https://www.kuazhi.com/post/712832790.html 前言5G 核心网（5GC）基本架构1. 5GC 的服务化架构（SBA）2. 5G 核心网的十大关键原则3. 不同场景下的网络架构3.1 非漫游参考架构3.2 漫游参考架构3.3 数据存储参考架构3.4 与 EPC 互通参考架构3.5 非 3GPP 接入参考架构 4. 基于服务的接口和参考点4.1 基于服务的接口4.2 参考点 总结 前言 本文旨在科普5G核心网相关知识，参考5G相关书籍《深入浅出：5G 移动通信标准与架构》及3GPP文章。 5G 核心网（5GC）基本架构 1. 5GC 的服务化架构（SBA） 什么是 SBA？就是服务化架构（SBA，Service Based Architecture），5G 核心网的控制面采用服务化架构设计。 初这样说起来可能大家还是不理解，看下图： 与以往有什么不同？以往是层级的拓扑网络结构，节点与节点之间是层级交错的网络关系，而且节点集成度很高，各种功能大包大揽，这样有它的好处，入网简单，但缺点也很明显：扩展性困难、升级困难，所以我们看到以前的核心网扩容，要么加新节点，要么在现有节点上升级，在现有节点上升级风险比较大，升级错误可能造成网络瘫痪，而且，升级只能在原硬件平台上进行。 而 SBA 架构则不同，由于将网络功能（NF）拆分了，而所有的 NF 又都通过接口接入到系统中，这样做得好处： 1、 负荷分担：相同的网络功能（NF）一起来承担和提供网络功能服务（NFS），负荷可以均衡分担。 2、 容灾：任何的网络功能（NF）出现故障，智能化的网络管理可以让它暂时退出服务，将服务转给其它相 同的网络功能（NF）上处理。 3、 扩容简单：只需要增加新的网络功能接入系统即可，丝毫不影响现网运行。 4、 升级容易：都是基于标准接口的接入，无论是硬件还是软件功能，需要推出新一代的，都可以直接接入， 旧的需要淘汰则直接退网。 5、 实现网络的开放能力，在标准接口下，其它系统也可以接入。 借鉴 IT 系统服务化的理念，通过模块化实现网络功能间的解耦和整合，各解耦后的网络功能（服务）可以独立扩容、独立演进、按需部署；各种服务采用服务注册、发现机制，实现了各自网络功能在 5G 核心网中的即插即用、自动化组网；同一服务可以被多种 NF 调用，提升服务的重用性，简化业务流程设计。SBA 设计的目标是以软 件服务重构核心网，实现核心网软件化、灵活化、开放化和智慧化。 SBA 的三大优点： 1、 拆分：网络功能独立，既可以独立自治，又能相互合作分担。 2、 直达：网络功能之间直达，不再需要像拓扑结构一样层级依赖，提高了传输效率。 3、 智能化：在服务的分配上实现智能化，区别于以往核心网需要每个网元进行详细配置入网，在 SBA 架构 下，注册、发现、状态检测都是自动化处理。 服务化架构关键技术点如下： （1）服务的提供通过生产者（Producer）与消费者（Consumer）之间的消息交互来达成。交互模式简化为两种：Request-Response、Subscribe- Notify，从而支持 NF 之间按照服务化接口交互， 1）Request-Response 模式下，NF_A（网络功能服务消费者）向 NF_B（网络功能服务生产者）请求特定的网络功能服务，服务内容可能是进行某种操作或提供一些信息；NF_B 根据 NF_A 发送的请求内容，返回相应的服务结果。 2）Subscribe-Notify 模式下，NF_A（网络功能服务消费者）向 NF_B（网络功能服务生产者）订阅网络功能服务。NF_B 对所有订阅了该服务的 NF 发送通知并返回结果。消费者订阅的信息可以是按时间周期更新的信息，或特定事件触发的通知（例如请求的信息发生更改、达到了阈值等）。 （2）实现了服务的自动化注册和发现。NF 通过服务化接口，将自身的能力作为一种服务暴露到网络中，并被其他 NF 复用；NF 通过服务化接口的发现获取拥有所需 NF 服务的其它 NF 实例。这种注册和发现是通过 5G 核心网引入的新型网络功能 NRF 来实现的： NRF 接收其它 NF 发来的服务注册信息，维护 NF 实例的相关信息和支 持的服务信息； NRF 接收其它 NF 发来的 NF 发现请求，返回对应的 NF 示例信息。 （3）采用统一服务化接口协议。 R15 阶段在设计接口协议时，考虑了适应 IT 化、虚拟化、微服务化的需求，目前定义的接口协议栈从下往上在传输层采用了 TCP，在应用层采用 HTTP/2.0 [3]，在序列化协议方面采用了 JSON，接口描述语言采用OpenAPI3.0， API 的设计方式采用 RESTFul。 