5GC核心网基本概念

ZTE 5G核心网基本概念
培训导引
5GC基本概念
5GC VNF特性 介绍
5G 时代
5GC U盘一键 开通介绍
5GC产品组网 介绍
5GC安装介绍
5GC数据配置 及调测经验
5GC部署演进 方案
5GC产品业务 流程介绍
5GC运维自动 化介绍
5G 时代
目录
5G核心网行业趋势 ZTE 5G核心网总体架构 ZTE 5G 核心网特色解决方案 ZTE 5G运营商合作与试验案例
PCF
Naf Nnrf
NRF
HPLMN
5G 时代
目录
5G核心网行业趋势 ZTE 5G核心网总体架构 ZTE 5G 核心网特色解决方案 ZTE 5G运营商合作与试验案例
ZTE 5GC 基于服务的架构
NF Service
网元
网络功能
•NE改为NF，NF可分为NF服务（VNFC） •服务是自包含的，可重复使用的，可独立扩展的 •按需编排和分布式部署
• 网络切片管理实现了切片的设 计、实例化、运行时业务保障 和退服的全生命周期管理，提 升运维效率。
网络切片实现了统一物理设施支撑多种垂直行业，逻辑隔离的网络切片 为不同应用场景提供SLA的NaaS服务。
Dev: 在线设计网络切片
NS Design
NS Verification
TOSCA HOT YANG …
传统的单体软件架构无法提供灵活服务
更加复杂的网络管理
5G核心网需要处理不同的接入技术
网络安全和隐私保护
更加广泛的应用和环境带来很多安全问题
更加开放的服务生态
需要开放平台快速、安全引入新业务
3GPP 5G标准进展
RReelelaesaes1e4 （14TR(）TR)
RReelleeaasese151（5P（hasPeh1a）se 1）
MME中鉴权功能
UPF
用户面功能
完成不同的用户面处理
SGW/PGW中用户面功能
PCF
策略控制功能 支持统一策略框架，提供策略规则
PCRF
NRF
网络存储功能
维护已部署NF的信息，处理从其他NF过来的 NF发现请求
N/A
NEF
网络开放功能
使内部或外部应用可以访问网络提供的信息或 业务，为不同的使用场景定制化网络能力
Point 1
Point2 Point3
Service 1
生产者
消费者
基于场景服务按需定制
eMBB URLLC
服务拆分
SBA 5GC
Protocol
VPN
... VRouter
CDN
LB
DPI
CDB
FW
Common Services
服务定制
DevOps
SDM Auth Amf-c
...
APP Services
SFs
标准NF
自定义NF
亮点：4S
Service
based
Stateless Network C/U plane
NF
Slicing Separation
目标：3A
Any
Access
Any
Where
Any
Service
5G核心网网络功能介绍
网络功能
AMF SMF
中文全称
功能描述
接入和移动性管理 完成移动性管理、NAS MM信令处理、NAS SM
2016
2017
2018
2019
2020
2021
阶段3完成 Non-standalone 5G-NR(Option 3)
阶段3完成 Standalone 5G-NR (Option 2)
Option 3 比 Option 2 提前了六个月
5G 时代
目录
5G核心网行业趋势 ZTE 5G核心网总体架构 ZTE 5G 核心网特色解决方案 ZTE 5G运营商合作与试验案例
N/A
5GC漫游架构- Home routed
NG CP
PCF
NEF NRF
Npcf
Nnef
Nnrf
Namf
Nsmf
AMF SMF
UDM NEF NRF
Nudm
Nnef
Nausf
Nsmf
AUSF SMF
Nnrf Npcf
PCF
N1
N2
N4 VPLMN
N4
UE
RAN
N3
UPF
N9
UPF
N6
Naf
AF
移动通信的趋势
1G
1980
模拟 语音
2G -100Kbps
3G/HSPA -100Mbps
4G /LTE -1Gbps
1990
数字 语音
2000
语音
数据
互联网
2010
数据
海量应用
高移动性
5G and Beyond–10G+bps
2020+
10-100x 带宽增长 移动互联网
大用户连接 物联网
5G将在3大领域多种场景提供连接服务
OpenStack, 等.)
