5G5G 核心网5GC基本架构,5g核心网架构
终极管理员 知识笔记 129阅读
式使得 5G 网络真正面向云化Cloud Native设计具备多方面优点如便于网络快速升级、提升网络资源利用率、加速网络新能力引入以及在授权的情况下
开放给第三方等。
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。
十大关键原则和概念是
1、 将用户平面UP功能与控制平面CP功能分开允许独立的可扩展性演进和灵活部署例如集中位置或分布式远程位置。
2、 模块化功能设计例如以实现灵活和有效的网络切片。
3、 在适用的情况下将流程即网络功能之间的交互集定义为服务以便可以重复使用它们。
4、 如果需要允许每个网络功能直接与其他 NF 交互。该体系结构不排除使用中间函数来帮助路由控制平面消息例如像 DRA。
5、 最小化接入网络AN和核心网络CN之间的依赖关系。 该架构由融合核心网络和共同的 AN-CN 接口定义该接口集成了不同的接入类型例如 3GPP 接入和非 3GPP 接入。
6、 支持统一的身份验证框架。
7、 支持“无状态”NF其中“计算”资源与“存储”资源分离。
8、 支持网络能力对外开放开放接口非 3GPP 网络也可以接入。
9、 支持并发接入到本地和集中服务。为了支持低延迟服务接入到本地数据网络UP 功能可以部署在接入网络附近。
10、 支持漫游包括归属路由区流量以及访问 PLMN 中的本地之外流量。
3. 不同场景下的网络架构 5G 核心网系统架构主要由网络功能NF组成采用分布式的功能根据实际需要部署新的网络功能加入或撤
出并不影响整体网络的功能。这些网络功能的具体功能描述在第 6 章 5G 核心网的详细描述中讲解。
基于服务接口的 5G 系统网络架构
上描述了非漫游参考架构基于服务的接口在控制平面内使用。其中黄色部分为控制面的网络功能NF
蓝色为用户面的网络功能Nnssf 等为网络功能之间的接口。我们可以看到在控制面功能中接口已经不是传统
意义上的一对一而是由一个总线结构接入每个网络功能通过接口接入一个类似于计算机的总线结构这个 5G
看似简单的变更却为网络部署带来极大的便利因为每个网络功能的接入或撤走只需要按规范进行即可而
不用顾及其它网络功能的影响相当于总线建立了一个资源池。
基于参考点的 5G 系统网络架构
但同时为了兼容以前的网络也顺承了以前接口的概念这里成为参考点就是下图的 Nx,如下图所示
上图描述了非漫游情况下的 5G 系统架构使用参考点表示显示了各种网络功能如何相互作用。
注意
N9N14 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 UDSFNEF 和 NRF。但是所有描述的网络功能都可以根据需要与 DSFUDRNEF 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
上图描述了 UE 使用参考点表示同时访问使用多个 PDU 会话的两个例如本地和中央数据网络的
非漫游架构。此图显示了多个 PDU 会话的体系结构其中为两个不同的 PDU 会话选择了两个 SMF。但是每个 SMF还可以具有在 PDU 会话内控制本地和中央 UPF 的能力。
单个 PDU 会话接入两个数据网络
单个 PDU 会话也可以接入多个数据网络例如在密集热点地区运营商提供了多个网络那么用户单个 PDU
会话接入多个数据网络即使其中一个网络出现问题并不会影响用户体验这就为 5G 的可靠性提供了充足的保
障。
上图描述了在使用参考点表示在单个 PDU 会话内提供并发接入到两个例如本地和中央数据网络的情
况下的非漫游体系结构。
网络开放的 5G 系统架构
5G 核心网中的网络功能 NEF网络开放功能向外提供其它网络的接入同时南向又可以接入所有的自
有网络功能既实现开放又保障网络安全。
上图中NEF 的信任域与 SCEF 的信任域相同。
上图中3GPP 接口表示 NEF 和 5GC 网络功能之间的南向接口例如 NEF 和 SMF 之间的 N29 接口
NEF 和 PCF 之间的 N30 接口等。为简单起见未示出 NEF 的所有南向接口。
下图描述了 5G 系统漫游架构在控制平面内具有基于服务的接口的本地分汇。
本地分汇漫游接入指漫游用户通过拜访网络的网关 V-PGW 接入获取相应的业务业务的提供者可以是归
属网络也可以是拜访网络。在 LBO 架构中VPLMN 中的 PCF 可以与 AF 交互以便为通过 VPLMN 传送的服务生成 PCC 规则。VPLMN 中的 PCF 根据与 HPLMN 运营商的漫游协议使用本地配置的策略作为 PCC 规则生成的输入VPLMN 中的 PCF 没有来自 HPLMN 的用户策略信息的接入。
下图描述了在控制平面内具有基于服务的接口的归属路由场景的情况下的 5G 系统漫游架构。
下图描述了使用参考点表示的本地分汇场景的 5G 系统漫游架构
NRF 未在参考点架构图中描述。有关 NRF 和 NF 接口的详细信息请参考下图。为清楚起见在漫游参考
点架构图中未描绘 SEPP。
