《5G移动通信技术》课件 项目六-任务二-分析5G核心网架构

《5G移动通信技术》《5G移动通信技术》项目六讨论5G核心网任务二分析5G核心网架构回顾知识点1上节学习了2/3时代的核心网向5G核心网的演进过程及发生的变化。回顾任务二引入核心网发展到现在,发生了巨大变化,我们这章节主要来介绍5G的核心网架构。任务描述:本任务主要介绍5G核心网架构，关键技术等。任务教学目标：1、分析5G核心网架构任务概要教学内容分析5G核心网架构一分析5G核心网架构知识点一（一）分析5G核心网架构当前的核心网EPC（EvolvedPacketCore，演进的分组核心网）的一大缺陷就是耦合问题：控制平面和用户平面的耦合、硬件和软件的耦合。移动管理实体，负责网络连通性的管理，主要包括用户终端的认证和授权、会话建立以及移动性管理SGW服务网关，负责数据包路由和转发，将接收到的用户数据转发给指定的PGW，并将返回的数据交付给eNBMME（一）分析5G核心网架构EPC中有四大组件归属用户服务器，作为用户数据集为MME提供用户相关的数据，以此来协助MME的管理工作HSSPGWPDN网关，负责为接入的用户分配IP地址以及进行用户平面QoS的管理，是PDN网络的进入点MME仅承担控制面功能，但是SGW和PGW既承担大部分用户平面功能，又承担一部分控制平面功能，这就使得用户平面和控制平面严重耦合，从而限制了EPC的开放性和灵活性。另一方面，在这种架构下，很多网络元素必须运行于配备专用硬件的多个刀片式服务器上，这对于运营商来说是极大的开销。EPC（一）分析5G核心网架构（1）承载和控制分离：承载和控制可独立扩展和演进，可集中式或分布式灵活部署；（2）模块化功能设计：可以灵活和高效地进行网络切片；（3）网元交互流程服务化：按需调用，并服务可重复使用；5G核心网系统架构主要特征（一）分析5G核心网架构（4）每个网元可以与其他网元直接交互，也可通过中间网元辅助进行控制面的消息路由；（5）无线接入和核心网之间弱关联：5G核心网是与接入无关并起到收敛作用的架构，3GPP和非3GPP均通过通用的接口接入5G核心网；（6）支持统一的鉴权框架；5G核心网系统架构主要特征（一）分析5G核心网架构（7）支持无状态的网络功能，即计算资源与存储资源解耦部署；（8）基于流的QoS：简化了QoS架构，提升了网络处理能力；（9）支持本地集中部署的业务的大量并发接入，用户面功能可部署在靠近接入网络的位置，以支持低时延业务、本地业务网络接入。5G核心网系统架构主要特征（一）分析5G核心网架构（一）分析5G核心网架构点对点模式（1）AMF（接入和移动性管理功能）：负责用户的接入和移动性管理；（2）SMF（会话管理功能）：负责用户的会话管理；（3）UPF（用户面功能）：负责用户面处理；（4）AUSF（认证服务器功能）：负责对用户的3GPP和非3GPP接入进行认证；

5G核心网主要网元功能（一）分析5G核心网架构（5）PCF（策略控制控制）：负责用户的策略控制，包括会话的策略、移动性策略等；（6）UDM（统一数据管理）：负责用户的签约数据管理；（7）NSSF（网络切片选择功能）：负责选择用户业务采用的网络切片；（8）NRF（网络功能注册功能）：负责网络功能的注册、发现和选择；

5G核心网主要网元功能（一）分析5G核心网架构（9）NEF（网络能力开放功能）：负责将5G网络的能力开放给外部系统；（10）AF（应用功能）：与核心网互通来为用户提供业务。

