5G對于移動網(wǎng)絡(luò)運營商來說是一個分水嶺事件。它是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的高潮，使網(wǎng)絡(luò)運營商能夠在物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 世界中提供廣泛的增值服務(wù)和功能，并獲得臨界質(zhì)量。

在今天的專欄中，我將深入探討新的 5G 核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和組件描述。與所有新技術(shù)一樣，引入了大量新的助記符，我將盡我所能對它們進(jìn)行定義。

5G核心網(wǎng)基礎(chǔ)

5G 基礎(chǔ)技術(shù)涉及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 （NFV） 和軟件定義網(wǎng)絡(luò) （SDN）。NFV 虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能，從而顯著提高針對流量負(fù)載和服務(wù)類型擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)功能的能力。SDN 提供了一種機(jī)制，通過該機(jī)制可以有效且高效地執(zhí)行流量劃分、服務(wù)質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)管理。

5G 由 3GPP 工作組使用基于服務(wù)的架構(gòu)定義。每個網(wǎng)絡(luò)功能 （NF） 由 NF 提供的服務(wù)定義。還定義了一個參考點表示，它顯示了任何兩個網(wǎng)絡(luò)功能之間的交互。該架構(gòu)由 ETSI 技術(shù)規(guī)范 23.501“5G 系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)”管理。

5G核心網(wǎng)架構(gòu)

下圖1展示了基于5G非漫游服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)。

圖 1。5G系統(tǒng)架構(gòu)

圖 2 顯示了網(wǎng)絡(luò)功能如何相互交互。

圖 2。5G 參考點表示

用戶設(shè)備 （UE） 塊是使用網(wǎng)絡(luò)的 5G 設(shè)備。無線電接入網(wǎng)絡(luò) （RAN） 在本系列的第 1 部分和第 2部分中進(jìn)行了介紹，因此我們不會在此處進(jìn)行介紹，而是專注于 5G 核心網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能 （NSSF） 基于 UE 附著期間提供的信息選擇網(wǎng)絡(luò)切片實例 （NSI）。一組接入和移動性管理功能 （AMF） 基于 UE 可以訪問的切片提供給 UE。網(wǎng)絡(luò)暴露功能（NEF）暴露了整個 5G 核心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和能力。

網(wǎng)絡(luò)存儲庫功能 （NRF） 維護(hù)網(wǎng)絡(luò)功能配置文件并在切片內(nèi)執(zhí)行服務(wù)發(fā)現(xiàn)。

核心網(wǎng)絡(luò) （CN） 的三個主要網(wǎng)絡(luò)功能是接入和移動管理功能 （AMF）、會話管理功能 （SMF） 和用戶平面功能 （UPF）。這些功能處理通過核心網(wǎng)絡(luò)的移動性管理、應(yīng)用會話管理和應(yīng)用內(nèi)容流。

在 5G 中創(chuàng)建切片

網(wǎng)絡(luò)切片被定義為移動網(wǎng)絡(luò)中端到端的邏輯通信網(wǎng)絡(luò)，包括核心網(wǎng)絡(luò)、控制平面、用戶平面功能和 5G 接入網(wǎng)絡(luò)。移動運營商打算使用這些網(wǎng)絡(luò)切片為租戶提供隔離的服務(wù)應(yīng)用程序，就像云提供商出售他們的計算、存儲和內(nèi)存資源一樣。

這個想法是客戶將為他們想要在網(wǎng)絡(luò)切片上運行的應(yīng)用程序提供他們的帶寬、容量和延遲要求。移動運營商根據(jù)當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)和負(fù)載進(jìn)行需求分析，創(chuàng)建服務(wù)級別協(xié)議，并為切片分配必要的容量和帶寬。創(chuàng)建切片后，租戶使用網(wǎng)絡(luò)切片運行他們的應(yīng)用程序，他們可以確信網(wǎng)絡(luò)切片將遵守服務(wù)級別協(xié)議。

5G核心運營

網(wǎng)絡(luò)操作從用戶設(shè)備 （UE） 與網(wǎng)絡(luò)的連接管理開始。接入網(wǎng)選擇一個AMF來接收UE注冊請求。UE 請求消息包括網(wǎng)絡(luò)切片選擇輔助信息 （NSSAI），它幫助核心網(wǎng)絡(luò)確定服務(wù) AMF 或是否應(yīng)使用默認(rèn) AMF。為請求提供服務(wù)的 AMF 可以查詢統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理 （UDM） 以獲取 UE 訂閱信息，其中包括它們可用的網(wǎng)絡(luò)切片。如果 AMF 中的 UE 上下文沒有與所請求的訪問類型對應(yīng)的切片訪問信息，則 AMF 會查詢 NSSF 以獲取對 UE 切片信息的訪問權(quán)限。一旦 UE 連接完成，就可以使用相同的 AMF，或者將 UE 切換到不同的 AMF。

一旦連接，UE 使用 N1 接口通過可訪問切片內(nèi)的會話管理功能 （SMF） 執(zhí)行應(yīng)用會話建立。5G架構(gòu)將控制面功能與用戶面功能完全分離。SMF 使用 N4 執(zhí)行用戶平面會話建立。在控制面完成會話建立后，AMF通過N2接口提示RAN與UE進(jìn)行接入網(wǎng)資源建立。一旦接入網(wǎng)絡(luò)資源建立，RAN 通過 N2 向 AMF 發(fā)送會話建立響應(yīng)。這會導(dǎo)致 AMF 向 SMF 發(fā)送 PDU 會話更新消息，從而導(dǎo)致 SMF 和 UPF 之間的會話更新交換。

再加上機(jī)動性的復(fù)雜性。當(dāng) UE 移動時，可能會發(fā)生從一個天線到另一個天線的切換。為了支持確保新 RAN 位置具有切片信息的能力，網(wǎng)絡(luò)切片選擇輔助信息也是移動性信令的一部分。這使新的 RAN 節(jié)點能夠無縫支持 UE 正在其中進(jìn)行通信的活動切片。

例如，假設(shè)我們的 UE 處于活動狀態(tài)，并且有兩個活動切片，每個切片上都運行會話。當(dāng)前的RAN節(jié)點切換準(zhǔn)備開始。該 RAN 節(jié)點向 AMF 發(fā)送“需要切換”消息。AMF 將帶有 PDU 會話信息和網(wǎng)絡(luò)切片信息的切換請求發(fā)送到新的 RAN 節(jié)點。然后，新的 RAN 節(jié)點以接受和失敗的 PDU 會話列表進(jìn)行響應(yīng)。收到后，AMF 將切換命令發(fā)送到舊 RAN 節(jié)點，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)換。請注意，切換并不能保證所有活動會話都將得到維護(hù)——這是新 RAN 節(jié)點的能力和訪問權(quán)限的函數(shù)。

最后的想法

向 5G 演進(jìn)可以說是移動運營商曾經(jīng)嘗試過的最大的事業(yè)。正如您現(xiàn)在所知道的，所有服務(wù)和消息傳遞接口都需要支持切片，并且需要核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的新功能來管理和保護(hù)網(wǎng)絡(luò)切片。它不會一蹴而就，但當(dāng) 5G 核心網(wǎng)絡(luò)開始推出時，它將成為數(shù)字化轉(zhuǎn)型和我們新的物聯(lián)網(wǎng)無處不在的世界的巨大催化劑。

審核編輯：郭婷