5GC核心网基本概念
5G学习总结_5G网络整体架构及功能
5G网络整体架构及功能1、5G网络的整体架构5G的网络架构主要包括5G接入网和5G核心网,其中NG-RAN代表5G 接入网，5GC代表5G核心网。
2、5G接入网(NG-RAN)5G接入网主要包含一下两个节点：gNB: 为5G网络用户提供NR的用户平面和控制平面协议和功能ng-eNB：为4G网络用户提供NR的用户平面和控制平面协议和功能其中gNB和gNB之间，gNB和ng-eNB之间，ng-eNB和gNB之间的接口都为Xn接口2.1、gNB和ng-eNB的主要功能1、无线资源管理相关功能：无线承载控制，无线接入控制，连接移动性控制，上行链路和下行链路中UE的动态资源分配（调度）2、数据的IP头压缩，加密和完整性保护3、在用户提供的信息不能确定到AFM的路由时，为在UE在附着的时候选择到AMF路由;4、将用户平面数据路由到UPF5、提供控制平面信息向AMF的路由6、连接设置和释放7、寻呼消息的调度和传输8、广播消息的调度和传输9、移动性和调度的测量和测量报告配置10、上行链路中的传输级别数据包标记;11、会话管理13、QoS流量管理和无线数据承载的映射14、支持处于RRC_INACTIVE状态的UE15、NAS消息的分发功能16、无线接入网络共享17、双连接18、支持NR和E-UTRA之间的连接3、5G核心网（5GC）5G的核心网主要包含以下几部分：AMF：主要负责访问和移动管理功能(控制面)UPF：用于支持用户平面功能SMF：用于负责会话管理功能3.1、AMF的主要功能1、NAS信令终止2、NAS信令安全性3、AS安全控制4、用于3GPP接入网络之间的移动性的CN间节点信令5、空闲模式下UE可达性（包括控制和执行寻呼重传）6、注册区管理7、支持系统内和系统间的移动性8、访问认证、授权，包括检查漫游权9 、移动管理控制10、SMF（会话管理功能）选择3.2、UPF的主要功能1、系统内外移动性锚点2、与数据网络互连的外部PDU会话点3、分组路由和转发4、数据包检查和用户平面部分的策略规则实施5、上行链路分类器，支持将流量路由到数据网络6、分支点以支持多宿主PDU会话7、用户平面的QoS处理，例如，包过滤，门控，UL / DL速率执行8、上行链路流量验证（SDF到QoS流量映射）9、下行链路分组缓冲和下行链路数据通知触发3.3、SMF的主要功能1、会话管理2、UE IP地址分配和管理3、选择和控制UP功能4、配置UPF的传输方向，将传输路由到正确的目的地5、控制政策执行和QoS的一部分6、下行链路数据通知3.4、各个逻辑节点的主要功能图5G接入网和5G核心网之间的功能划分。
5G核心网基础知识
目录
• 5G核心网概述 • 5G核心网关键技术 • 5G核心网协议栈与接口 • 5G核心网部署与演进 • 5G核心网安全与挑战 • 5G核心网应用与前景
01
5G核心网概述
5G核心网定义与特点
定义
5G核心网是第五代移动通信网络 的核心组成部分，负责提供高速、 低时延、大连接等特性的网络服
谢谢观看
协议栈组成及功能
控制面协议栈
包括NGAP（Non-Access Stratum Protocol for 5G）、NAS（Non-Access Stratum）等协议，用于实现网络接入、移动性管理、会话管理等功能。
用户面协议栈
包括GTP-U（GPRS Tunnelling Protocol for User Plane）、UDP/IP（User Datagram Protocol/Internet Protocol）等协议，用于实现用户数据传输。
控制面与用户面分离
边缘计算
5G核心网支持边缘计算，将部分计算 任务下沉到网络边缘，降低数据传输 时延。
5G核心网将控制面与用户面分离，降 低网络复杂性，提高网络效率。
5G核心网与4G核心网对比
架构差异
时延优化
5G核心网采用服务化架构，而4G核心网主要 采用一体化架构。
5G核心网通过优化网络协议和架构，降低数 据传输时延，而4G核心网在时延方面相对较 高。
连接能力
业务支持
5G核心网支持海量设备连接，满足物联网等 应用场景的需求，而4G核心网在连接能力上 相对较弱。
5G核心网支持更多样化的业务类型和服务模 式，如超高清视频、虚拟现实等，而4G核心 网在业务支持上相对有限。
02