云原生架构
• 服务化架构 • 控制面和用户面分离 • 无状态设计
按需的业务
• 灵活的网络切片 • 跨DC的灵活部署
端到端的编排
• SDN/NFV实现跨域资源和网络业 务的统一编排和管理
• 层次化的编排架构，结构清晰， 便于系统维护。
ZTE 5G核心网亮点与目标
CAF
NEF
服务化拆分原则及形式
拆分原则
Service Name
AMF拆分形式
Service Operations
服务化 Known Consumer(s)
可被消费 自包含
Namf_Communication
UEContextTransfer
N1MessageNotify N2InfoSubscribe ……
Service Logic
Stateless Load Balancer
Other NF 通用NF无状态设计原则
无状态设计
•有状态处理和无状态服务逻 辑解耦 •有状态本地缓存的轻量级上 下文，容纳更多数据
•无状态LB保证流量在无状态 服务之间更加平衡
LB
网络切片实现智能管道，满足多种应用场景需求
网络切片
Smart Home Video Monitoring Automatic Drive Smart Industry
编排和管理
编排 应用 平台 基础设施
网络切片亮点
• 统一的底层物理设施基础实现 了多种网络服务，降低了运营 商多个不同业务类型的建网成 本。
• 网络切片逻辑隔离可以实现业 务功能定制。
HPLMN
DN
5GC漫游架构- Local breakout with AF in VPLMN
NG CP
N1
UE
PCF
NEF NRF
Npcf
Nnef
Nnrf
Namf
AMF
Nsmf
SMF
AF
Naf
UDM NEF
Nudm Npcf
PCF
Nnef
Nausf
Nnrf
AUSF NRF
N2
N4
RAN
N3
UPF
Peer AMF SMF, SMSF, PCF, NEF SMF
可重用
Namf_EventExposure
Subscribe UnSubscribe Notify
NEF, SMF, PCF,
UDM
自管理
Namf_MobileTermination
EnableUEReachability
NEF, SMF, PCF, UDM
Local Context CDB子集，持续 CDB子集，持续 CDB全集，持续
Cache
时长最短
时长次之
时间长
弹性伸缩、可靠 最短 性恢复时长
次之
最长
性能
与CDB交互频繁， 次之 流程时延最长
最少
5GC 无状态设计原则
•使用独立数据层计算与存储的 分离，符合3GPP UDSF＆SDSF
•基于数据切片的数据复制和迁 移
RReelelaesae s1e6 （16Ph（aseP2h）ase 2）
需求定义
通用技术实施方案
接口定义
R15-Stage1
R15-Stage2 R15-Stage3
5G Evolution 5G 演进
Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4 Q1 Q2 Q3 Q4
eMBB
eMBB: 热点与高速率
视频/语音/互联网/视频电话 20Mbps速率的4K高清体验 @公路/铁路/村落/郊区/偏远地区
mMTC: 低功耗、高连接密度
mMTC
FTP/下载/超高清3D视频/VR/AR 100Mbps体验速率，峰值速率超过1Gbps @ 热点/室内/咖啡厅/办公室/体育场
NRF
PCF
UDM
FAF
AF
Ncaf
Nnef
Nnrf
Npcf
Nudm
Nfaf
Naf
Ncmf
Nausf
Namf
Nsmf
Ncdb
Nlrf
Nsmsf
CMF
AUSF
AMF
SMF
CDB
LIF
SMSF
UT Non3GPP
N2 N1 N2
N3IWF
N3
N3
N4
N6
UPF
DN
SGd
GMSC -SMS
UE
(R)AN
TCF
Procedure由多个为实现某项功能的Transaction构成；
Session lifecycle level
起始于UE会话建立，结束于UE会话结束。 Session 可以包含1个或多个Procedure 。
Transaction Procedure Session
不需要处理状态信息的VNFC是无状态的VNFC。 需要处理状态信息的VNFC可以实现为： 一个有状态的VNFC。 具有外部状态的无状态VNFC。
Policy Design
网络切片
uRLLC
URLLC: 低时延和高可靠性
监控、传感器、智慧城市 低功耗、低成本 100万连接每平方公里
车联网、工业控制、远程医疗
1ms时延@人工智能 接近100%的可靠性
5G核心网的5大核心挑战
5G核心网面临的挑战
支持多样的商业模式
从消费者市场拓展到工业和企业市场
提供灵活按需的业务
Design
Verify
Deploy
企业
分布式部署
Edge DC
Local DC
Central DC
服务化
eMBB 网络切片
AMF UDM
UPF
MQ
FW
HTTP ... DPI
URLLC 网络切片
AMF UDM
UPF
VPN
MQ
...
