5G對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是一個(gè)分水嶺事件。它是數(shù)字化轉(zhuǎn)型的高潮，使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)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(duì)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(duì)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(guò)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(gè)網(wǎng)絡(luò)功能 （NF） 由 NF 提供的服務(wù)定義。還定義了一個(gè)參考點(diǎn)表示，它顯示了任何兩個(gè)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(diǎn)表示

用戶設(shè)備 （UE） 塊是使用網(wǎng)絡(luò)的 5G 設(shè)備。無(wú)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(huì)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(shí)例 （NSI）。一組接入和移動(dòng)性管理功能 （AMF） 基于 UE 可以訪問(wèn)的切片提供給 UE。網(wǎng)絡(luò)暴露功能（NEF）暴露了整個(gè) 5G 核心網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和能力。

網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)庫(kù)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(gè)主要網(wǎng)絡(luò)功能是接入和移動(dòng)管理功能 （AMF）、會(huì)話管理功能 （SMF） 和用戶平面功能 （UPF）。這些功能處理通過(guò)核心網(wǎng)絡(luò)的移動(dòng)性管理、應(yīng)用會(huì)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(dòng)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(dòng)運(yùn)營(yíng)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(jì)算、存儲(chǔ)和內(nèi)存資源一樣。

這個(gè)想法是客戶將為他們想要在網(wǎng)絡(luò)切片上運(yùn)行的應(yīng)用程序提供他們的帶寬、容量和延遲要求。移動(dòng)運(yùn)營(yíng)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(jí)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(yùn)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(jí)別協(xié)議。

5G核心運(yùn)營(yíng)

網(wǎng)絡(luò)操作從用戶設(shè)備 （UE） 與網(wǎng)絡(luò)的連接管理開(kāi)始。接入網(wǎng)選擇一個(gè)AMF來(lái)接收UE注冊(cè)請(qǐng)求。UE 請(qǐng)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(qǐng)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(méi)有與所請(qǐng)求的訪問(wèn)類型對(duì)應(yīng)的切片訪問(wèn)信息，則 AMF 會(huì)查詢 NSSF 以獲取對(duì) UE 切片信息的訪問(wèn)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(guò)可訪問(wèn)切片內(nèi)的會(huì)話管理功能 （SMF） 執(zhí)行應(yīng)用會(huì)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(huì)話建立。在控制面完成會(huì)話建立后，AMF通過(guò)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(guò) N2 向 AMF 發(fā)送會(huì)話建立響應(yīng)。這會(huì)導(dǎo)致 AMF 向 SMF 發(fā)送 PDU 會(huì)話更新消息，從而導(dǎo)致 SMF 和 UPF 之間的會(huì)話更新交換。

再加上機(jī)動(dòng)性的復(fù)雜性。當(dāng) UE 移動(dòng)時(shí)，可能會(huì)發(fā)生從一個(gè)天線到另一個(gè)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(dòng)性信令的一部分。這使新的 RAN 節(jié)點(diǎn)能夠無(wú)縫支持 UE 正在其中進(jìn)行通信的活動(dòng)切片。

例如，假設(shè)我們的 UE 處于活動(dòng)狀態(tài)，并且有兩個(gè)活動(dòng)切片，每個(gè)切片上都運(yùn)行會(huì)話。當(dāng)前的RAN節(jié)點(diǎn)切換準(zhǔn)備開(kāi)始。該 RAN 節(jié)點(diǎn)向 AMF 發(fā)送“需要切換”消息。AMF 將帶有 PDU 會(huì)話信息和網(wǎng)絡(luò)切片信息的切換請(qǐng)求發(fā)送到新的 RAN 節(jié)點(diǎn)。然后，新的 RAN 節(jié)點(diǎn)以接受和失敗的 PDU 會(huì)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(diǎn)，從而進(jìn)行轉(zhuǎn)換。請(qǐng)注意，切換并不能保證所有活動(dòng)會(huì)話都將得到維護(hù)——這是新 RAN 節(jié)點(diǎn)的能力和訪問(wèn)權(quán)限的函數(shù)。

最后的想法

向 5G 演進(jìn)可以說(shuō)是移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商曾經(jīng)嘗試過(guò)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(lái)管理和保護(hù)網(wǎng)絡(luò)切片。它不會(huì)一蹴而就，但當(dāng) 5G 核心網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始推出時(shí)，它將成為數(shù)字化轉(zhuǎn)型和我們新的物聯(lián)網(wǎng)無(wú)處不在的世界的巨大催化劑。

審核編輯：郭婷