5G核心网关键技术
5G 核心网的构架和基础概念
5G 核心网的构架和一些基础概念上期我们说到5G无线接入网络架构，主要包括5G 接入网和5G 核心网，其中NG-RAN 代表5G 接入网，5GC 代表5G 核心网。
还是这张图：5G核心网主要包括哪些呢？先说一下关键的AMF，SMF，UPFAMF：全称Access and Mobility Management Function，接入和移动管理功能，终端接入权限和切换等由它来负责。
SMF：全称Session Management Function，会话管理功能，提供服务连续性，服务的不间断用户体验，包括IP地址和/或锚点变化的情况。
UPF：全称User Plane Function，用户面管理功能，与UPF关联的PDU会话可以由（R）AN节点通过（R）AN和UPF之间的N3接口服务的区域，而无需在其间添加新的UPF或移除/重新- 分配UPF。
我们看一下5G的系统构架图：AMF\SMF\UPF 处于主体的作用。
非漫游状态下的过程AMF承载以下主要功能：接入和移动管理功能（AMF）包括以下功能。
在AMF的单个实例中可以支持部分或全部AMF功能：▪-终止RAN CP接口（N2）。
▪-终止NAS（N1），NAS加密和完整性保护。
▪-注册管理。
▪-连接管理。
▪-可达性管理。
▪-流动性管理。
▪-合法拦截（适用于AMF事件和LI系统的接口）。
▪-为UE和SMF之间的SM消息提供传输。
▪-用于路由SM消息的透明代理。
▪-接入身份验证。
▪-接入授权。
▪-在UE和SMSF之间提供SMS消息的传输。
▪-安全锚功能（SEAF）。
▪-监管服务的定位服务管理。
▪-为UE和LMF之间以及RAN和LMF之间的位置服务消息提供传输。
▪-用于与EPS互通的EPS 承载ID分配。
▪-UE移动事件通知。
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，终止于至少实现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：-支持N2接口与N3IWF。
5G核心网基本概念
5G核心网协议
5G核心网协议 是5G网络的核 心组成部分负 责管理和控制 5G网络的运行。
5G核心网协议 主要包括：用 户面协议（Uplne）和控制 面协议（C-
plne）。
用户面协议负 责用户数据的 传输和处理控 制面协议负责 网络资源的管
理和调度。
5G核心网协议 还支持多种接 入技术如LTE、 Wi-Fi等实现 多种接入技术 的融合和协同。
智能交通
车联网：实现 车辆与车辆、 车辆与基础设 施之间的实时
通信
自动驾驶：通 过5G网络实现 车辆自动驾驶 提高驾驶安全
性和效率
交通管理：实 时监控交通流 量实现交通信 号灯智能调控 提高道路通行
效率
公共交通：实 现公交车、地 铁等公共交通 工具的实时调 度和监控提高 服务质量和效
率
虚拟现实与增强现实
5G核心网架构
5G核心网分为控制面和用 户面
控制面负责信令处理和资 源管理
用户面负责数据传输和用 户服务
5G核心网采用服务化架构 实现网络功能虚拟化
5G核心网支持网络切片实 现网络资源的灵活分配
5G核心网支持边缘计算实 现数据就近处理和低延迟 传输
5G核心网特点
高速率：5G核心网支持更高的数据 传输速率满足未来数据传输需求。
5G核心网是6G网络的基础6G网络将在5G核心网的基础上进行扩展和升级。 5G核心网将支持6G网络的高速率、低延迟、高可靠性等特性。 5G核心网将支持6G网络的大规模连接实现万物互联。 5G核心网将支持6G网络的智能化、自动化和自主化实现网络自治。
5G核心网未来发展方向
网络切片 技术：实 现网络资 源的灵活 分配和优 化
边缘计算： 提高数据 处理效率 降低网络 延迟
5G核心网基础总结
NFV架构1.NFVI层FusionSphere将服务器，存储的物理资源进行虚拟化。
VIM：华为产品FusionSphere OM(FM)，负责虚拟化资源管理PIM：华为产品eSight，负责硬件管理eSight汇聚硬件告警，FM汇聚虚拟化资源告警，FM将虚拟化资源告警报给eSight，eSight 将硬件告警和虚拟化资源告警上报给U20202.NFVP层5GC网元(VNF)采用容器架构，容器建立在VM中，为虚机型容器。
