5G系统架构__李少侠_的博客-程序员秘密_5g架构

技术标签: 5G  网络  运维  5G与MEC  系统架构  

5G系统概念

5G系统架构定义为支持数据连接和服务,使部署能够使用NFV(网络功能虚拟化)和SDN(软件定义网络)等技术。

关键的原则和概念:

  • 将用户平面(User Plane, UP)功能与控制平面(Control Plane, CP)功能分离,允许独立的可扩展性、演化和灵活的部署,例如集中位置或分布式(远程)位置。
  • 模块化功能设计,例如实现灵活高效的网络切片
  • 只要适用,将网络过程(即网络功能之间的交互集)定义为网络服务,这样就可以重用它们。
  • 如果需要,允许每个网络功能(NF)和它的NF服务直接或间接地与其他NF和它的NF服务交互。该体系结构并不排除使用另一个中间功能来帮助路由控制平面消息(例如DRA)。
  • 最小化接入网(Access Network)和核心网(Core Network)之间的依赖关系。该架构定义为一个具有公共AN - CN接口的融合核心网络,集成了不同的接入类型,如3GPP接入和非3GPP接入。
  • 支持统一的身份认证框架。
  • 支持“无状态”网络功能,其中计算资源与存储资源解耦。
  • 支持能力开放。
  • 支持对本地和集中服务的并发访问。为了支持低延迟业务和本地数据网络接入,用户面功能可以部署在靠近接入网的地方。
  • 支持漫游,包括归属路由流量以及访问PLMN中的本地疏导流量。

5G系统架构组成

5G系统架构包含以下网络功能:

  • AUSF:Authentication Server Function,认证服务器功能
  • AMF:Access and Mobility Management Function,接入和移动管理功能
  • DN:Data Network,数据网络
  • UDSF:Unstructured Data Storage Function,非结构化数据存储功能
  • NEF:Network Exposure Function,网络曝光功能/能力开放功能
  • NRF:Network Repository Function,网络存储库功能
  • NSSAAF:Network Slice Specific Authentication and Authorization Function,特定网络切片认证授权功能
  • NSSF:Network Slice Selection Function,网络切片选择功能
  • PCF:Policy Control Function,策略控制功能
  • SMF:Session Management Function,会话管理功能
  • UDM:Unified Data Management ,统一数据管理
  • UDR:Unified Data Repository,统一数据存储库
  • UPF:User Plane Function,用户面功能
  • UCMF:UE radio Capability Management Function,终端无线能力管理功能
  • AF:Application Function,应用功能
  • UE:User Equipment,用户设备
  • AN:(Radio) Access Network,(无线)接入网
  • 5G-EIR:5G-Equipment Identity Register,5G设备标识寄存器
  • NWDAF:Network Data Analytics Function,网络数据分析功能
  • SEPP:Security Edge Protection Proxy,安全边缘保护代理
  • SCP:Service Communication Proxy,服务通信代理

5G系统架构

非漫游5G系统架构,采用的是基于业务接口(service-based)的表现形式,也叫SBA架构:

在这里插入图片描述

基于参考点展示的非漫游5G系统架构:

在这里插入图片描述

AUSF

支持3GPP接入和不受信任的非3GPP接入的认证

AMF

  • 是NAS信令(MM消息)接口(N1)和RAN信令接口(N2)的终结点,
  • 负责NAS消息的加密和完保、负责注册、接入、移动性、鉴权、透传短信等功能,
  • 此外在和EPS网络交互时还负责Eps Bearer Id的分配。AMF可以类比于4G的MME实体。

SMF

  • NAS消息的SM消息的终结点;
  • 会话(session)的建立、修改、释放;
  • UE IP的分配管理;
  • DHCP功能;
  • ARP代理或IPv6邻居请求代理(Ethnet PDU场景下)
  • 为一个会话选择和控制UPF;
  • 计费数据的收集以及支持计费接口;
  • 决定一个会话的SSC模式;
  • 下行数据指示;

UPF

  • RAT移动性的锚点;
  • 与数据网络互连的外部PDU会话点;
  • 分组路由和转发;
  • 用户面部分的策略规则实施,例如门限控制,重定向,流量转发;
  • 合法拦截;
  • 流量使用报告;
  • 用户面的QoS处理

PCF

  • 支持统一的策略框架去管理网络行为;

  • 为控制面功能提供策略规则以强制执行他们

  • 访问统一数据仓库(UDR)中与策略决策相关的订阅信息

NEF

  • 网元通过NEF将其能力暴露给其它网元的;
  • 将相关信息存储到NDR中、也可以从NDR获取相关的信息,NEF只能访问和其相同PLMN的NDR;
  • 提供相应的安全保障来保证外部应用到3gpp网络的安全;
  • 内部和外部相关信息的转换,例如AF-Service-Identifier和5G核心网内部的DNN, S-NSSAI等的转换,尤其是网络和用户敏感信息一定要对外部网元隐藏掉;
  • 通过访问NDR获取到其它网元的相关信息,NEF只能访问和其相同PLMN的UDR。

NRF:

  • 网络贮存功能实体;
  • 支持业务发现功能,也就是接收网元发过来的NF-Discovery-Request,然后提供发现的网元信息给请求方
  • 维护可用网元实例的特征和其支持的业务能力;
  • 一个网元的特征参数主要有:网元实例ID、网元类型、PLMN ID、网络分片的相关标识(如S-NSSAI、NSI ID)、网元的IP或者域名、网元的能力信息、支持的业务能力名字等等}。

UDM

  • 生成 3GPP AKA 身份验证凭据;
  • 存储和管理5G系统的永久性用户ID(SUPI);
  • 订阅信息管理;
  • MT-SMS递交;
  • SMS管理;
  • 用户的服务网元注册管理(比如当前为终端提供业务的AMF、SMF等)

UDR

  • UDM存储订阅数据或读取订阅数据;
  • PCF存储策略数据或者读取策略数据;
  • 存储暴露的数据或者从中读取暴露的数据;
  • UDR和访问其的NF具有相同的PLMN,也就是同一个网络下,也即Nudr接口是一个PLMN内部接口

NSSF

  • 选择为UE服务的网络切片实例集
  • 确定允许的NSSAI,并在必要时确定到订阅的S-NSSAI的映射
  • 确定已配置的NSSAI,并在需要时确定到已订阅的S-NSSAI的映射
  • 确定要用于服务UE的AMF集,或者基于配置,可能通过查询NRF来确定候选AMF的列表
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