5G核心网技术标准发展概述

1、5G 核心网技术标准发展概述技术创新，变革未来5G核心网标准进展SA/CT标准进展概况5G网络架构、特性、关键技术两种表述漫游场景统一的数据存储管理移动性管理会话管理和业务连续性MEC网络切片QOS和PCC支持非3GPP接入协议栈架构25G网络的演进与操作场景架构3 = NSA网络迁移与EPC的E-UTRAN互操作5G网络支持的业务SMS语音业务LCS5G Phase 2阶段的研究工作3GPP SA和CT标准化进展3GPP SA2（系统架构）工作组重点负责5G核心网架构、功能和业务流程标准化2016H12016H22017H12017H22018H1段1 R14:研究项目（TR 23.799）

2、R15 标准项目:架构R15标准项目与功能R15 s:业务流程tage 3：协议规范段2R15 研究项目（SI）5G阶5阶标 准 组 及 输 出SA1：定义5G需求TS22.261SA2：定义网络架构、功能等；研究项目：2015.11-2016.12TR 23.799标准项目：2017.1-12 （阶段1）TS 23.501：架构、功能TS 23.502：业务流程TS 23.503：策略、计费控制SA3：5G的安全架构、安全功能等SA4：媒体编解码相关SA5：网络管理，切片的管理、计费等；SA6：应用相关，如紧急呼叫，API 框架CT1/CT3/CT4/CT6：stage-3相关工作2017.

3、9-2018.6NAS协议、网络节点之间的协议、USIM 卡和终端之间的交互等5G核心网络架构（PtP表述）AMFPCFUEUPFDNN7(R)ANN3N6N4N1N2AFN5SMFN11N9N8N10N14N15NSSFAUSFN13UDMN22N12Non-Roaming 5G System Architecture in reference point representation控制面会话管理控制功能 集中于SMF节点；用户面功能UPF抽 象为一个节点，支 持分布式架构；将鉴权认证功能与 接入控制、移动性 管理功能去耦合网络功能重新划分多样化的业务需求、新兴 IT 技术是5G新型核心网

4、网络架构的两大驱动因素四 大 特 性网络切片池组化网络资源端到端专用网络边缘计算用户面更贴近应用应用感知的网络按需重构网络架构控制转发分离按需网络功能提供网络能力开放统一的开放平台多种网络能力开放UE(R)ANUPFAFAMFSMFPCFUDMDNN6N1NRFNEFN3N2N4AUSFNausfNamfNsmfNpcfNnrfNnefNudmNafNSSFNnssf5G核心网络架构（SBA表述）5G System architecture控制面简化了接口设计参数传递优化支持网络功能的局部调整网络功能组间化，网络重构；利于业务流程的标 准化推进服务化架构的优势原子化CP功能实体 v.s. 功能

5、粒度高效、通用兼容未来需求控制平面引入服务化架构，高效满足网络重构、构建差异化网络切片等需求服务的划分和颗粒度服务的注册、发现、授权机制5G核心网络架构 （漫游场景）6归属地路由 vs 本地疏导拓扑隐藏统一的数据存储管理74G网络上下文和策略 数据分散在各个网元， 同步复杂集中管理有助于提升 网络服务的弹性和负 载平衡能力UDSFN18/NudsfAny NF信令控制和用户上下文存贮相互分离DSF可以是私有的，此时靠近NF；新型移动性管理可配置移动性状态按 需 的 移 动 性 管 理针对不同业务、不同终端的差异化的移动性需求，实现按需移动性管理实现信令、功耗的优化，保证业务性能参数和用户体验仅

6、上行业务 移动性“MICO ”移动性限制Communication patternMobility patternCNassistance parametersNAS level CM状态可配置；AS level RRC状态可配置；降低状态转换频度和复杂度部分寻呼功能下放Allowed区域：完整信令+数据Non-allowed区域：周期性位置更新Forbidden区域：UE不可发起业务No TAU in whole PLMN(s);Period TAU only in registration areaNo paging monitoringTAI list sent to RAN for a

7、ctivatingRAN level paging(e)DRX value或者Inactive time valueRRC InActive Enalbe/DisablePCF基于移动性类型确定CN确定启用RRC INACTIVE简化MM管理过程IDLEINACTIVECONNECTEDRRC状态IDLE优化MM状态CONNECTEDCN的状态De-Registered会话管理和业务连续性会话管理控制供聚于单个节点，用户面功能实现按需分布，多种业务连续性模式PCFUE(R)ANUPFDNN6N4N1N2AFN5DNUPFN4N3N3AMFSMFN10N11N6AUSFN13N8SMFN7N10