VNFM：华为产品LCM，负责VNF的生命周期管理，可以对VNF进行扩缩容等。
CaaS-Master：华为产品FusionStage，负责容器的生命周期管理。
FusionStage告警作为VNFM的一部分向U2020上报网元VNF告警直接上报给U20203.VNFO层OSS：华为产品U2020NFVO：华为产品NFVO5GC网络架构5GC网元控制面网元间接口为服务化接口5GC网元功能简介AMF：(AMF执行MME中的接入控制和移动性管理功能)注册管理：连接管理，可达性管理，移动性管理，接入鉴权，接入授权合法监听转发UE和SMF间的SM消息转发UE和SMSF间的SMS消息SMF：(SMF相当于MME中的会话管理功能、SGW-C 和PGW-C功能的聚合)会话管理：UE IP 地址分配和管理，选择和控制UPF，配置UPF的流量定向，转发至合适的目的网络策略控制和Qos合法监听CDR搜集下行数据通知（Downlink Data Notification）.UPF: (UPF相当于SGW-U和PGW-U)数据面锚点连接数据网络的PDU会话点报文路由和转发：报文解析和策略执行合法监听(UP collection)UDM：(UDM相当于HSS)签约数据管理用户服务NF注册管理产生3GPP AKA 鉴权参数基于签约数据的接入授权(e.g. 漫游限制)保证业务/会话连续性AUSF：(AUSF相当于3GPP AAA Server)支持鉴权服务功能PCF: (PCF相当于PCRF)支持统一策略管理网络行为提供策略规则给控制面功能，由其执行从UDR获取签约相关信息以便做策略决策NEF: (NEF相当于SCEF，但是现在NEF开放的能力还未包括IMS部分向AF、第三方、边缘计算提供3GPP网络的能力和事件从AF获取外部应用信息以便提高给3GPP网络内部信息与外部信息的翻译功能将用于向外部开放的信息存储在UDR中UDR:存储和检索UDM的签约数据存储和检索PCF的策略数据存储和检索NEF的结构化数据，供网络能力开放存储和检索NEF的应用数据，供应用检测NSSF:选择服务UE的一组网络切片实例确定允许的NSSAI，并且如果需要的话，映射到签约的S-NSSAI确定配置的NSSAI，并且如果需要的话，映射到签约的S-NSSAI确定用于服务UE的AMF集合，或者可能基于配置通过查询NRF来确定候选AMF的列表NRF: (类似于dns功能)支持服务和网络功能发现功能维护网络功能信息，包括可用性及其支持服务5G网络接口及协议介绍控制面所有NF之间的交互采用服务化接口，同一种服务可以被多种NF调用，降低NF之间接口定义的耦合度，最终实现整网功能的按需定制，灵活支持不同的业务场景和需求服务化接口：服务化接口包含以下接口：Namf, Nsmf, Nudm, Nnrf, Nnssf, Nausf, Nnef, Nsmsf, Nudr, Npcf, N5g-eir, Nlmf.应用层包括JSON、Protobuf等编解码协议5G SBA接口协议栈的5层（从上到下）所采取的协议是：（1）API设计方式以Restful为主；（2）IDL（接口描述语言）采取OpenAPI 3.0；（3）序列化协议采取JSON；（4）应用层采取HTTP/2；（5）传输层采取TCP。
5G专用术语详解(篇一)
5G专用术语详解（篇一）一、什么是5GC5G技术作为一种尖端通信技术，涉及众多专用术语。
本文将为您详细解析5G中的一个重要术语——5GC。
5GC，全称5th Generation Core，意为第五代核心网。
作为5G 技术的核心部分，5GC负责处理网络中的数据传输、连接管理和业务支持等功能。
相较于4G核心网，5GC在性能、容量、延迟、安全性等方面实现了显著的提升，以满足日益增长的移动数据需求和新兴的垂直行业应用。
5GC采用了多种新技术和改进措施，主要包括以下几点：1.网络切片（Network Slicing）：5GC通过网络切片技术，将物理网络划分为多个虚拟网络，每个虚拟网络针对不同业务需求提供定制化的服务。
这使得5G网络能够同时支持多种应用场景，如高速率、低延迟、高可靠性等。
2.边缘计算（Edge Computing）：5GC将部分计算任务从中心节点迁移到网络边缘，靠近数据产生源。
