【5G】5G 核心网（5GC）基本架构

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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）

采用 SBA 对 5G 演进的好处：

1. 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。
2. 每个服务可以通过轻量级服务接口直接与其他服务交互。
3. 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。

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。

3. 不同场景下的网络架构

• 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

基于参考点的 5G 系统网络架构

注意：

• N9，N14 未在所有其他图中示出，但是它们也可适用于其他场景。
• 为了清楚地说明点对点图，未描述 UDSF，NEF 和 NRF。但是，所有描述的网络功能都可以根据需要与 DSF，UDR，NEF 和 NRF 进行交互。
• UDM 使用用户数据和认证数据，PCF 使用可能存储在 UDR 中的策略数据。
• 为清楚起见，UDR 及其与其他 NF 的连接（例如 PCF）未在点对点和基于服务的架构图中描述。
• 为清楚起见，NWDAF 及其与其他 NF 的连接，例如 PCF，未在点对点和基于服务的架构图中描述。

多个 PDU 会话接入两个数据网络
这也是 5G 的灵活之处，UE 可以进行多连接，到多个数据网络，以实现不同的功能，如下图：

单个 PDU 会话接入两个数据网络

网络开放的 5G 系统架构

3.2 漫游参考架构

对于上述漫游场景，每个 PLMN 实现代理功能以保护 PLMN 间接口上的互连和隐藏拓扑。

3.3 数据存储参考架构

数据存储架构

如图所示，5G 系统架构允许任何 NF 在 UDSF（例如 UE 上下文）中存储和检索其非结构化数据。 UDSF 属于网络功能所在的同一 PLMN，CP NF 可以共享用于存储它们各自的非结构化数据的 UDSF，或者每个可以具有它们自己的 UDSF（例如，UDSF 可以位于相应的 NF 附近）。3GPP 将指定（可能通过引用的方式）使
用 N18 / Nudsf 接口。

数据存储架构

• NEF 访问的 UDR 属于 NEF 所在的 PLMN。
• 如果 UDM 支持分离架构，则 UDM 访问的 UDR 属于 UDM 所在的同一 PLMN。
• PCF 访问的 UDR 属于 PCF 所在的 PLMN。

通过 Nudr 向相应的 NF 服务用户公开并存储的 UDR 集中的以下数据应标准化：

• 用户数据，
• 策略数据，
• 结构化数据开放，
• 应用数据：用于应用检测的分组流描述（PFD）和用于多个 UE 的 AF 请求信息。

3.4 与 EPC 互通参考架构

与 EPC 互通非漫游架构

与 EPC 互通漫游架构

上图表示具有本地分汇的漫游架构，下图表示具有用于 5GS 和 EPC / E-UTRAN 之间的互通的归属路由流量的漫游架构。在 NG-RAN 和 UPF + PGW-U 之间可以存在另一个 UPF（在上图中未示出），即，如果需要，UPF + PGW-U 可以支持 N9 朝向附加 UPF。由于不存在已知部署，因此不需要来自 EPC 的 S9 接口。

3.5 非 3GPP 接入参考架构

支持非 3GPP 接入的一般概念

非 3GPP 访问的非漫游架构

• 图中的参考架构仅显示直接连接到非 3GPP 接入的架构和网络功能，架构的其他部分与上面
  3GPP 内部非漫游架构定义的相同。
  
• 图中的参考架构支持 AMF，SMF 和图中未示出的其他 NF 的基于服务的接口。
• 图 中的两个 N2 实例适用于 UE 的单个 AMF，它同时通过 3GPP 接入和非 3GPP 接入连接到同
  一个 5G 核心网络。
  
• 当通过 3GPP 接入和非 3GPP 接入建立不同的 PDU 会话时，图 2.2.2.5-1 中的两个 N3 实例可以应用于
  不同的 UPF。
  

用于非 3GPP 访问的 LBO 漫游架构，与 3GPP 接入相同的 PLMN 中的 N3IWF

• 图中的参考架构仅显示直接连接以支持非 3GPP 接入的架构和网络功能，架构的其他部分与第2.2 节中定义的相同。
• 图中的参考架构支持 AMF，SMF 和图中未示出的其他 NF 的基于服务的接口。
• 图中的两个 N2 实例适用于 UE 的单个 AMF，UE 通过 3GPP 接入和非 3GPP 接入同时连接到5G 核心网络。
• 当在 3GPP 接入和非 3GPP 接入上建立不同的 PDU 会话时，图 2.2.2.5-2 中的两个 N3 实例可以应用于
  不同的 UPF。
  

用于非 3GPP 访问的归属路由漫游架构，N3IWF 在与 3GPP 接入相同的 PLMN 中

• 图中的参考架构仅显示直接连接以支持非 3GPP 接入的架构和网络功能，架构的其他部分与第2.2 节中定义的相同。
• 图中的两个 N2 实例适用于 UE 的单个 AMF，UE 通过 3GPP 接入和非 3GPP 接入同时连接到5G 核心网络。
  用于非 3GPP 访问的 LBO 漫游架构，来自 3GPP 接入的不同 PLMN 中的 N3IWF
  
  
  
• 图中的参考架构仅显示直接连接以支持非 3GPP 接入的架构和网络功能，架构的其他部分与第2.2 节中定义的相同。
• 图中的参考架构支持 AMF，SMF 和图中未示出的其他 NF 的基于服务的接口。
• 图中的两个 N2 实例适用于 UE 的两个不同 AMF，UE 通过 3GPP 接入和非 3GPP 接入同时连接到 5G 核心网络。

用于非 3GPP 访问的归属路由漫游架构，来自 3GPP 接入的不同 PLMN 中的 N3IWF

• 上两图中的参考架构仅显示了直接连接的架构和网络功能，以支持非 3GPP 接入，并且架构的其他部分与 3GPP 内部架构相同。
• 上两图中的两个 N2 实例适用于 UE 的两个不同 AMF，UE 通过 3GPP 接入和非 3GPP
  接入同时连接到 5G 核心网络。
  

非 3GPP 接入参考点
特定于非 3GPP 接入的参考点的描述：
N2，N3，N4，N6：这些在前面已有定义。
Y1 UE 与非 3GPP 接入（例如 WLAN）之间的参考点。这取决于非 3GPP 接入技术，并且不在 3GPP 的范围
内。
Y2 用于传输 NWu 流量的不可信的非 3GPP 接入和 N3IWF 之间的参考点。
NWu UE 和 N3IWF 之间用于在 UE 和 N3IWF 之间建立安全通道的参考点，以便在 UE 和 5G 核心网络之间交换
的控制平面和用户平面通过不可信的非 3GPP 接入安全地传输。

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

参考点支持 NAS 上的 SMS
N1: 通过 NAS 在 UE 和 AMF 之间进行 SMS 传输的参考点。
以下参考点通过基于服务的接口实现：
N8: AMF 和 UDM 之间的 SMS 用户数据检索的参考点。
N20: AMF 和 SMS 功能之间 SMS 传输的参考点。
N21: SMS 功能地址注册管理和 SMS 管理 SMS 功能和 UDM 之间的用户数据检索的参考点。

总结

持续更新中…