一文简单读懂5G核心网

  系统架构  
在5GC中,每个节点称为网络功能(NF),下面简要介绍一下每个NF的名称及功能。
· NSSF(网络切片选择功能)
管理网络切片相关信息,比如负责为终端选择网络切片
· AUSF(认证服务器功能)
完成用户接入的身份认证功能,对应4G MME中鉴权功能
· UDM(统一数据管理)
管理和存储签约数据、鉴权数据
· AMF(接入和移动性管理功能)
完成移动性管理、NAS MM信令处理、NAS SM信令路由、安全锚点和安全上下文管理等
· SMF(会话管理功能)
完成会话管理、UE IP地址分配和管理、UP选择和控制等
· PCF(策略控制功能)
支持统一策略框架,提供策略规则
· AF(应用程序功能)
外部应用程序服务器
· UPF(用户面功能)
负责用户面处理,比如在无线接入网和Internet之间转发流量、报告流量使用情况、QoS策略实施等,对应4G EPC中的S/PGW的用户面
· DN(数据网络)
5GC外部数据网络(Internet等)
再来与4G EPC架构对比一下:

EPC架构

可以发现,5GC的变化似乎并不大,不过增加了一些新节点(比如NSSF),以及一些节点被重新命名(比如原来的PCRF重新命名为CF)。
但这只是你看到的表明!
事实上,两者在功能方面有很多变化。
下面就简单说说5GC的6大变化,也是6大关键能力......
  控制面与用户面分离  
啥叫控制面?啥叫用户面?简单说,用户面负责数据包传输,控制面负责连接的建立与断开等。
控制面与用户面分离并不是新鲜事,早在4G时代R14标准就定义了CUPS(EPC节点的控制面与用户面分离),也就是将SGW和PGW的控制平面和用户平面分离。
R14中的EPC控制面与用户面分离
但在5GC中,分离更明显,更彻底...
如上图,用户面(UPF)仅负责传输数据包,控制面(比如SMF)仅负责处理会话连接的建立和断开......这种控制面与用户面分离的架构,允许分别增强控制面功能和用户面(UPF)功能,更重要的是,可以将用户面(UPF)下沉到离用户更近的地方,从而大幅降低网络时延。
  不依赖于接入网的统一架构  
在4G时代,3GPP接入网(比如LTE、WCDMA)与非3GPP接入网(比如Wi-Fi)以不同的方式连接到EPC。
但5G时代,不管是“3GPP接入网”(比如5G NR、LTE),还是其他“非3GPP接入网”都使用相同的接口连接到5GC。
为此,R15定义了如何基于此原理使用N3IWF将“Untrusted non-3GPP access”(比如公共Wi-Fi)连接到5G系统。R16还研究了将有线接入网纳入统一的接入,这就是真正的“固网和无线融合”了。
  基于服务的架构(SBA)
前面我们讲过5GC的系统架构图,这是我们熟悉的以“参考点表示”的架构图,这让我们易于理解核心网的节点之间是如何连接。但事实上,5G标准还给出了另一个更“真实”的5GC系统架构图......

5GC架构(基于服务的架构)

如上图所示,5GC控制面引入了基于服务的架构(SBA)。在SBA中,每个NF并非一对一(点对点)连接,而是所有NF共享一条通信通道,每个NF都可以与任何NF通信。
为啥要采用SBA?在过去的EPC中,每一个节点单独定义“参考点”,每个节点之间采用单独的协议进行通信,这显然太复杂,不灵活。5GC认为不能再这么干了,于是将每个NF定义为“服务”,任何一个NF都采用相同的协议(HTTP/2),这样一来NF之间的连接就更弹性了,也大大增强了灵活扩展性。
但问题来了,在这样的SBA架构下,一个NF如何知道另一个NF提供的是什么服务呢?都提供了哪些服务呢?
于是,NRF(网络存储库功能)被引入到5G核心网控制面,其提供“服务注册”,“服务授权”和“服务发现”功能,具体点讲,就是负责对网络功能服务注册登记、状态监测等,实现网络功能服务自动化管理、选择和可扩展,并允许每个网络功能发现其它网络功能提供的服务。
另外,还引入了NEF(网络开放功能),其解决了诸如AF(应用功能)之类的外部节点与5G核心网控制面中的节点之间基于SBA架构通信,比如AF可以通过NEF要求PCF将流量卸载到本地服务器。
  NWDAF(网络数据分析功能)  
不知你注意到没有,在上面的5GC SBA架构图中,还引入了一个新的功能——NWDAF(网络数据分析功能)。顾名思义,NWDAF就是提供网络分析的NF,引入它的目的是实现网络自动化。
NWDAF定义了收集什么样的数据,怎样将分析结果反馈到网络等内容。但是,如何具体分析收集的数据,这很难用标准化来规范。NWDAF从整网收集数据,并与AI结合,可在5G网络中实现从数据收集,到数据分析,再到结果反馈的闭环自动化流程。
  分布式UPF  
如上所述,在4G EPC中,SGW和PGW被分离为用户面节点,但在5GC中,只有UPF负责用户面,这是为了减少用户面节点数量来进一步减少网络时延。
下面你就能理解仅有一个UPF作为用户面的简洁设计所带来的好处了...
如上图,通常在面向行业专网的5G组网中会配置两个(或两个以上)的UPF,一个通过N6接口连接DN,一个部署于边缘节点并连接到本地服务器,负责将本地流量卸载到本地,保障数据不出园区和网络低时延。要是用户面有SGW和PGW两个网元功能,带来更多节点,岂不是太累赘?
  网络切片  
网络切片是个老熟人了,不用做太多介绍。
这里要介绍的是,通过网络切片,一个终端可以使用多个切片,好像最多可以连接8个切片。在切片网络中,AMF负责终端级的处理,例如用户身份验证和终端位置管理,因此,无论终端连接多少个切片,都由相同的AMF来负责处理。不过,每个切片都有单独的SMF和UPF,并分别连接不同的DN,这样终端上运行的多个应用可以通过各自的切片来保障网络能力,并且互不影响。
(0)