这有助于降低数据传输延迟，提高网络性能，同时减轻了中心节点的负担。
3.软件定义网络（Software Defined Networking，SDN）：5GC 采用了SDN技术，通过将网络控制功能从数据平面分离到控制平面，实现了网络的集中管理和配置。
这提高了网络的可编程性、灵活性和可扩展性。
4.网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）：5GC 采用NFV技术，将网络功能实现为软件模块，以便于动态部署、升级和迁移。
这有助于降低网络部署和维护成本，加快创新速度。
5.服务化架构（Service-Based Architecture，SBA）：5GC采用了SBA，将网络功能划分为多个独立的服务，实现模块化、可组合的网络服务。
这有助于简化网络管理和优化，提高网络的可维护性。
6.集成安全：5GC将网络安全融入网络架构设计，实现端到端的安全保障。
通过加密、身份认证、访问控制等技术，确保网络数据和用户隐私的安全。
核心网基础知识培训
核心网基础知识培训一、核心网基础概念1. 核心网的定义核心网是移动通信网络的中枢部分，也是整个移动通信网络的核心部分。
它主要负责移动通信网络中的信令控制和数据传输，是移动通信网络中各种业务的统一接入和交换平台，承担着移动通信网络的调度和资源管理等重要任务。
2. 核心网的功能核心网负责移动通信网络中的信令控制和数据传输，主要包括移动性管理、接入控制、业务处理、计费和安全认证等功能。
它还承担着移动通信网络中各种业务的统一接入和交换平台，为用户提供高效、安全、可靠的移动通信服务。
3. 核心网的组成核心网由多个功能相互配合的组件构成，主要包括移动交换机、业务支持节点、接入网关、传输网等组件。
这些组件通过标准的接口和协议相互连接，共同构成了移动通信网络的核心部分。
二、核心网技术知识1. 移动性管理移动性管理是核心网的重要功能之一，主要包括位置登记、位置更新、呼叫寻呼等功能。
通过移动性管理，用户可以在移动通信网络中实现无缝的漫游，并且能够随时随地进行通信。
2. 接入控制接入控制是核心网的另一个重要功能，它主要负责用户接入认证、接入权限控制、访问控制和接入性能管理等功能。
通过接入控制，核心网可以保障网络资源的合理利用，并且为用户提供安全、可靠的接入服务。
3. 业务处理业务处理是核心网的核心功能之一，它主要包括呼叫控制、短信业务、数据业务和增值业务等功能。
通过业务处理，核心网可以实现各种不同类型的业务处理，为用户提供丰富多样的通信服务。
4. 计费计费是核心网的重要功能之一，它主要包括计费策略的制定、计费数据的采集和处理等功能。
通过计费，核心网可以实现对用户通信行为的监控和统计，为用户提供合理的计费服务。
5. 安全认证安全认证是核心网的重要功能之一，它主要包括用户身份鉴别、加密解密和安全通信等功能。
通过安全认证，核心网可以保障用户通信的安全性和隐私性，为用户提供安全可靠的通信服务。
三、核心网发展趋势1. 虚拟化技术随着云计算和大数据技术的发展，核心网将会逐渐采用虚拟化技术，实现网络功能的软件定义和灵活部署，降低网络运维成本，提高网络资源利用率。
5G通信基本术语详解
5G通信基本术语详解目录UPF (3)PDU (3)NDR (3)UE (3)NR：New Radio (3)LTE (4)VoLTE (4)5GC (4)gNB (4)Massive MIMO (4)SA (5)NSA (5)锚点 (5)AF (5)NEF (5)AMF (5)AUSF (6)PCF (6)NRF (6)SMF (6)UDM (6)DN (7)DNN (7)DU和CU (7)NSSF (7)NSI和NSSI (7)MME (8)流表 (8)PDU (8)NSSAI (8)MANO (9)NFV架构 (9)VIM (9)eMBB (9)mMTC (9)uRLLC (10)VNF (10)NFV (10)gNB (11)ng-eNB (11)NG-RAN (11)SBA架构 (11)IMS (11)SBA (12)RNIS (12)BBU与RRU (12)MEP (13)SGW (13)PGW (14)EPC (14)SCTP (14)APN (15)PDN (15)PFCP (15)UPF用户面功能（UPF，User Plane Function)是3GPP 5G 核心网系统架构的重要组成部分，主要负责5G核心网用户面数据包的路由和转发相关功能。