HTTP
企业网络切片
AMF UDM
UPF
MQ
FW
HTTP ... VPN
什么是无状态
Stateful vs Stateless
------Definition in ETSI
无状态设计
3 level of stateless
Transaction lifecycle level
起始于NF收到请求，结束于NF返回响应；
Procedure lifecycle level
超高宽带
10G+bps 峰值速率/用户
eMBB
动态的体验管理
5G
业务定义的连接 按需的移动性
mMTC
低功耗 大连接通信
100万连接/km2
uRLLC
高可靠 低时延通信
1ms时延
快速的流量转发
5G时代的网络必须按需满足业务的多样性和相应性能需求。
eMBB/URLLC/mMTC全新数字体验
eMBB: 无缝广域覆盖
N6
VPLMN
DN
HPLMN
5GC漫游架构- Local breakout with AF in HPLMN
NG CP
PCF
NEF NRF
Npcf
Nnef
Nnrf
Namf
AMF
Nsmf
SMF
N1
UE
N2
源自文库
N4
RAN
N3
UPF
N6
VPLMN
DN
UDM NEF
AF
Nudm Nausf
AUSF
Nnef Npcf
Cloud Database (UDSF/SDSF)
Stateless Service Local Cache
Stateful Service Local Cache
•Procedure 级无状态 •处理完成后，将数据存储在 CDB的上下文中，删除本地数 据
CDB
New scaled
Service Logic
功能
信令路由、安全锚点和安全上下文管理等
会话管理功能
完成会话管理、UE IP地址分配和管理、UP选 择和控制等
与4G网元对比
MME中NAS接入控制功能
MME+SGW+PGW中会话和承载 管理的控制面功能
UDM
统一数据管理 管理和存储签约数据、鉴权数据
HSS、SPR
AUSF
认证服务器功能 完成用户接入的身份认证功能
VM/Container
Storage
ZTE or 3rd party
Network
Service Assurance
MANO Orchestrator
VNFM
VIM/PIM
ZTE or 3rd party VIM
标准与开放
• 遵循 3GPP, ETSI NFV等标准 • 支持开放的架构与接口 (OPNFV,
5G 核心网解决方案整体架构
Big Data
MICT-OS
Open API
OSS
Monitoring
Policy
eMBB
Control Plane
NEF
5G Core Network
uRLLC
NRF
PCF
…
mMTC
AUSF
CMF
AMF
SMF
…
CDB
User Plane
UPF
TCF
Computing
•全网通信 •缩短网络路径
PDNGW
PCRF
MME
Serving GW
AMF SMF
…
PCF
UDM
服务化
•IP 地址
NRF
•FQDN
•支持的服务
•…
•NF服务到独立NRF注册/注销 •NRF和NF服务之间的状态检测 •NF服务自动管理，自动选择和自动扩展
•基于服务的接口 •生产者和消费者 •通信模式：P to P, P to M