核心网基础知识

核心网基础知识一、5GSA核心网体系架构5GSA核心网采用服务化架构（SBA），包括AMF、SMF、UPF、AUSF、UDM、PCF、UDR、NSSF、NRF等多种NF（网络功能），系统架构如下图所示：5GSA核心网基于服务化接口的网络架构（非漫游）5GSA核心网各类NF的主要功能如表2、1-1所示，网络功能主要有：AMF（AccessandMobilityManagementFunction）：接入及移动性管理功能，处理NAS信令、接入安全验证、5G用户的网络接入控制、注册管理、连接管理、业务请求、移动性限制、用户可达性管理、基于Xn/N2切换、网元选择等。SMF（SessionManagementFunction）：会话管理功能，负责5G用户的会话的生命周期管理、数据路由选择、业务连续性管理、策略规则匹配以及流量计费处理等。UPF（UserplaneFunction）：用户平面功能，负责用户数据报文的路由转发、业务识别、策略执行、计费流量上报等用户面功能。UDM（UnifiedDataManagement)：统一数据管理功能，基于存储于UDR中的用户签约数据（包含鉴权数据），为用户提供接入授权、注册等服务。UDR（UnifiedDataRepository）：统一数据存储功能，提供5G用户签约数据的存储/读取/订阅/通知等功能。PCF（PolicyControlFunction）：策略控制功能，提供5G用户的接入控制、切片选择等非会话类策略管理以及会话控制、QoS控制等功能。AUSF（AuthenticationServerFunction）：认证服务器功能，负责用户从5GC网络接入时的鉴权。NEF（NetworkExposureFunction）：能力开放功能，提供5GC各网元能力的开放的入口。NSSF（NetworkSliceSelectionFunction）：网络切片选择功能，提供UE的切片选择、切片对应的AMF选择以及基于TA的切片信息更新/订阅/去订阅/通知/删除等服务。NRF（NFRepositoryFunction）：网络注册功能，负责5GC服务化网元的服务管理、服务发现和服务授权。BSF（BootstrappingServerFunction）：绑定支持功能，提供UE的PDU会话上下文信息的管理和查询等功能，包括该UE所注册的PCF地址等信息。SMSF（ShortMessageServiceFunction）：短消息服务功能，通过5GNAS信令传递短消息业务，提供5GNAS短信用户的注册和转发等功能。CHF（ChargingFunction）：计费功能，负责在线计费消息转发和离线话单生成、存储。UDSF（UnstructuredDataStoragenetworkfunction）：非结构化数据存储功能，任何NF都可以将信息存储和检索为非结构化数据。NWDAF（NetworkDataAnalyticsFunction）；网络数据分析功能，为NF提供特定切片的网络数据分析。5GSA核心网各类NF功能网络功能中文名称与4G核心网网元对比AMF接入和移动性管理功能MME中NAS接入控制功能SMF会话管理功能MME、SGW-C、PGW-C中会话管理控制功能UPF用户平面功能SGW-U、PGW-U用户平面功能UDM统一数据管理HSS-FEUDR统一数据存储HSS-BE、SPRPCF策略控制功能PCRFAUSF认证服务器功能HSS中鉴权功能NEF网络能力开放SCEFNSSF网络切片选择功能5G新增，用于网络切片选择NRF网络注册功能5G新增，类似增强DNS功能，用于NF注册、发现、授权BSF绑定支持功能VoLTE会话绑定功能SMSF短消息服务功能MME中SGd接口功能，完成UE和AMF之间的NAS信令传送CHF计费功能4GCDF+OCF的组合，实现离线计费和在线计费的融合UDSF非对称数据存储5G新增，用于非结构化数据存储功能NWDAF网络数据分析功能5G新增，用于网络切片相关数据的分析二、IMS系统架构及网元功能1、IMS系统架构根据技术体制确定的CM-IMS核心网目标架构，VoLTE/VoNR、IMS固网和呼叫中心等的控制层融合组网，同时满足VoLTE/VoNR、IMS固网用户和呼叫中心等业务需求。IMS系统架构如下：IMS网络系统结构2、主要网元功能（1）I/S/E-CSCF/BGCFI-CSCF，是CM-IMS域的边界点，其主要功能包括指派S-CSCF、PSI路由功能、Transit功能等。I-CSCF不要求做拓扑隐藏。S-CSCF，负责对终端的注册鉴权和会话控制，执行针对主叫端及被叫端IMS用户的基本会话路由功能，并根据用户签约的IMS触发规则（iFC），在条件满足时进行到AS的业务路由触发。E-CSCF，从P-CSCF接受紧急会话建立请求，并完成用户接入位置信息查询和紧急呼叫路由等功能。BGCF用于IMS到CS的呼叫路由，BGCF收到来自S-CSCF的呼叫请求后根据本地配置选择合适的MGCF进行转发。LRF，向E-CSCF提供路由信息（紧急呼叫中心的SIPURI和TELURI）和其它根据管制要求、紧急呼叫应提供的参数（比如用户位置信息TAI）。LRF与E-CSCF合设，用户位置信息和路由信息需配置在E-CSCF中。（2）MGCF/IM-MGWMGCF用于IMS域与CS域的互通，负责完成控制面信令的互通（PSTN/CS域侧ISUP/BICC协议与CM-IMS侧SIP协议的交互和互通），并控制IM-MGW完成用户面与媒体面的互通、号码规整、号码分析和路由、放音、放音抑制、视频回落等功能。