4G与5G核心网异同

4G(LTE)网络中其核心网络称为EPC(Evolved Packet Core)意为演进的核心网;而在5G(NR)系统中其核心网命名为5GC。

一、4G核心网(单元)特点

•MME(移动性管理实体):为终端(UE)提供移动性和会话管理服务;

•S-GW提供4G RAN和P-GW之间用户流量传输;

•P-GW在S-GW 和外部数据网络(例如互联网或IMS)间传输用户流量；

P-GW为UE分配IP地址并为用户流量提供QoS实施；

•HSS存储客户档案数据，生成MME用于用户认证的认证向量；

•PCRF作为辅助节点负责策略和计费规则功能,为P-GW提供特定流量类型的服务质量信息，其中:包括计费规则、流量控制规

则和流量优先级。

二、5G核心网特点

在5G核心中除执行4G核心网的功能外还启用了新功能；与4G核心网不同的是架构创新，一些功能被拆分成多个独立的组件，也有一些功能被组合起来。5G网络旨在提供控制面和用户面功能之间的清晰划分，支持使用网络功能虚拟化(NFV)和软件定义网络(SDN)的实施。

AMF(接入和移动管理功能)：提供4G MME的移动管理部分角色；负责维护与UE的NAS信令连接并管理UE注册过程，AMF还负责寻呼。

AUSF(身份验证服务器功能)：负责在向5G注册或重新注册期间用户身份验证的管理，该功能从UDM中获取身份验证向量。

SMF(5GC会话管理功能)：提供了4G MME的会话管理功能，另外还结合了S-GW和P-GW的一些控制面功能，SMF为UE分配IP地址。UPF(用户平面功能)：结合了之前在4G EPC中由S-GW和P-GW执行的用户业务传输功能，UPF锚定UE IP地址。总体上行流量是从UE 到gNB再到UPF，而下行流量则相反。UPF提供QoS强制功能。

图1.4G与5G核心网功能比较一

图2.4G与5G核心网功能比较二

如上图所示4G中MME的功能在5G中拆分到AMF、SMF和AUSF 之间。而4G EPC中的两个网关S-GW和P-GW被合并拆分为控制面和用户面功能，并被吸收到SMF和UPF中。

当UE处于空闲模式时,下行链路流量在UPF处被缓冲,UPF向SMF发出信号,然后SMF向AMF发出信号以启动寻呼过程。

三、用户、政策和数据管理

在5G中用户、应用程序特定数据和策略数据信息存储在UDR中，由UDM、AMF和SMF通过NF接口统一管理数据,以便AMF和SMF 以使用数据。统一数据存储库(UDR)可以存储可以暴露给NF的结构化数据。相反非结构化数据存储功能(UDSF)旨在通过合适的网络功能存储和检索非结构化数据。UDM在AUSF请求时生成认证向量。

图3.4G5G用户数据管理对比四、策略控制

在5G中策略控制由PCF单元负责；与4G PCRF功能基本相同，它具有附加功能。在5G中AMF与PCF接口以检索访问和移动策略。PCF保持其与应用功能(AF)的传统基于直径协议的接口，但也进行了增强，以允许使用来自其他服务的基于HTTP/XML的接口的资源预留请求。这向其他非运营商服务开放了5G 网络QoS功能，为订户提供来自互联网提供商的QoS控制服务，例如电影订阅服务。

图4.5G网络策略控制

五、网络切片

网络切片(NSSF)是5G网络一项新能力。它允许运营商设置RAN、核心和传输网络中的多个虚拟切片，以满足特定的服务需求。网络切片选择功能(NSSF) 维护运营商定义的网络切片实例列表，包括它们的定义(如所需资源)。UE可以配置订阅的网络切片列表，并且可以在注册过程中请求。AMF将使用来自UDM订阅信息或通过对NSSF的查询来授权使用网络切片。

六、非3GPP网络接入

非3GPP网络(N3IWF-Non-3GPP access Inter-Working Function)接入,类似于4G EPC中的ePDG，是UE访问非可信网络(如Wi-Fi和公共互联网)的安全网关。一项重要的改进是来自UE的NA 消息在不可信网络上的传输和AMF选择。5G UE可以从5G RAN以外的网络

执行网络注册;并且当连接时如5G RAN 和Wi-Fi将与AMF有两个不同的活动NAS连接。