下图 描述了在使用参考点表示的归属路由场景的情况下的 5G 系统漫游架构
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 PLMNCP 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
如图所示5G 系统架构允许 UDMPCF 和 NEF 在 UDR 中存储数据包括 UDM 和 PCF 的用户数据和策略数据用于开放和应用数据的结构化数据包括数据包流 NEF 对应用检测的描述PFD多个 UE 的 AF 请
求信息。
UDR 可以部署在每个 PLMN 中它可以提供不同的功能如下所示
部署在每个 PLMN 中的 UDR 都可以存储漫游用户的应用数据。可以在网络中部署多个 UDR每个 UDR 可以容纳不同的数据集或子集例如用户数据用户策略数据用于展示的数据应用数据和/或服务于不同的 NF
组。UDR 为单个 NF 提供服务并存储其数据因此提供了灵活部署的可能性可以灵活与 NF 集成的部署。上图 中 UDR 的内部结构仅供参考具体根据网络需要部署。Nudr 接口是为网络功能即 NF 服务用户定义的例
如 UDMPCF 和 NEF接入是一组特定的数据存储和读取更新包括添加修改删除和用户 UDR 中相关数据变更的通知。通过 Nudr 访问 UDR 的每个 NF 服务用户应能够添加修改更新或删除它有权更改的数据。此授权应由 UDR 根据每个数据集和 NF 服务使用者基础执行并且可能基于每个 UE 用户粒度执行。
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。基于服务的 Nudr 接口定义由 3GPP 定义数据集公开信息单元的内容和格式/编码确定。此外NF 服务用户
可以从 UDR 获取接入操作员特定数据集以及每个数据集的操作员特定数据。值得注意的是运营商特定数据和运
营商特定数据集的内容和格式/编码不受标准化的约束存储在 UDR 中的不同数据的组织形式也不是标准化的。
与 EPC 互通非漫游架构
上图表示 5GS 和 EPC / E-UTRAN 之间互通的非漫游架构N26 接口是 MME 和 5GS AMF 之间的 CN间接口以实现 EPC 和 NG 核心之间的互通。网络中支持 N26 接口是互通的可选项N26 支持 S10 支持的功能子集对互通至关重要。PCF PCRFPGW-C SMF 和 UPF PGW-U 专用于 5GS 和 EPC 之间的互通这是可选
的基于 UE MM 核心网络能力和 UE 用户。不受 5GS 和 EPC 互通的 UE 可以由不专用于互通的实体服务即通过PGW / PCRF 或 SMF / UPF / PCF 服务。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 朝向另外的 UPF。本规范中的图和流程描述的 SGW没有区分 SGW是作为单片 SGW 部署还是作为 SGW 分开其控制平面和用户平面功能。
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。
支持非 3GPP 接入的一般概念
5G 核心网络支持通过非 3GPP 接入网络例如 WLAN 接入连接 UE。本节中仅描述了部署在 NG-RAN 之
外的非 3GPP 接入网络称为“独立”非 3GPP 接入的支持。在此版本的规范中5G 核心网仅支持不受信任的非
3GPP 访问。
**N3IWF 功能**非 3GPP 接入网络应通过非 3GPP 互通功能N3IWF连接到 5G 核心网络。N3IWF 分别通过
N2 和 N3 接口连接 5G 核心网 CP 和 UP 功能。
N2 和 N3 参考点分别用于将独立的非 3GPP 接入连接到 5G 核心网络控制平面和用户平面功能。在 UE 连接
之后通过独立的非 3GPP 接入访问 5G 核心网的 UE 应使用 N1 参考点支持具有 5G 核心网控制平面功能的 NAS信令。当 UE 通过 NG-RAN 和独立的非 3GPP 接入连接时UE 应存在多个 N1 实例即 NG-RAN 上应有一个 N1实例非 3GPP 接入上应有一个 N1 实例。
如果所选择的 N3IWF 与 3GPP 接入位于相同的 PLMN 中则通过 3GPP 接入和非 3GPP 接入同时连接到
PLMN 的相同 5G 核心网络的 UE 将由同一个 AMF 服务。当 UE 连接到 PLMN 的 3GPP 接入时如果 UE 选择 N3IWF并且 N3IWF 位于与 3GPP 接入的 PLMN 不同的 PLMN 中例如在不同的 VPLMN 或 HPLMN 中则服务 UE 由两个 PLMN 分开。UE 注册了两个独立的 AMF3GPP 接入上的 PDU 会话由 V-SMF 提供服务不同于通过非 3GPP 接入服务 PDU 会话的 V-SMF。3GPP 接入的 PLMN 选择不依赖于 N3IWF 选择。如果 UE 通过非 3GPP 注册则UE 独立于 N3IWF 所属的 PLMN 执行 3GPP 接入的 PLMN 选择。