IM-MGW负责在MGCF的控制下完成VoLTE用户面IP承载与CS域承载之间的转换，提供编解码转换、承载资源管理和放音功能。（3）IMSENUM/DNSENUM用于IMS呼叫过程中号码查询，将E.164号码映射为SIPURI。DNS服务器为IMS核心网网元和终端提供域名解析功能。（4）UDM/HSS/HLRVoLTE/VoNR中的HSS是HLR/AuC、IMS-HSS、EPS-HSS、UDM四合一融合设备，统一存储2/4/5G及IMS的用户数据，处理2/4/5G及IMS网络中呼叫控制网元对用户的数据访问，还通过开通接口接收并响应BOSS业务开通指令。（5）VoLTEASVoLTEAS主要包含如下功能模块：①MMTelAS：向VoLTE用户提供基于IMS的多媒体电话业务，通过SIP协议完成与S-CSCF的交互，进行会话控制；②SCCAS：实现VoLTE的被叫域选择，eSRVCC过程中的信令控制；③被叫锚定功能：支持CAP接口，提供被叫用户锚定至IMS；④业务配置转发（AP）：实现业务配置请求的汇聚和转发；⑤MRF：负责对媒体资源的控制和处理，实现音视频播放、会议、DTMF收号和音频录音等功能。MRF包括多媒体资源控制器MRFC和多媒体资源处理器MRFP。本期VoLTEAS需支持新通话业务签约，Restful接口以及DC呼叫控制和DC媒体锚定和协商。（6）补充业务配置代理网关VoLTE用户终端通过Ut接口对其业务进行配置，业务配置代理网关用于对Ut接口上的用户身份进行认证，同时用于分发Ut接口消息。（7）IP-SM-GW为VoLTE用户提供IMSIP短信的发送和接收。（8）VoLTESBCVoLTESBC包含P-CSCF/AGW、ATCF/ATGW功能模块。P-CSCF/AGW提供注册鉴权、信令保护、信令压缩、媒体授权、QoS控制、信令路由、紧急呼叫、漫游计费等功能。为支持号码补全以及紧急呼叫，P-CSCF需能识别紧急呼叫，获取用户位置信息，并在SIP信令中添加相应信息，且能将位置信息映射为区号。ATCF/ATGW是VoLTE用户在当前所在网络的信令面和媒体面的锚定点，在发生eSRVCC时将VoLTE用户接入侧的媒体面从LTE切换到电路域，并保持媒体面的连接。本期虚拟化VoLTESBC采用分离式架构，即SBC信令面和媒体面由不同的网元实体实现，信令面网元部署于虚拟化平台，媒体面网元可部署于虚拟化平台或专用硬件平台。其中，VoLTESBC信令面具备P-CSCF和ATCF的全部功能，包括接入类型识别、注册和注销、鉴权和授权、信令压缩、媒体授权、信令路由、数据管理、紧急呼叫、QoS、计费等功能；VoLTESBC媒体面具备AGW和ATGW的全部功能，包括媒体资源管理、QoS、编解码转换、媒体转发、紧急呼叫等功能。（9）IMSHSS/SLFIMSHSS是CM-IMS用户归属网络中存储用户信息的核心数据库，主要用来存储CM-IMS用户标识、用户鉴权信息、用户的业务触发信息等信息。当CM-IMS网络中配置了多个HSS时，如果IMSHSS与IMS其他相关节点间采用直连方式时，SLF负责接受来自I-CSCF、S-CSCF和AS的查询请求，并返回HSS的地址给I-CSCF、S-CSCF、AS；当IMS固网HSS与IMS相关网元间采用经由DRA转接的连接架构时，将由DRA根据号段返回HSS的地址给I/S-CSCF/AS，不再使用SLF功能。（10）固网SBC、P-CSCFSBC提供接入网与CM-IMS核心网之间的NAT穿越、企业网穿越、接入控制、QoS控制、信令和承载安全以及IP互通等功能。P-CSCF提供注册鉴权、信令保护、信令压缩、媒体授权、信令路由、紧急呼叫、漫游计费等功能。（11）统一Centrex目前统一CentrexAS主要负责向IMS固网用户提供多媒体电话业务、统一Centrex、多媒体彩铃、点击拨号、语音会议、即时消息、状态呈现以及能力开放等功能。（12）TDM中继接入网关TDM中继接入网关通过TG/MGW接入TDM中继用户。TDM中继接入网关注册功能用于疏通本网TDMPBX用户的话务需求，实现代理用户向CM-IMS网络注册和注销、鉴权和授权、信令路由、数据管理、紧急呼叫、QoS等功能，并能与MMTELAS、CentrexAS等应用服务器配合实现PSTN/ISDN仿真业务。TG用于TDM中继用户的接入，如PRI用户、七号用户、一号用户等，上行通过H.248协议连接到TDM中继接入网关。（13）I-SBCI-SBC是CM-IMS与其他IMS网络或其他种类的IP网络的互通功能实体，完成IMS网间互通的路由选择、拓扑隐藏、对端网络识别、编解码转换、号码格式变换等功能，同时具备防DoS攻击、防盗打等安全功能。I-SBC还具备SIP中继接入功能，企业客户自有通信套件、呼叫中心和企业会议系统等可通过I-SBC接入CM-IMS网络。I-SBC还需设置计费网关（CCF）：用于计费话单采集、合并、存储和传输。（14）接入开通网关接入开通网关主要实现对接入设备的身份认证、接口协议转换、业务开通接口汇聚功能，并维护与接入设备的链接，减少业务支撑系统链接数和接口协议复杂度，保证业务支撑系统的处理能力和安全。（15）IBCF/TrGWIBCF/TrGW是各运营商IMS网络间互通点，可提供网间信令与媒体的互通路由、网络拓扑隐藏、编解码转换和IPv4/v6互通等功能。IBCF/TrGW还支持优化媒体路由（OMR）功能、提供用户面转接