發現和選擇；
• 網路功能服務的狀態檢測：
  NRF可以與各網路功能服務之間進行雙向定期狀態檢測，當某個網路功能服務例外時，NRF 將例外狀態通知到與其相關的網路功能服務；
• 網路功能服務的認證授權：
  NRF作為管理類網路功能，需要考慮網路安全機制，以防止被非法網路功能服務劫持業務，

特征三：網路通信路徑優化

傳統核心網的網元之間有固定的通信鏈路和通信路徑，例如上圖，在4G 中用戶的位置資訊必須從無線基站上報給MME，然后由MME通過 S-GW傳遞給 P-GW，最終傳遞給PCRF物體進行策略的更新，
而在5G 核心網服務化架構下，各網路功能服務之間可以根據需求任意通信，極大地優化了通信路徑，同樣以用戶位置資訊策略為例，PCF物體可以提前訂閱用戶位置資訊變更事件，當AMF 中的網路功能服務檢測到用戶位置資訊變更后，發布用戶位置資訊變更事件，PCF 可以直接實時接收到該事件，無須其它網路功能服務進行中轉，

特征四：網元間通信機制優化

傳統核心網網元之間的通信遵循請求者和回應者的點對點模式，這是一種相互耦合的傳統模式，5G 核心網架構下的網路功能服務間通信機制進一步解耦為生產者和消費者模式，生產者發布相關能力，并不關注消費者是誰、在什么地方，消費者訂閱相關能力，并不關注生產者是誰、在什么地方，這是一種從IT也借鑒過來的通信模式，非常適用于通信雙方的介面解耦，

總結

根據上面的描述，基于服務的網路架構相比傳統的網路架構有很多的優點，

• 微服務架構將原來 “大而統” 的核心網節點劃分為 “小而專” “低耦合” “高度自治” “單一職責” 的服務模塊；
• 而且充分考慮核心網未來功能的擴展，利用類似 “總線” 的方式相互連接，并使用 API 介面提供對外統一的服務；
• 此外，節點間的通信輕量化，節點間通信采用 “與平臺無關” “與語言無關” 的統一介面和通信語言，使功能的增加無介面和語言障礙（采用 HTTP 2.0），