UPF 在5G 面向低时延、大带宽的边缘计算和网络切片技术上发挥着举足轻重的作用。
本文将介绍5G 核心网UPF 网元。
首先介绍UPF 的演进历史和3GPP 在标准层面对UPF 的功能要求及接口设计；然后将结合不同业务场景对时延、带宽、可靠性等差异化的需求，介绍UPF 在边缘计算中的分流技术及部署方式。
用户面功能（UPF，User Plane Function)代表控制和用户平面分离（CUPS，Control and User Plane Separation）策略在数据平面的演进。
UPF等同于 CUPS 后的 SGW-U 和 PGW-U，主要用于 Data 的传输。
5gc虚拟化原理
5gc虚拟化原理
5GC（5G Core Network）虚拟化原理主要基于网络功能虚拟化（NFV）
技术。
这种技术通过使用虚拟化技术将传统的电信网络设备（如移动核心网设备）转化为软件实现的网络功能，从而将这些功能部署在通用的硬件平台上。
具体来说，5GC虚拟化原理包括以下几个方面：
1. 虚拟化层：虚拟化层是整个NFV架构的核心，它负责将底层硬件资源（如计算、存储和网络资源）虚拟化为虚拟资源，并对上层提供统一的资源管理接口。
这些接口使得上层应用可以像使用传统硬件一样使用虚拟化层的资源。
2. 网络功能虚拟化：网络功能虚拟化是指将传统的电信网络设备（如移动核心网设备）转化为软件实现的网络功能。
这些功能被部署在虚拟机上，并通过虚拟化层的接口与底层硬件资源进行交互。
3. 资源管理：资源管理负责对虚拟资源进行调度和管理，确保各个网络功能能够获得所需的计算、存储和网络资源。
资源管理还负责监控资源的利用率，并根据需要进行资源的动态调整。
4. 自动化编排：自动化编排负责对虚拟化的网络功能进行编排和调度，使得各个功能可以协同工作。
自动化编排通常采用云计算领域的自动化工具和技术，如容器技术和微服务架构。
5. 安全管理：安全管理负责对虚拟化环境进行安全防护，确保虚拟化的网络功能不会受到攻击或滥用。
安全管理通常采用传统的网络安全技术和虚拟化安全技术相结合的方式。
总之，5GC虚拟化原理通过将传统的电信网络设备转化为软件实现的网络功能，并使用虚拟化技术将这些功能部署在通用的硬件平台上，实现了网络的灵活性和可扩展性。
5GC知识分享 5G架构、主要网元、技术、流程
3GPP：五系列十种组网
2
5GC主要网元
• 部分网元列表 • 常用网元介绍
部分网元列表
网元
UPF SMF AMF PCF UDM AUSF NSSF NRF
全名
User Plane Function Session Management Function Access and Mobility management Function Policy Control function Unified Data Management Authentication Server Function Network Slice Selection Function NetworkRepositor yFunction
PDU会话建立流程 详见 3GPP TS 23.502
① SM上下文产生 I. UE发起请求，找到合适的SMF为其建立档案 II. SMF则需要找到UDM作为可靠的官方数据库。
② SM上下文更新
I. SMF从UDM获取sm-data II. 从PCF获取了sm-policy
PDU会话建立流程 详见 3GPP TS 23.502
功能
用户面功能 会话管理功能 接入和移动性管理功能 策略控制功能 统一数据管理 认证服务器功能 网络切片选择功能 网络仓储功能
常用网元介绍
AMF
一套简单的核心网
UDM
UPF
SMF
AMF
定位——门卫
作为5GC与基站/UE联系的纽带，执行注册、连接、可达性、移动性管理。 为UE和SMF提供会话管理消息传输通道，为用户接入时提供认证、鉴权功能，终端和无线的核心网控制面接 入点。
• 移动通信2/3/4/5G • 空中接口 • 基站 普通概念上的无线/有线网络，如笔记的Wi-Fi接入和网 线接入，均为有线接入的一部分。
5GC 网元AMF、SMF、AUSF、UPF、PCF、UDM、NRF、NSSF、NEF介绍