8、N11N7N15NSSFN22N12Applying non-roaming 5G System architecture for concurrent access to two (e.g. local and central) data networks (single PDU session option) in reference point representation支持IP、以太网以及un-structed 格式的用户数据;一个UE可以有多个SMF，一个SMF服务一类PDU会话；用户面UPF功能按需分布，比 如部署到与RAN、本地网络位 置比较临近的地方；UPF可选具有UL CL

9、功能，即上行报文分流；UP可选具有Branching Point 功能；引入SSC Mode:即业务连续性 模式；三种业务连续性模式10SSC模式1：不改变IP锚点，支持VoLTE等实时在线业务； SSC模式2：可变更IP锚点，支持容忍时延业务如网页浏览； SSC模式3：保持双IP锚点，支持在线直播类业务；Mobile Edge ComputingAF发送request给PCF；AF request中包含：业务流标识：如5元组、应用ID等N6接口的路由需求；某些应用位置相关信息；PCF基于运营商策略，将该request转换为traffic steering policy， 并发送给SMFtra

10、ffic steering policy包含：包含一系列traffic steering ID的list；traffic steering ID是配置在SMF中的， 描述了如何对traffic进行 routing;SMF基于traffic steering policy ，执行：为PDU SESSION进行UPF选择或者重选择；针对multi-homing or enforcement of an UL Classifier (UL CL)，激活路由机制；将UPF选择结果通知A具体实现：AF影响5G CN的用户面业务的路由应用功能随网关功 能下沉，部署到靠 近接入基站的位置5G网络支持在转发

11、路径上灵活的插入 分流点，引导对应 的数据流进入边缘 节点分流能力可向应用 开放，提供转发路 径优化和加速服务MEC功能网络切片网络切片的组成：端到端的概念NG-RAN，CN functions, N3IWF一个UE可以同时连接多个切片；AMF，PCF, NRF可以作为多切片共享功能；用于UE初始接入过程的切片选择功能NSSF独立设置；网络切片为端到端的逻辑网络功能和组网所需的资源的集合定义了的网络切片的类型：eMBB, cIoT终端支持的切片数量：8个SA5：负责：切片的管理，隔离等；Quality of ServiceANUECN_UPData packets from applicati

12、ons“NAS” filters(mapping packetsto QoS flows and apply marking)Mapping flows to DRBsPackets marked with “QoS Flow ID”PDU sessionPacket filters classify packets to SDFsApplication /Service LayerAN ResourcesServing GPDN GWeNBRadio BearerApplication / Service LayerUL-TFT RB-ID RB-ID S1-TEIDUEUL Traffic

13、 Flow AggregatesDL Traffic Flow AggregatesUL-TFTServing GWS1 BearerS5/S8 BearerPDN GWeNodeBDL-TFT DL-TFT S5/S8-TEIDUES1-TEID S5/S8-TEID4G: Two Unicast EPS bearers (GTP-based S5/S8)The principle for classification and User Plane marking for QoSFlows and mapping to AN Resources以承载为QoS单位，一个承载包含多个业务流建立承

14、载的开销较大（控制面和 用户面）仅支持标准化的QCI适配互联网业务QoS能力较弱核心网进行QoS flow粒度的控制，RAN侧支持灵活承载分离架构：控制面负责策略，用户面 负责执行支持动态定义的非标准化5QI支持reflective QoS，支持数据面触发的无线承载建立，提高了业务支持能力，减低了对UE和接入网的信令影响4G网络QoS机制5G网络QoS机制14QoS 新特性QoS：新特性基于QoS flow粒度的控制基于QoS flow粒度进行QoS控制；同一session的 多个QoS flow在核心网与接入网间使用统一的隧道 传输，数据包头增加QFI对QoS flow进行区分；AN打破1:

15、1 mapping，可以根据无线资源状况将多个QoS flow使用多个或者一个DRB传输；动态定义的非标准化5QI支持标准化QoS标识（5QI）；增加支持动态定义的5QI。 核心网可以根据业务需 求，灵活定义5QI，并将5QI的含义（PDB，PER 等）发送到ANIn-Band QoS控制机制支持session建立或者业务发起时用信令方式控制 AN建立相应无线资源；增加支持数据面触发的无线资源配置方式。对于 non-GBR的QoS flow并且采用标准化5QI的情况， 核心网不需要与AN进行信令交互，AN根据数据包头的QFI获知QoS需求，直接进行无线资源配置；数据包头的QFI基于业务数据流的

