【《5G业务及协议过程分析》3400字】

第第页共93页5G业务及协议过程分析目录TOC\o"1-3"\h\u102985G业务及协议过程分析 1128471.15G网络概述 1232381.25G终端入网 4113371.35G用户面业务 61.15G网络概述作为智能时代的基础设施，5G网络最大的战略意义就是构筑“万物互联”时代的奠基石。“4G影响生活，5G影响社会”，5G是全球数字经济战略中的火车头，对于时代的发展，以及实现移动化的目前起到了推动的效果。对于国家地位也能进行提升的效果[6]。就应用范围来说，相比较于以往的4G网络，5G网络的出现在更多领域中得到了广泛的应用，例如物联网和车联网等一系列的高端科技中。5G的实际意义就是实现端到端的效果，是以4G网络为基础所进行改革的。但是如果不进行网络架构的重新构建，就无法充分满足人们对于移动网络的需求现状。1.1.1有关网络架构的演进（1）迈向集约型对于网络架构的重新构建，需要从类型上进行重新构建，从传统分散的类型，需要逐渐向集约型不断的优化改进。目前的主流网络组织，都属于自上而下的类型。但是每个省市的实际情况不同，需要针对性的进行制定运营策略[7]。基于这种情况的存在，会存在一定的缺陷，例如网络利用率较低等情况。这就要求网络重构的类型需要以集约型为目标。（2）网络能力接口标准化对于传统网络来说，大多都忽略的新业务的发展。因此导致业务开放接口出现标准化较低的缺点，这是一个需要着重关注的问题[8]。（3）注重实现业务、IT和网络云化互联网的快速发展过程中，对于云计算的发展也有了较为显著的成效。在各个领域中已经离不开云计算的方式。但是仍然存在一定的缺陷，例如云计算和互联网二者之间的融合机制还处于起步的阶段，并未形成一个系统的方式。那么在之后的架构重构的过程中，就要重点关注IT和以数据中心之间的融合问题[9]。1.1.2基于SDN/NFV的架构重构进行网络架构重建的方式，就是为了满足人们对于移动网络的实际需求。SDN（SoftwareDefinedNetwork，软件定义网络）/NFV（NetworkFunctionsVirtualization，网络功能虚拟化）的新型架构，是目前的主流的重构的方式。NFV的存在对于5G的发展来说具有较好的作用。基于这种情况网络运营商将NFV作为部署的关键措施。主要是通过以下几个方面实现的：（1）针对数据层的重构对于数据层所要考虑的主要有以下几个问题。第一个问题就是物理网络设施的构建。可以选择采用物理资源池的方式，进而配合高性能需求的满足。其次就是网路虚拟化的问题。对于网络方案的选择，需要针对不同的情况进行方案的选择。（2）针对控制层的重构对于控制层来说，主要是采用控制器的方式进行实现。对于控制器的选择，存在源和商用两种不同的形式。因此需要针对实际情况的不同进行选择。（3）针对应用层的重构在应用层中，不仅包含着有4～7层的网络服务，还具有网络关联管控和运行维护功能。在SDN结构的基础上，应用层是需要重点关注的内容。因为，网络应用通常可以直接反映出用户的体验情况和业务需求。而且，要想更好地满足SDN架构的需求，原本的网络服务方案、管理方案以及相应的维护方案都是需要改革和升级的。除此之外，网络应用还极具多样性和创造性。基于SDN技术的应用层解决方案通常包含三个方面：①网络功能虚拟化；②网络监控；③网络安全[11]。（4）深度进化除了以上三个层面之外，SDN也会在一定程度上影响到更深层的网络监控和网络安全方案。因此，若是想要在SDN的基础上实现网络监控和安全方案，那么也必须要引入虚拟化、开放网络架构以及云计算等内容[12]。如图2-1和2-2所示。5G网络架构中各网元功能主要包括：AMF：接入及移动性管理功能（AccessandMobilityManagementFunction）SMF：会话管理功能（SessionManagementFunction）UPF：用户面功能（UserPlaneFunction）UDM：统一数据管理（UnifiedDataManagement）AUSF：鉴权服务器功能（AuthenticationServerFunction）NRF：网络存储功能（NFRepositoryFunction）NSSF：网络切片选择功能（NetworkSliceSelectionFunction）PCF：策略控制功能（PolicyControlFunction）图2-14G和5G总体架构之变图2-25G网络架构1.25G终端入网一个完整的5G终端注册入网过程可以看成两个大的步骤，第一个是注册过程，第二个是会话建立的过程，在注册过程中要经过身份识别，用户业务能力获取和存储，用网接入。而对于第二个步骤，主要是根据用户签约业务的类型等级和用户自身的能力，给用户分配相应的网络资源，包括IP(InternetProtocol，互联网协议)地址、服务质量对应的业务承载。在此次仿真中，只关注相应的5G流程。