1、AMFAccess and Mobility Management Function，接入和移动性管理功能，执行注册、连接、可达性、移动性管理。
为UE和SMF提供会话管理消息传输通道，为用户接入时提供认证、鉴权功能，终端和无线的核心网控制面接入点。
类似于4G MME中移动性管理。
AMF分配5G-GUTI，AMF选择SMF。
2、SMFSession Management function，会话管理功能，负责隧道维护、IP地址分配和管理、UP功能选择、策略实施和QoS中的控制、计费数据采集、漫游等。
类似于4G中MME、SGW、PGW会话管理等控制面的功能。
SMF基于UE或者会话的粒度选择UPF，可以分配IP地址，收集计费数据，连接计费中心。
选择UPF的条件：1.UPF位置、能力、负荷；2.UE位置、用户数据配置；3.UE会话信息，如DNN、PDU会话类型、会话及服务连续性、话务路由目的地。
3、AUSFAuthentication Server Function，认证服务器功能，实现3GPP和非3GPP的接入认证。
类似于MME中鉴权功能和HSS鉴权数据管理。
4、UPFThe User plane function，用户面功能，分组路由转发，策略实施，流量报告，Qos处理。
类似于4G中sgw和pgw用户面功能。
UPF是会话的锚点，记录流量转发量。
5、PCFPolicy Control function，策略控制功能，统一的政策框架，提供控制平面功能的策略规则。
类似于4G的PCRF。
PCF下发控制面网络功能。
6、UDMThe Unified Data Management，统一数据管理功能，3GPP AKA认证、用户识别、访问授权、注册、移动、订阅、短信管理等。
类似于4G的HSS。
7、NRFNF Repository Function，该功能是一个提供注册和发现功能的新功能，可以使网络功能（NF）相互发现并通过API接口进行通信。
5gc控制面基本原理及业务流程
5gc控制面基本原理及业务流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
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5GC核心网基本概念
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
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 ……
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
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
5G核心网基础知识概述
虚拟存储
虚拟化层(Hypervisor)
Vl-Ha
物理存储
Os-Ma
VNF
EMS 3
VNF (……)
Ve-Vnfm
NFVI
虚拟网络
Nf-Vi
物理网络
业务域
NFVO
MANO
Or-Vnfm
VNFM
Vi-Vnfm
Or-Vi
Orchestrator 编排
Manager VNF 生命周 期管理
VIM
eNodeB – S-GW S-GW – UTRAN S-GW – SGSN
S-GW – P-GW
功能
用于传送会话管理(SM)和移动性管理(MM)等控制面信息 采用GTP协议，在MME和SGSN设备间建立隧道，传送信令 采用GTP协议，在MME设备间建立隧道，传送信令 采用GTP协议，在MME和GW设备间建立隧道，传送信令 用于完成用户位置信息的交换和用户签约信息的管理 提供QoS策略和计费准则的传递 用于AF传递应用层会话信息给PCRF 在GW与eNodeB设备间建立隧道，传送数据包 在UTRAN与GW之间建立隧道，传送数据 采用GTP协议，在S-GW和SGSN设备间建立隧道，传送数据和信令
虚拟化是云计算技术的重要组成部分。 虚拟化通过创建虚拟机，实现网元功能之间的隔离。
操作 系统
操作 系统
虚拟机 1#Leabharlann 虚拟机 2#虚拟化平台
硬件资源 物理计算节点
物理存储
操作 系统 虚拟机 3#
物理网络