16、需求实时变化，实时满足业务需求；Reflective QoS机制根据收到的下行数据，UE不需要网络指示，根据 下行数据包头信息，可以直接生成相应的上行QoS rule，从而减少了与UE信令交互，增加了对互联网 业务的支持。对于reflective QoS机制的激活，可以采用在数据 包头增加RQI指示方式或者控制面激活方式进行。Policy and Charging ControlUser Data Repository (UDR)Network Exposure Function (NEF)Application Function (AF)Online Charging System (OCS

17、)Policy Control Function (PCF)N5Packet Filter Description Function (PFDF)SMFPNtPUdPSyPNuNetwork Data Analytics (NWDA)UPFN4N7N15N23AMFPGw以4G PCC架构为基础增加对控制面、用户面分离的支持；PCEF功能根据控制面用户面分离原 则拆分到SMF和UPF， SMF与PCF 直接接口。增加对移动性管理策略的支持；增加移动区域限制、RFSP、UE路 由选择（slice, DNN选择）等策略 控制。增加对网络数据分析的支持：NWDA可提供运营商的网络大数据分析。增加对第

18、三方应用的支持：通过NEF增加对第三方应用的支持Overall non-roaming 5G Policy framework architecture其它 问 题移动性管理相关策略还有哪些NWDA的拓展：和RAN相关的应用？发送给UE的策略的具体形式WIFI接入场景的业务分流策略5G网络:统一多接入网（支持非3GPP接入）17Untrusted Non-3GPPAccessN3IWF3GPPAccessData NetworkVPLMN1Non-3GPPNetworksUPFN3N6Y1Y2AMFSMFN2N4N3N11N1UPFAMFN2Data NetworkN6SMFN4N11UENw

19、uN1VPLMN2 or HPLMNRoaming architecture for 5G Core Network with non-3GPPaccess - N3IWF in the different PLMN from the 3GPP access支持非可信NON-3GPP接入的架构，更为灵活多样；引入更多控制功能，如QoS支持，多PDN连接；终端侧采用独立的NAS层状态；IP flow粒度的业务分流，在第二阶段研究；Untrusted Non- 3GPP AccessUEN3IWF3GPPAccessData NetworkHPLMNNon-3GPPNetworksUPFN3N6Y

20、1Y2AMFSMFN2N2N4N3 NWuN11N1N1统一AMF提供 接入服务统一鉴权框架，分离鉴权功能R15支持Ne-RAN和 WLAN统一接入5GCNon Roaming architecture for 5G Core Network with non-3GPPaccess - N3IWF in the same PLMN from the 3GPP access5G网络:协议栈架构N2UE5G-ANAMFNAS-MMNAS-MM5G-ANProtocol LayerRel5G-ANProtocol LayerayNG-APNG-APSCTPSCTPIPIPL2L2L1L1Contro

21、l Plane the UE and the AMF-NAS-MM: The NAS protocol for MM functionality supports registration management functionality, connection management functionality and user plane connection activation and deactivation. It is also responsible of ciphering and integrity protection of NAS signalling. 5G NAS p

22、rotocol is defined inTS 24.501 475G-AN Protocol layer: This set of protocols/layers depends on the 5G-AN. In case of NG-RAN, the radio protocol between the UE and the NG-RAN node (eNodeB or gNodeB) is specified in TS 36.300 30 and TS 38.300 27. In case of non-3GPP access, see clause 8.2.4.185G网络:协议栈

23、架构User Plane Protocol Stack, related to a PDU sessionPDU layer : This layer corresponds to the PDU carried between the UE and the DN over the PDU session. When the PDU session Type is IPV6, it corresponds to IPv6 packets ; When the PDU session Type is Ethernet, it corresponds to Ethernet frames ; et

24、c.-5G Encapsulation : This layer supports multiplexing traffic of different PDU sessions (possibly corresponding to different PDU session Types) over N3 (i.e. between AN and 5GC) or over N9 (i.e. between different UPF of the 5GC). It provides encapsulation on a per PDU session level. This layer carr

