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【5G架構】5G 核心網架構概述

2021-12-26 08:05:13 軟體設計

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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 核心網架構概述

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5G 核心網組成

網元全稱功能
AMFCore Access and Mobility Management Function核心接入和移動性管理功能
AUSFAuthentication Server Function鑒權服務器功能
NSSFNetwork Slice Selection Function網路切片選擇功能
UDMUnified Data Management統一資料管理功能(類似4G 中的 HSS)
SMFSession Management Function會話管理功能
UDPUser Plane Function用戶面功能
PCFPolicy Control Function策略控制功能(類似于4G中的 PCRF)
DNData Network資料網路,如運營商服務、互聯網接入或第三方服務
AFApplication Function應用功能
NEFNetwork Exposure Function網路開放功能
NRFNF Repository Function網元查詢功能
5G-EIR5G Equipment Identity Register5G 設備標識注冊功能
UDSFUnstructured Data Storage Function非結構化資料存盤功能
UDRUnified Data Repository統一資料存盤功能

其中,用戶面的UPF和控制面的 AMF和SMF是5G 核心網的關鍵節點:

  • UPF節點的功能
    • 資料分組路由和傳遞;
    • 外部網路路由;
    • QoS操作;
    • 資料分組檢查;
    • 業務測量(Traffic Measurements);
    • inter-RAT移動性錨點,

  • SMF節點的功能(SMF是LTE中MME和SGW、PGW中的會話管理功能的融合體)
    • 會話管理;
    • UE IP地址分配與管理;
    • UP 面功能選擇和控制;
    • 合法監聽,

  • AMF節點的功能(AMF是MME中除了會話管理功能以外的其他功能的集合)
    • 注冊管理;
    • 連接管理;
    • 可達性管理;
    • 移動性管理;
    • 鑒權,

5G 核心網 VS. LTE 核心網的變化

在這里插入圖片描述

變化一: 核心網和接入網解耦

接入網系統為用戶提供獨立的接入能力,它與部署場景、業務場景緊密相關,接入網追求的是讓用戶可以更高效、便利地接入網路
核心網系統為用戶多樣化的接入技術提供統一匯聚,它一方面為用戶業務服務,另一方面也為運營商業務編排服務,核心網追求的是可擴展和兼容性
上圖中可以看出,5GS 的接入網系統并非與 LTE 一樣只由一個制式的接入網技術組成,而是由 5G NR 接入網技術和演進后的 LTE接入網 E-UTRAN 組成,在 3GPP 中統稱為 NG-RAN,具體來講,演進后的 LTE 接入網的網路節點就是 NG-eNB,而5G 接入網網路節點就是 gNB,


變化二: 用戶面和控制面分離

5GS 的用戶面功能由部署于NG-RAN 和外部網路之間的UPF承擔UPF是 LTE SGW 和 PGW 用戶面功能的融合,相比LTE SGW+PGW 的用戶面結構更加簡潔、集中,UPF 的出現為SDN 和 NFV 技術的實作奠定了基礎,也為實作邊緣計算鋪平了道路,
用戶面和控制面分離使用戶面更具靈活性,可以提供更為個性化的路由服務,這也給降低時延奠定了基礎,


變化三: 基于服務的網路架構

上圖中的 “總線” 其實就是基于服務的網路架構思想,基于服務的網路架構是5G 核心網架構和設計思路的重要變化,所謂 “基于服務的” ,其核心思想是核心網設計重心在于對內、對外服務和功能的提供,解除網路功能與服務間的耦合性,從點對點通信模式改變為 “生產者” 和 “消費者” 之間的相互獨立關系


變化四: 對業務多樣性能力的增強

說到業務多樣性,大家一定會想到QoS,從3G系統以來,QoS都是移動通信系統中實作業務多樣性的核心技術,但是,隨著移動互聯網技術的發展,業務多樣性問題更加突出,傳統的QoS并不能滿足多樣化的業務需求,特別是在垂直業務場景中,其對網路的技術需求與傳統業務有天壤之別,因此,5G 中除了繼續對QoS體系進行增強以外,還引入了網路切片的概念
網路切片實質上是一種虛擬網路,5G 核心網可以根據特定的用戶需求,在物理層網路中虛擬出特定能力的網路,比如針對一般的eMBB場景,可以提供移動環境下的大帶寬接入;針對工業物聯網場景,降低對移動性的優化,加強可靠性、低時延的優化,這兩個虛擬網路對于用戶來說是完全隔離的兩個網路,但在物理上共用同一個核心網和接入網實作,這個關系類似于電腦上的虛擬機,基于同一套資源,虛擬機可以同時模擬多個不同且相互獨立的系統,但對于用戶來說,虛擬機之間完全隔離,網路切片技術為運營商提供了無限的商業可能,為運營商的業務形態創新奠定了基礎,



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