EMS 1 VNF (vIMS)
虚拟计算节点
物理计算节点
OSS/BSS
现网接口
EMS 2
VNF (vEPC)
5GC服务化架构介绍
11
服务化NF介绍（2/2）—— SMF：会话管理
UD M
PCF
NEF
NRF
SMF
SMF包含2个服务，实现会话管 理等功能
HTTP2 Client HTTP2 Sever
SMF 会话服务 事件开放
H-SMF
V-SMF
AMF
PCF
NEF
• 会话管理（例如会话建立/修改/释 放）
• UE IP地址分配与管理 • UPF的选择与控制 • 路由配置 • 策略控制 • 合法监听 • 计费数据采集 • SSC模式的决策 • 漫游功能
5G SBA架构的持续演进
R15的服务化架构SBA，向着cloud native架构演进已经迈出关键性第一步，但 仍需产业界一起努力，持续演进，保持和发扬5G SBA的先进性！
1. 优化系统建模方式，提升灵活性
① 如何设计更优的服务粒度（与R15特性和功能所定义的NF 服务相比） ② 优化服务建模方式，实现服务可以独立部署，不依赖于特定的一个NF ③ 提升服务可组合能力，所定义的服务支持新的特性 2. 扩展“服务”的概念，从控制面到用户面
1、服务注册
NRF
• NF将其支持的服务列表注册到NRF • NF可以按需更新、去注册NRF中的服务
发现
注册
服务使用 者
API 调用
服务提 供者
2、服务发现
• 服务消费者通过NRF查询所需NF及服务列表 • NRF只返回授权的NF及服务列表
3、服务授权
• 服务提供者或者NRF判断一个服务消费者是否有权 调用或发现一个服务
5GC服务化架构介绍
研究院 2018年5月
目录
1 软件化、服务化的必要性 2 如何设计软件化、服务化的5G网络 3 实现、部署服务化架构时的考虑
5G网络缩写和术语1
5G(NR)网络中的Non-Standalone模式是指依赖现有4G(LTE)网络的控制面来实现控制功能的5G(NR)部署；相关缩写和术语如下：新RAN:一种无线接入网络，可以支持NR/E-UTRA或两者，并且它们具有与下一代核心网络(NG-CN)接口的能力。
NG-C/U是面向核心网络的控制/用户平面接口。
gNB:新无线(NR)基站能够通过NG-C/U(NG2/NG3)接口与称为NG-CN的5G核心以及称为S1-C/U接口上的EPC的4G 核心进行接口. 5GC:新一代5G核心网基于基于服务架构，该架构实现了IT网络原则和云原生设计方法。
在5GC中存在网络功能，其中每个NF由称为微服务的小块软件代码组合而成。
每个NI通过API(应用程序编程接口)向其他NF提供一个或多个服务。
5GC自动允许升级和添加新功能，而不会影响已经运行的服务。
eLTE eNB:eLTE eNB是eNB 的演进，支持连接到演进分组核心和NGC下一代核心）。
Non-Standalone NR:5G(NR)的Non-Standalone模式是指5G(NR)部署的一种选择，依赖于现有4G LTE网络的控制平面来实现控制功能，5G(NR)只专注于用户平面。
在这种情况下新的无线基站(gNB)通过4G网络连接。
控制平面通信和移动性管理程序需要4G EPC(演进分组核心)。
5G NSA的好处是上市时间短、移动宽带速度更快、效率更高。
NSA 部署选项:•选项3:EPC下的NSA LTE和NR，•选项4:5GC下的NSA NR和LTE，•选项7:5GC下的NSA LTE和NR。
Standalone NR:新无线和5G核心因此独立于LTE 技术。
语音服务也将在这方面得到支持，并且5G和其他代之间将在语音和数据服务方面进行切换。
此类核心的优势包括增强的最终用户体验、简化的操作和服务敏捷性、改进的网络功能以及面向未来的网络架构。
SA部署选项有•选项1:EPC下的SA LTE;•选项2:5GC下的SA NR;•选项5:5GC下的SA LTE。
5G核心网你是真的变了吗(5G核心网原理)
5G核心网你是真的变了吗俗话说：“花无百日红，人无千日好”，这边4G网络还在勤恳工作着，那边3GPP 已经敲定使用SBA服务化架构来构建5G核心网了~想必大家已经见过了5G新架构，我们熟悉的MME、SGW、PGW等网元全都不翼而飞，出现了那么多陌生的XXXF（AMF、SMF……），NXXX接口（Namf、Nsmf……），还有横在中间的那根线……叫人忍不住想问一句：5G核心网，这次你是真的变了吗？“变”得太多有点猝不及防~~要不先来回顾一下核心网的角色定位吧~作为移动通信网络的核心部分，核心网起着承上启下的作用，主要负责处理终端用户的移动管理、会话管理以及数据传输（核心功能）。