在此次仿真中将采用用户面功能下沉到边缘数据机房的方式，和业务服务器同站点部署，减少业务时延对于控制面处理时延相对不敏感，采用集中部署或者分级相对集中部署的方式，便于统一管理[13]。在业务开通与验证板块，将仿真平台的所有设备启动，手机自动发起入网注册流程。查看消息流程，如图2-3和图2-4所示。图2-3手机入网消息流程（1）图2-4手机入网消息流程（2）图2-3和图2-4中可以看出整个注册过程的所有消息流向，具体可以分为以下13个子过程。（1）1~5：无线侧随机接入和RRC（RadioResourceControl，无线资源控制）连接的过程；（2）6~10：基站向AMF发送5G手机初始化的用户信息，附带了其注册请求，然后AMF向手机发送身份请求信息，并得到了手机的回应。（3）11~13：AMF通过NRF查询AUSF的路由信息，并向AUSF请求5G手机的鉴权信息。（4）14~18：AUSF查询UDM的路由信息，然后在UDM数据库查询5G手机鉴权信息，并发送给AMF。（5）19~22：AMF通过接站向5G手机发送鉴权请求，同时对手机回应的鉴权信息与同一算法进行对比，通过之后向AUSF请求鉴权，否则就向手机回应鉴权失败拒绝消息.（6）23~24：AMF向AUSF请求手机注册授权（7）25~28：AMF向5G手机发送安全模式命令（NAS(Non-accessStratum，非接入层)加密），并得到回应。（8）29~36：AMF向UDM发送用户注册信息并得到回应，然后向UDM获取SDM(SpaceDivisionMultiplexing，空分复用)的权限，向SDM发送用户信息，并且得到UDM的响应。（9）37~42：AMF向基站发送初始化上下文的请求消息，附带注册接受的信息，再向用户发送安全模式命令，然后用户向基站回应，安全模式完成，基站向用户发送RRC重配置消息，然后用户向基站回应RRC重配置完成，向AMF回应初始化上下文响应消息，并附带了它的注册信息。（10）43~46：AMF上UDM请求SDM的信息并且得到回应之后AMF向NSSF请求用户支持的信息，并且得到回应；（11）47~50：AMF向NRF请求SMF的路由信息，向SMF发送回话管理，创建请求，并且得到回应；（12）51~56：SMF向NRF请求用户面功能（UserPortFunction，UPF）的路由信息，向UPF发送会话建立请求并且得到回应，承载建立。SMF向AMF转发消息并且得到了回应；（13）57~60：AMF向5G手机发送PDU会话建立请求，并且得到确认，到此注册过程完成。1.35G用户面业务如图2-5是5G的系统架构和组成，从横向上来看分为三层。从图中可以看出手机用户设备（UserEquipment，UE）到数据网（DataNetwork，DN）之间，必须经过UPF网元。UPF是专用来处理TCP/IP（TransmissionControlProtocol/InternetProtocol，传输控制协议/网际协议）上网数据的用户面核心功能，和4G中的PGW（PublicDataNetworkGateWay，公用数据网网关）网元类似，功能都是手机对外上网的出口[14]。现在大部分的网络都分为2层：走控制信令的控制面（同传输网络中的“开销”概念）和走用户数据的用户面（同传输网转中的“载荷”的概念）。图2-55G系统架构用户面的功能简单理解类似5G网络也从某种意义上看也是管道，将终端用户和互联网世界连接起来，终端用户的上网、音乐、短视频等内容与5G核心网基本没有关系，需要在5G网络中打开一个通道[15]，用来将用户的外部数请求能够完整的收发，这个管道的建立和管理就是UPF网元的功能。5G用户面业务流程，首先构建一个如图2-6所示的网络，并将所有的设备开机。图2-6构建网络发现这里有两个错误的提示，如图2-7所示。图2-7错误提示一个是UPF1没有配置支持的DNN（DeepNeuralNetworks，深度神经网络）。一个是UPF2没有配置支持的DNN，查看消息流程，看到最后AMF在接收到用户初始化上下文建立响应请求之后，向UDM查询用户支持的切片，然后向NRF查询SMF路由的信息，根据NRF的回应，找不到对应的SMF，如图2-8所示。图2-8异常消息流程在两个UPF上面配置DNN，根据UPF数据库中用户的签约信息，DNN应该为CMNET（ChinaMobileNetwork，中国移动互联网）如图2-9所示。图2-9UPF配置将所有的设备重新开机，再次测试，仍然出现了相应的告警，再次检查DNN的相关配置，发现5G手机里面的DNN配置出现了错误，将CMNET1改为CMNET，如图2-10所示。图2-105G手机配置再将设备重新开机，打开5G手机的屏幕，通过浏览器进行搜索，看到手机上网过程中的业务数据包在各网元用户面传递的消息过程，手机可以正常上网，查看消息流程，并选择5G手机的网页请求进行过滤，如图2-11所示。图2-115G手机Web请求消息流程用