UPF属于用户面，除了UPF之外的5G核心网网元都属于控制面。控制面网元全部都采用了服务化架构设计，彼此之间通信采用服务化接口；用户面继续采用传统架构和接口。控制面和用户面之间的接口（N4）目前还是传统接口，控制面和无线网以及控制面与终端之间也是传统接口（N2和N1）。5G核心网主要网元功能（一）分析5G核心网架构（一）分析5G核心网架构5GNGC网元对应4GEPC网元4GEPC网元EPC网元功能AMF:接入和移动性管理功能MME移动性管理AUSF:鉴权服务器功能鉴权管理SMF:会话管理功能PDN会话管理UPF:用户平面功能PDN-GWPDN会话管理用户面数据转发SGW用户面数据转发PCF:策略控制功能PCRF计费及策略控制UDM:统一数据管理HSS用户数据库（一）分析5G核心网架构HSSMMESGWPGWeNodeBOperator'sServicesPCRFS6aS10S11S1-MMES1-US5GxSGiS11架构设计以网元为单位移动性功能分离，但会话控制功能分散在MME、S/P-GW等网元集中的出口网关网元之间直接互通4G架构（一）分析5G核心网架构架构设计以网络功能为单位，不再严格区分网元基于服务化架构（SBA）的设计思路,摒弃传统的点对点通讯方式，NF进一步拆分为服务，支持无状态分布式的用户面功能UPF移动性管理与会话管理解耦（MME）引入网络切片5G架构UERANAUSFAMFSMFDNUPFUDMPCFNEFNRFAFNudmNnefNnrfNafNpcfNsmfNamfNausfN1N2N3N4N6AFNSSFNnssf（一）分析5G核心网架构5G核心网服务化模式（一）分析5G核心网架构特征一NE改为NF，NF可分为NF服务；服务是自包含的，可重复使用的，可独立扩展的；按需编排和分布式部署特征三全网通信；缩短网络路径；5G核心网服务化架构四大特征如下：（一）分析5G核心网架构特征二NF服务到独立NRF注册/注销；NRF和NF服务之间的状态监测；NF服务自动管理，自动选择和自动扩展特征四基于服务的接口；生产者和消费者；通信模式：PtoP，PtoM5G核心网服务化架构四大特征如下：从无线网与核心网的关系角度看，组网方式主要的方式有两大类：SA（Standalone，独立组网）和NSA（非独立组网）。这两大类又有多种具体的无线网与核心网的组合选择（option）。对于国内运营商近期的组网选择，主要有两种：采用option2的SA，此时5G无线网（NR）与5G核心网（5GC）直接连接；采用option3的NSA，此时NR与4G核心网（EPC）连接，不需要5G核心网，终端与NR和4G无线网（eNB）采用双连接机制。5G组网方式（一）分析5G核心网架构（一）分析5G核心网架构无线网与核心网的组合（一）分析5G核心网架构独立组网选项1选项6选项2选项51、一步到位引入5G基站和5G核心网，不依赖于现有4G网络，演进路径最短；2、全新的5G基站和5G核心网，能够支持5G网络引入的所有新功能和新业务。选项2的劣势1、5G频点相对LTE较高，初期部署难以实现连续覆盖，会存在大量的5G与4G系统间的切换，用户体验不好；2、初期部署成本相对较高，无法有效利用现有4G基站资源。选项2的优势（一）分析5G核心网架构（一）分析5G核心网架构非独立组网选项3选项8选项4选项733a3X44a77a7X3/3a/3x组网方式，是目前国外运营商最喜欢的方式，原因很简单：1、利用了旧的4G基站，省钱；

2、部署起来很快很方便，有利于迅速推入市场，抢占用户。（一）分析5G核心网架构非独立组网选项3选项8选项4选项733a3X44a77a7X1.把“3系”组网方式里面的4G核心网替换成5G核心网，这就是“7系”组网方式；2.需要注意的是，因为核心网是5G核心网，所以此类方式下，4G基站都需要升级成增强型4G基站。（一）分析5G核心网架构在"4系"组网里，4G基站和5G基站共用5G核心网，5G基站为主站，4G基站为从站。唯一不同的，选项4的用户面从5G基站走，选项4a的用户面直接连5G核心网。1.借助目前成熟的4G网络扩大5G覆盖范围。由于手机终端发射功率有限，所以5G网络的覆盖范围主要受限于上行，那么通过与4G联合组网的方式（NSA）可以实现5G单站覆盖范围的扩大；2.NSA标准更早结束，产品更成熟。NSA相较SA标准更为提前，产品路标也相应的提早成熟。3.无需建设新的核心网。劣势1.仍必须改动4G现网。2.无法调整现有设备的供应商结构。3.现网无法满足5G高可靠低时延要求。由于NSA无需建设5G新核心网，且NSA需借助4G无线空口（NSA无线锚点在4G），但现有的4G核心网架构和4G空口却无法满足5G对于时延和传输可靠性的要求。优势（一）分析5G核心网架构相较SA，NSA的优势主要包括：NSA架构有助于快速建网，但较SA直接建网资本开支更高；SA基站单站价格更有优势。由于NSA需要5G与4G同厂商，而SA则无此要求；无论如何组网，最终必然会走向SA架构。组网方式总结

（一）分析5G核心网架构（一）分析5G核心网架构

控制面

控制面被分为AMF和SMF：单一的AMF负责终端的移动性和接入管理；SMF负责对话管理功能，可以配置多个。基于灵活的微服务构架的AMF和SMF对应不同的网络切片。AMF和SMF是控制面的两个主要节点，配合它俩的还有UDM、AUSF、PCF，以执行用户数据管理、鉴权、策略控制等。另外还有NEF和NRF这两个平台支持功能节点，用于帮助发布网络数据，以及帮助其他节点发现网络服务。控制面（一）分析5G核心网架构（一）分析5G核心网架构用户面

5G核心网