采用 SBA 对 5G 演进的好处： 服务以比传统网元更精细的粒度运行，并且彼此松耦合，允许升级单个服务，而对其他服务的影响最小。每个服务可以通过轻量级服务接口直接与其他服务交互。基于服务化接口的架构可以轻松扩展，同时服务化接口是开放的接口，任何其他 NF 和业务应用，都可 以通过该接口使用 NF 5GC SBA 的这些优点，充分体现了网络架构的开放性，同时，各个 NF 之间松耦合，可以根据需要，增加或者修改 NF，而不会影响其他 NF；NF 之间采用轻量级的服务化接口，其他 NF 和业务应用很容易通过该接口调用 NF。该架构能够支持新业务的快速上线。5G 服务化架构是新一代移动核心网架构演进的起点，并将沿着该路线持续演进。 值得一提的是，和以往设备商驱动一项新技术标准不同，SBA 架构由中国移动牵头联合全球 14 家运营商及华为等 12 家网络设备商联合提出。这种基于“服务”的架构设计方式使得 5G 网络真正面向云化（Cloud Native）设计，具备多方面优点，如便于网络快速升级、提升网络资源利用率、加速网络新能力引入，以及在授权的情况下 开放给第三方等。 2. 5G 核心网的十大关键原则 5G 系统架构被定义为支持数据连接和服务，使部署能够使用诸如网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络(SDN)之类的技术。5G 系统架构应利用已识别的控制平面（CP）网络功能之间基于服务的交互。 十大关键原则和概念是： 1、 将用户平面（UP）功能与控制平面（CP）功能分开，允许独立的可扩展性，演进和灵活部署，例如集中位置或分布式（远程）位置。 2、 模块化功能设计，例如，以实现灵活和有效的网络切片。 3、 在适用的情况下，将流程（即网络功能之间的交互集）定义为服务，以便可以重复使用它们。 4、 如果需要，允许每个网络功能直接与其他 NF 交互。该体系结构不排除使用中间函数来帮助路由控制平面消息（例如像 DRA）。 5、 最小化接入网络（AN）和核心网络（CN）之间的依赖关系。 该架构由融合核心网络和共同的 AN-CN 接口定义，该接口集成了不同的接入类型，例如 3GPP 接入和非 3GPP 接入。 6、 支持统一的身份验证框架。 7、 支持“无状态”NF，其中“计算”资源与“存储”资源分离。 8、 支持网络能力对外开放（开放接口，非 3GPP 网络也可以接入）。 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 功能可以部署在接入网络附近。 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。 3. 不同场景下的网络架构 5G 核心网系统架构主要由网络功能（NF）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。这些网络功能的具体功能描述在第 6 章 5G 核心网的详细描述中讲解。 认证服务器功能（AUSF）接入和移动管理功能（AMF）数据网络（DN），例如运营商服务，互联网接入或第三方服务非结构化数据存储功能（UDSF）网络开放功能（NEF）网络存储库功能（NRF）网络切片选择功能（NSSF）控制策略功能（PCF）会话管理功能（SMF）统一数据管理（UDM）统一数据存储库（UDR）用户平面功能（UPF）应用功能（AF）用户设备（UE）接入网络（AN）或无线接入网（RAN）5G 设备识别寄存器（5G-EIR）安全边缘保护代理（SEPP）网络数据分析功能（NWDAF） 3.1 非漫游参考架构 基于服务接口的 5G 系统网络架构 上描述了非漫游参考架构，基于服务的接口在控制平面内使用。其中黄色部分为控制面的网络功能（NF）， 蓝色为用户面的网络功能，Nnssf 等为网络功能之间的接口。我们可以看到，在控制面功能中，接口已经不是传统 意义上的一对一，而是由一个总线结构接入，每个网络功能通过接口接入一个类似于计算机的总线结构，这个 5G 看似简单的变更，却为网络部署带来极大的便利，因为每个网络功能的接入或撤走，只需要按规范进行即可，而 不用顾及其它网络功能的影响，相当于总线建立了一个资源池。 基于参考点的 5G 系统网络架构 但同时，为了兼容以前的网络，也顺承了以前接口的概念，这里成为参考点（就是下图的 Nx）,如下图所示： 上图描述了非漫游情况下的 5G 系统架构，使用参考点表示，显示了各种网络功能如何相互作用。