5G對于移動網絡運營商來說是一個分水嶺事件。它是數字化轉型的高潮，使網絡運營商能夠在物聯網 （IoT） 世界中提供廣泛的增值服務和功能，并獲得臨界質量。

在今天的專欄中，我將深入探討新的 5G 核心網絡架構和組件描述。與所有新技術一樣，引入了大量新的助記符，我將盡我所能對它們進行定義。

5G核心網基礎

5G 基礎技術涉及網絡功能虛擬化 （NFV） 和軟件定義網絡 （SDN）。NFV 虛擬化網絡功能，從而顯著提高針對流量負載和服務類型擴展網絡功能的能力。SDN 提供了一種機制，通過該機制可以有效且高效地執(zhí)行流量劃分、服務質量和網絡管理。

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

5G核心網架構

下圖1展示了基于5G非漫游服務的系統(tǒng)架構。

圖 1。5G系統(tǒng)架構

圖 2 顯示了網絡功能如何相互交互。

圖 2。5G 參考點表示

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

網絡切片選擇功能 （NSSF） 基于 UE 附著期間提供的信息選擇網絡切片實例 （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。網絡暴露功能（NEF）暴露了整個 5G 核心網絡服務和能力。

網絡存儲庫功能 （NRF） 維護網絡功能配置文件并在切片內執(zhí)行服務發(fā)現。

核心網絡 （CN） 的三個主要網絡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絡的移動性管理、應用會話管理和應用內容流。

在 5G 中創(chuàng)建切片

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

這個想法是客戶將為他們想要在網絡切片上運行的應用程序提供他們的帶寬、容量和延遲要求。移動運營商根據當前的網絡狀態(tài)和負載進行需求分析，創(chuàng)建服務級別協議，并為切片分配必要的容量和帶寬。創(chuàng)建切片后，租戶使用網絡切片運行他們的應用程序，他們可以確信網絡切片將遵守服務級別協議。

5G核心運營

網絡操作從用戶設備 （UE） 與網絡的連接管理開始。接入網選擇一個AMF來接收UE注冊請求。UE 請求消息包括網絡切片選擇輔助信息 （NSSAI），它幫助核心網絡確定服務 AMF 或是否應使用默認 AMF。為請求提供服務的 AMF 可以查詢統(tǒng)一數據管理 （UDM） 以獲取 UE 訂閱信息，其中包括它們可用的網絡切片。如果 AMF 中的 UE 上下文沒有與所請求的訪問類型對應的切片訪問信息，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的會話管理功能 （SMF） 執(zhí)行應用會話建立。5G架構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進行接入網資源建立。一旦接入網絡資源建立，RAN 通過 N2 向 AMF 發(fā)送會話建立響應。這會導致 AMF 向 SMF 發(fā)送 PDU 會話更新消息，從而導致 SMF 和 UPF 之間的會話更新交換。

再加上機動性的復雜性。當 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，網絡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 正在其中進行通信的活動切片。

例如，假設我們的 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。當前的RAN節(jié)點切換準備開始。該 RAN 節(jié)點向 AMF 發(fā)送“需要切換”消息。AMF 將帶有 PDU 會話信息和網絡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 會話列表進行響應。收到后，AMF 將切換命令發(fā)送到舊 RAN 節(jié)點，從而進行轉換。請注意，切換并不能保證所有活動會話都將得到維護——這是新 RAN 節(jié)點的能力和訪問權限的函數。

最后的想法

向 5G 演進可以說是移動運營商曾經嘗試過的最大的事業(yè)。正如您現在所知道的，所有服務和消息傳遞接口都需要支持切片，并且需要核心網絡架構中的新功能來管理和保護網絡切片。它不會一蹴而就，但當 5G 核心網絡開始推出時，它將成為數字化轉型和我們新的物聯網無處不在的世界的巨大催化劑。

審核編輯：郭婷