25、ies also the marking associated with a QoS Flow defined in clause 5.7.195G核心网标准进展SA/CT标准进展概况5G网络架构、特性、关键技术两种表述漫游场景统一的数据存储管理移动性管理会话管理和业务连续性MEC网络切片QOS和PCC支持非3GPP接入协议栈架构205G网络的演进与操作场景架构3 = NSA网络迁移与EPC的E-UTRAN互操作5G网络支持的业务SMS语音业务LCS5G Phase 2阶段的研究工作5G核心网演进与互操作:需要考虑的场景5G新无线技术采用非独立 部署（Non-Stand Alone）方 式，以

26、eNB为锚点的双连接 方式，接入4G EPC网络。5G新无线技术采用独立（Stand Alone）方式部署， 由NGX接口接入5G核心网， 5G的基站gNB可以为演进型 eNB提供锚点。5G新无线非独立部署，由 支持NGx接口的演进型eNB 作为接入5G核心网的锚点。21Option 3Option 4Option 7网络演进与互操作 ：被排除的场景2212568架构3 = 支持Non-Stand Alone NR的EPC功能增强基于REL-14已有的双链接架构，NR作为Secondary载波；MMES1-MMEXx-C LTE eNBLTE eNBgNBgNBS1-UXx-US1-U4G E

27、PC核心网控制面始终 锚定eNB；用户面存在三种选项3：eNB处分流3a：EPC处分流3x：gNB处分流option3option3xS-GWoption3a为满足NSA-option3的接入要求，R15对EPC架构和功能进行了必要的补充：能够识别支持NR双连接的用户终端，进行签约控制补充NR业务相关的服务质量标识（QCI）用户面选择时能参考终端的NR能力支持NR相关的数据报告和计费23网络迁移：从EPC到5GCHSS + UDM5G CNE-UTRANN1NRN1N2/ N3N2/ N3EPCS1EPC UE(E-UTRA only)EPC NASEPC NASEPC UE(E-UTRA +

28、 5G RAN DC)N1 UE(E-UTRAN with or without 5G RAN DC)N1 UE (NR)E-UTRANS1EPC NASFigure 5.17.1.1-1: Architecture for migration scenario for EPC and 5G CN支持不同能力终端接入到EPC或5G CN，实现网络的平滑演进。广播是否支持连接到5G CN；在UE的初始接入过 程中，根据UE在接 入层提供的是否支持 5G NAS的指示，为 UE择MME或者5G CN 节点；连接到EPC和5G CN 的E-UTRAN行为决定是接入到E- URTAN还是5G RAN；

29、根据AS层指示，选 择使用EPC NAS还是 5G NAS；24支持双NAS的终端 的行为与连接到EPC的E-UTRAN的互操作25UPF + PGW-UUE NxS5-US5-CS6aS11N1N2S1-U5GAMFS1-MMEHSS + UDMSMF + PGW-CN4N11N3PCF + PCRFN7N15N8UESGWMMEN10E-UTRAN当终端在E-UTRAN和5G RAN之间移动（切换）时，提供IMS话音业务的连续性。IP锚点等相关功能合设， 如PCF和PCRF、SMF和 PGW-C、UPF和PGW-U；MME和AMF之间引入N26 接口（可选），用于传递 终端的上下文；还需要

30、研究的内容QoS参数的映射？切换过程中承载的处理？沿用IP Address Preservation思想Figure 4.3.1-1: Non-roaming architecture for interworking between 5GS and EPC/E-UTRAN单注册 v.s 双注册5G核心网标准进展SA/CT标准进展概况5G网络架构、特性、关键技术两种表述漫游场景统一的数据存储管理移动性管理会话管理和业务连续性MEC网络切片QOS和PCC支持非3GPP接入协议栈架构265G网络的演进与操作场景架构3 = NSA网络迁移与EPC的E-UTRAN互操作5G网络支持的业务SMS语音业务

31、LCS5G Phase 2阶段的研究工作对Short Message Service业务支持27UEUDMSMSF(SMS Function)N1N21/NudmN20/NsmsfN8to/fromSMS-GMSC/SMS Routerto/fromSMS-GMSC/IWMSCSMS RouterUE AMFSMS-GMSC/ IWMSC/SMS RouterS6aSGdMMEE-UTRANHSSUuS1-MMES6c/CFigure C.2-1: SMS in MME ArchitectureVia CS Domain;Via PS Domain, NAS;3.Via IMS;短消息传递路径Figure 4.4.2.1-1: System Architecture for SMS over NAS5G SMS的