视频来源:51学通信《5G核心网基础、协议与信令流程》
一边学习一边整理老师的课程内容及试验笔记,并与大家分享,侵权即删,谢谢支持!
附上汇总贴:5GC基础自学系列 | 汇总_COCOgsta的博客-CSDN博客
5GC(SA)架构介绍
5GC主要网元及功能对比
5GC网络架构的主要变化
SBA架构网元的注册、发现与选择CUPS边缘计算MM和SM的分离计算与存储的解耦与非3GPP的互操作能力开放PCC架构的变化5G的市场驱动力4G主打B2C业务,但人均ARPU值已经接近饱和。如某运营商财报显示,2019年上半年4G用户平均ARPU值为50元左右。较往年无明显增长。
(简单说,人身上难增长,就从物身上想办法)基于此,5G将重点发力与各行各业的融合、物联网、更好的服务社会。
5G主打的三大应用场景
eMBB:增强型移动宽带(对带宽要求高)mMTC:海量机器类通信(低成本、海量连接数)uRLLC:超可靠低延迟通信(超低延迟)5G的应用场景5G规范时间表4G的第一版规范:R8(2008年)
NB-IOT的第一版规范:R13(2014年)
5G的第一版规范(含NSA和SA):R15(2018年)
主打eMBB5G的第二版规范(SA):R16(预计2020一季度)
主打MMTC和uRLLC以及网络的增强功能5G核心网主要功能概述5G核心网架构的主要功能概述
SBA的架构,4G以网元为中心->5G以功能、服务为中心CUPS(控制与用户面的分离)网络切片(怎么切?怎么选?)移动性管理和会话管理的分离统一的认证框架(3GPP和非3GPP)边缘计算能力开放计算与存储的解耦新的Qos框架网元平台向NFV/SDN的演进语音业务继续沿用IMS。。。5G核心网相关的主要规范5GC网络架构表述SBA(Service-Based Architecture)架构:
每个网元对外暴露多种服务,其他网元通过HTTP API的形式来调用该服务对外暴露的接口称之为SBI,书写格式以大写N开头,加上小写的网元名字,如Namf当有业务需要时,任意核心网网元之间均可以直接互访。没有限制。参考点架构:
功能和SBA架构是一样的。但为了方便交流,给需要互访的两个网元之间依然制定了参考点,以大写的N开头,后面跟一个数字。如N11代表AMF和SMF之间的接口。交流时如果N11有故障,马上知道是AMF和SMF,如果Namf,则不确定是具体哪里有问题。注意:并不是所有网元都有SBI接口(或者对外暴露服务),只有核心网控制面网元才有SBI接口。如RAN、UPF都没有SBI接口。依然采用传统的点到点接口,如N2。
5G网络架构构成5G网络 = UE + 5G-RAN + 5GC,其中SA的5G网络下,5G-RAN就是gNodeB。
gNodeB构成(举例)gNodeB = AAU + CU + DU
3GPP所定义的5GC网元3GPP的5G架构在23.501中定义,v15.4版本(2018年12月)一共定义了以下主要的5GC网元。
5GC网元部署时的合设为支持5G和4G网络平滑切换及互操作,有很多4G/5G网元在部署时会是合设的。
5GC网络架构变化之一:SBA4G重网元(NF),5G重网元服务。产品架构也利于向微服务化架构(虚拟机->容器)演进。提升灵活性。
网元功能被拆分成一个或多个服务(更小、更微):
每个网元的服务可以被其他控制面网元直接调用通过HTTP2协议,API的形式调用每个SBA网元都有一个29系列规范,其本质是一个API调用手册。以UDM为例:5GC网络架构变化之二:5GC中的网元注册、发现和选择5GC中引入了SBA架构,每个网元都需要支持多种服务并引入了HTTP2作为SBI接口的唯一协议,因此网元的选择和发现不再依赖DNS,而是引入了NRF网元来完成。
同样也是三部曲:
新网元上线后,主动向NRF注册自己的信息(地址和能力信息)NRF登记该网元信息,供其他网元选择其他网元查询NRF,选择自己需要的网元4G EPC和5GC网元发现和选择方面的主要异同:
5GC网络架构变化之三:CUPSCUPS(Control Plane User Plane Seperation)即控制平面与用户平面的分离,有利于业务的集中控制。
最早在3GPP R14中提出,可应用于4G、5G NSA和5G SA核心网。
可支持边缘计算、切片、分布式云化部署以及和SDN的集成。
CUPS架构图(5G EPC vs 5GC)5G EPC中是Sx接口,5GC中是N4接口,协议都采用PFCP协议(29.244)
5GC网络架构变化之四:MM和SM的分离作为MME的演进,AMF不再负责SM(会话管理),会话管理交给专门的网元SMF来处理。
插曲:回顾通信网络的那些“分离”5GC网络架构变化之五:边缘计算为支持URLLC此类延迟高度敏感的业务,光提升延迟是不够的,还得依赖于架构的优化。将延迟敏感类业务通过5G网络分流到本地服务器就是这样一种设计,也叫边缘计算。
5GC中的边缘计算是通过ULCL(上行分类器,适用于IPv4/v6)和Branching Point(IPv6)两种方法来实现的。首推ULCL。
架构图如下所示:
5GC网络架构变化之六:计算与存储的解耦UDSF:Unstructured Data Storage Function
AMF的容灾方案(已部署UDSF)5GC网络架构变化之七:对非3GPP网络的支持为支持和非3GPP网络互操作,引入了N3IWF网元。
和4G的主要差别在于实现了控制和用户面的分离:
4G的非3GPP主要互操作接口->S2b:ePDG - PGW(CP+UP)5G的非3GPP主要互操作接口->N2:N3IWF-AMF(CP) + N3:N3IWF - UPF(UP)5G支持和以下非3GPP网络互操作:
非可信WIFI(R15):即非运营商建的WIFI网络非可信+可信WIFI(R16):即运营商建的WIFI网络5GC网络架构变化之八:能力开放(拥抱各行各业)4G改变生活(B2C),5G改变社会(B2B2X)
商业模式的改变,意味着5G网络需要加强和社会各行业的互动,而且是自动化的(不是来一个需求就去静态修改很多网元的配置)、有标准的规范(而不是某厂家私有方案)
NEF(Network Exposure Function)应运而生。
能力开放及NEF网元功能简介 - NEF网元的主要功能(23.501)QoS能力开放
例如:第三方AF可请求为某个业务流量进行加速或保障移动性状态事件订阅(只要你感兴趣且合规,我就开放给你)
例如:第三方AF可向5GC订阅UE的可达性、某TA下UE总数、漫游状态等AF请求的流量引导(或叫流量疏导)
例如:AF可请求5GC对特定业务流重定向到特定的UPF下AF请求的参数发放
例如:AF可通过NEF,修改UDM中的用户参数,如期望的UE移动轨迹参数PFD管理
即:由第三方AF提供的应用检测规则,可由AF通过NEF下发给SMF,SMF发给UPF用于应用检测。可以更精准的做应用检测。5GC网络架构变化之九:PCC架构的变化和4G相比,变化不是很大。主要有以下差别:
PCF和PCRF功能基本相同,完成QoS策略控制、业务授权、门控、使用量监控等功能PCEF因为引入了CUPS,拆分成PCEF-CP(即SMF)和PCEF-UP(即UPF)新增NWDAF网元,可生成网络状态报告(如网络拥塞状态)并提供给PCF,用于制定策略离线和在线计费合并为CHF网元实现PCF只负责前端的业务处理,用户数据存放在后端的UDR中