以熟悉的4G核心网（即EPC）为例~~MME专注于移动性管理，SGW和PGW共同进行会话管理和数据传输，整个网络控制与承载分离，呈扁平化结构。
EPC的出现，相比较2、3G时代，已经为用户提供了更好的服务，能够快速传输语音、图像和视频信息。
但是随着网络技术的发展以及人们对业务应用的渴求，EPC网络的不足也日渐显现：整体式网元结构导致业务改动复杂、可靠性方案实现复杂，控制面和用户面消息交织导致部署运维难度大。
为了解决这些痛点，业界专家潜心研究，确定5G核心网将再次向分离式的架构演进。
一是网络功能的分离，吸收了NFV云原生的设计思想，希望以软件化、模块化、服务化的方式来构建网络。
二是控制面和用户面的分离，让用户面功能摆脱“中心化”的约束，使其既可灵活部署于核心网，也可部署于接入网。
现在我们可以收拾好情绪，重新来了解5GC新架构了。
首先，5G核心网（以下简称5GC）将控制面和用户面彻底分离。
其次，传统网元被拆分为多个网络功能NF。
因为符合SBA服务化架构，各个NF是独立自治的，无论是新增、升级还是改造都不会妨碍到其他NF。
虽然是变得有点“面目全非”，但细心的你一定能发现，EPC中网元的相关功能都可以在5GC中的NF找到归属。
让我们试着用不同的颜色来标识不同的网络功能。
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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。
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
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
•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
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
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
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
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
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
N4
RAN
N3
UPF
N6
VPLMN
DN
UDM NEF
AF
Nudm Nausf
AUSF
Nnef Npcf
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
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
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
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
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
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
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
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 ……
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
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