相关推荐

  • 重磅文档!3GPP 5G标准中文版《R16 TS 23.501 5G系统的架构》中文版

    3GPP 5G标准中文版<R16 TS 23.501 5G系统的架构>中文版翻译及英文原版下载地址: https://www.izhike91.com/429.htm,连接内容验证真实有效 ...

  • 重磅文档!3GPP 5G标准中文版《R15 TS 33.501 5G系统安全架构和过程》中文版

    3GPP 5G标准中文版<R15 TS 33.501 5G系统安全架构和过程>中文版翻译及英文原版下载地址: https://www.izhike91.com/429.htm,连接内容验证 ...

  • 第五讲:毕业设计的框架设计

    本讲我们来理清思路,如何把大数据思维融入毕业设计里面. 首先,前提是你已经知道了一个软件项目的制作,比如"基于分布式存储的学生档案管理系统"."基于分布式计算的图书管理系 ...

  • Circ Res:IL-10缺乏/炎症通过ILK富集抑制内皮祖细胞外泌体的心肌修复作用

    近日,美国天普大学Raj Kishore教授研究组在Circulation Research杂志(影响因子15.862)上发表文章,报道了IL10敲除小鼠的内皮祖细胞(EPC)分泌的外泌体失去了它们的 ...

  • 3GPP TS 23.501 5G 的系统架构 原创中文翻译

    4.2 架构参考模型 4.2.1 一般性描述 该规范描述了 5G系统的体系结构.5G架构定义为基于服务,网络功能之间的交互以两种方式表示. - 基于服务的表示,其中控制平面内的网络功能(例如 AMF) ...

  • 一文简单读懂制冷原理与空调

    正文如下: 一.风冷与水冷机组划分: 从制冷设备的换热器的形式上划分为: 1. 风冷式冷风机组(简称:风冷或空冷机组): 2. 风冷式冷水机组(简称:风冷冷水机组): 3. 水冷式冷风机组(简称:水冷 ...

  • 一份PPT看懂5G核心网,全面!

    本文将对5G核心网进行全面介绍,从核心网网络构架→核心网基本概念→5G核心网流程介绍,关于AMF.SMF.UPF.UDM.AUSF.NSSF等都进行了详细介绍,认真读完,可全面掌握"5G核心 ...

  • 两张图简单看懂4G与5G核心网的区别

    一  4G核心网架构 面向5G时代,预计随着流量陡增,4G核心网架构存在如下局限: 1)PGW存在潜在的流量瓶颈 在4G网络中,所有的数据面(用户面)流量都通过P-GW,这种集中式的架构尽管便于管理和 ...

  • 化学技术——简单读懂凝结水精处理

    什么是凝结水? 指锅炉产生的蒸汽在汽轮机做功后,经循环冷却水冷却凝结的水.由于热力系统不可避免的存在水汽损失,需向热力系统补充一定量的补给水(除盐水箱来水).主要包括:汽轮机内蒸汽做功后的凝结水.小机 ...

  • 减震技术丨一文快速读懂位移放大型阻尼器的理论研究及工程应用

    摘要 /ABSTRACT/ 传统的位移相关型阻尼器在结构变形较小时往往难以充分发挥工作性能.为此,可采用特殊的构造形式和安装方法,将结构的变形或位移放大数倍后再输入阻尼器,进而提高阻尼器的工作效率和耗 ...

  • ​如何读懂紫核?拆字+排列组合!

    近日,南京市规划和自然资源局公示了<南京市 NJDBd050 单元控制性详细规划>并开始征询公众意见. 这公示的名字很平常,就像有人说黄怡要来南京拍戏了,没有多少人有反应.但如果再告诉你黄 ...

  • 简单读懂甲状腺结节的彩超报告

    当你拿到自己的甲状腺彩超的报告,发现有结节时,是不是经常被里面的专业描述弄得一阵蒙圈?是不是感觉手足无措?有没有杂念纷呈,恐癌轻生,一时生无可恋?那么,接下来的内容,你有必要一观! 甲状腺结节的常见描 ...

  • 福柯:性与权力的关系丨一文通俗读懂!

    一.快感的享用 <性经验史>是福柯人生中的最后一部重要著作,他通过对性问题的历史考察,探究其背后的权力机制. 01. 对权力的哲学批判 <性经验史>涉及的性话题十分丰富,如&q ...

  • 精华文丨读懂《伤寒论》之辨寒热表里

    本文导读  <伤寒论临证六要素>拆书精华之寒热表里 欲明寒热,先明恒温机制.欲明恒温,必先知胃气津液.而欲明胃气津液,终必明生机大论. 本书的核心理论即是生机大论,王师复原了仲景以及之前医 ...