UE 应与 N3IWF 建立 IPSec 通道以通过不可信的非 3GPP 接入连接到 5G 核心网络。在 IPSec 通道建立过程
中UE 应由 5G 核心网络认证并连接到 5G 核心网络。有关 UE 通过不可信的非 3GPP 接入连接到 5G 核心网络的更多详细信息我们在后面的核心网流程上会有更详细描述。在 UE 上通过该接入的所有 PDU 会话已经释放或移交给 3GPP 接入之后应该可以通过非 3GPP 接入维持与 AMF 的 UE NAS 信令连接。
独立非 3GPP 接入上的 N1 NAS 信令应使用与 3GPP 接入的 N1 相同的安全机制进行保护。支持 UE 和 N3IWF
之间的用户平面 QoS 区分。
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 AMFSMF 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
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
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 AMFSMF 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 AMFUE 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
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
N2N3N4N6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。
5G 系统架构包含以下基于服务的接口
NAMFAMF 展示的基于服务的接口。
NsmfSMF 展示的基于服务的接口。
NnefNEF 展示的基于服务的接口。
NPCFPCF 展示的基于服务的接口。
NudmUDM 展示的基于服务的接口。
NAFAF 展示的基于服务的接口。
NnrfNRF 展示的基于服务的接口。
NnssfNSSF 展示的基于服务的接口。
NausfAUSF 展示的基于服务的接口。
NudrUDR 展示了基于服务的接口。
NudsfUDSF 展示的基于服务的接口。
N5g-EIR5G-EIR 展示的基于服务的接口。
NnwdafNWDAF 展示的基于服务的接口。
NsmsfSMSF 展示的基于服务的接口。
5G 系统架构包含以下参考点
N1: UE 和 AMF 之间的参考点。
N2: RAN 和 AMF 之间的参考点。
N3: RAN 和 UPF 之间的参考点。
N4: SMF 和 UPF 之间的参考点。
N6: UPF 和数据网络之间的参考点。
本规范的版本中未指定充当上行链路分类器的 UPF 与本地数据网络之间的 N6 的流量转发细节。
N9: 两个 UPF 之间的参考点。
以下参考点显示了 NF 中 NF 服务之间存在的相互作用。这些参考点通过相应的基于 NF 服务的接口并通过指定所
识别的用户和生产者 NF 服务以及它们的交互来实现以便实现特定的系统过程。
N5: PCF 和 AF 之间的参考点。
N7: SMF 和 PCF 之间的参考点。
N24: 访问网络中的 PCF 与归属网络中的 PCF 之间的参考点。
N8: UDM 和 AMF 之间的参考点。
N10: UDM 和 SMF 之间的参考点。
N11: AMF 和 SMF 之间的参考点。
N12: AMF 和 AUSF 之间的参考点。
N13: UDM 和认证服务器之间的参考点用于 AUSF。
N14: 两个 AMF 之间的参考点。
N15: 在非漫游场景的情况下 PCF 和 AMF 之间的参考点在访问网络中的 PCF 和在漫游场景的情况下的 AMF。
N16: 两个 SMF 之间的参考点在访问网络中的 SMF 和归属网络中的 SMF 之间的漫游情况下。
N17: AMF 和 5G-EIR 之间的参考点。
N18: 任何 NF 和 UDSF 之间的参考点。
N22: AMF 和 NSSF 之间的参考点。
N23: PCF 和 NWDAF 之间的参考点。
N24: NSSF 和 NWDAF 之间的参考点。
N27: 访问网络中的 NRF 与归属网络中的 NRF 之间的参考点。
N31: 访问网络中的 NSSF 与归属网络中的 NSSF 之间的参考点。
在某些情况下可能需要将几个 NF 相互关联以服务于 UE。
除了上面的参考点之外SMF 和计费系统CDF 和 OCS之间还有接口/参考点。在本说明书的架构图示中未描
绘参考点。
N32: 拜访网络中的 SEPP 与归属网络中的 SEPP 之间的参考点。
N33: NEF 和 AF 之间的参考点。
N40: SMF 和 CHF 之间的参考点。
N50: AMF 和 CBCF 之间的参考点。
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。
持续更新中…