5G核心网以及网元结构

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1、5G核心网以及网元结构想必你已听说，由中国移动牵头提出的SBA构架已被3GPP确认为5G核心网基础构架，实在令人欣喜自豪。但是，相对于传统核心网，这一构架变动之大，不禁让人感叹技术创新步伐之快，有点猝不及防之感。5G核心网构架主要包含三大关键技术：SBA、CUPS和网络切片，在小编看来，这是最终实现化整为零、由硬变软的彻底演进。什么是SBA？SBA（ServiceBasedArchitecture），即基于服务的架构。它基于云原生构架设计，借鉴了IT领域的“微服务”理念。众所周知，传统网元是一种紧耦合的黑盒设计，NFV（网络功能虚拟化）从黑盒设备中解耦出网络功能软件，但解耦

2、后的软件依然是“大块头”的单体式构架，需进一步分解为细粒度化的模块化组件，并通过开放API接口来实现集成，以提升应用开发的整体敏捷性和弹性。为此，业界提出了基于CloudNative的设计原则。CloudNative的使命是改变世界如何构建软件，其主要由微服务架构、DevOps和以容器为代表的敏捷基础架构几部分组成，目标是实现交付的弹性、可重复性和可靠性。微服务就是指将Monolithic（这个词太难传神翻译了，本文翻译成单体式应用程序）拆分为多个粒度更小的微服务，微服务之间通过API交互，且每个微服务独立于其他服务进行部署、升级、扩展，可在不影响客户使用的情况下频繁更新正

3、在使用的应用。正是基于这样的设计理念，传统网元先是转换为网络功能（NF），然后NF再被分解为多个“网络功能服务”。SBA=网络功能服务+基于服务的接口。网络功能可由多个模块化的“网络功能服务”组成，并通过“基于服务的接口”来展现其功能，因此“网络功能服务”可以被授权的NF灵活使用。其中，NRF（NFRepositoryFunction，NF贮存功能）支持网络功能服务注册登记、状态监测等，实现网络功能服务自动化管理、选择和可扩展。CUPSCUPS（ControlandUserPlaneSeparation），即控制与用户面分离。目的是让网络用户面功能摆脱“中心化”的囚禁，使其

4、既可灵活部署于核心网（中心数据中心），也可部署于接入网（边缘数据中心），最终实现可分布式部署。事实上，核心网一直沿着控制面和用户面分离的方向演进。比如，从R7开始，通过DirectTunnel技术将控制面和用户面分离，在3GRNC和GGSN之间建立了直连用户面隧道，用户面数据流量直接绕过SGSN在RNC和GGSN之间传输。到了R8，出现了MME这样的纯信令节点。只是到了4.5G和5G时代，这一分离的趋势更加彻底，也更加必要。其中一大原因就是，为了满足5G网络毫秒级时延的KPI。光纤传播速度为200km/ms，数据要在相距几百公里以上的终端和核心网之间来回传送，显然是无法满足

5、5G毫秒级时延的。物理距离受限，这是硬伤。因此，需将内容下沉和分布式的部署于接入网侧（边缘数据中心），使之更接近用户，降低时延和网络回传负荷。网络切片5G服务是多样化的，包括车联网、大规模物联网、工业自动化、远程医疗、VR/AR等等。这些服务对网络的要求是不一样的，比如工业自动化要求低时延、高可靠但对数据速率要求不高；高清视频无需超低时延但要求超高速率；一些大规模物联网不需要切换，部分移动性管理对之而言是信令浪费等等，为此5G要像一把瑞士军刀一样，多功能满足差异化的网络服务。于是，我们就要把网络切成多个虚拟且相互隔离的子网络，分别应对不同的服务。当然，这么灵活的切片工作岂是

6、传统大块头的黑盒设备能担当的，自然要虚拟化、软件化，再将网络功能进一步细粒度模块化，才能实现灵活组装业务应用。因此，3GPP就确认了由中国移动牵头26家公司提出的SBA构架为5G核心网基础构架。5G系统构架构架如下：▲5G系统服务架构▲非漫游5G系统架构参考点•AuthenticationServerFunction(AUSF)•CoreAccessandMobilityManagementFunction(AMF)•Datanetwork(DN),比如运营商服务、互联网接入和三方服务•StructuredDataStoragenetworkfunction(SDSF)•U

7、nstructuredDataStoragenetworkfunction(UDSF)•NetworkExposureFunction(NEF)•NFRepositoryFunction(NRF)•PolicyControlfunction(PCF)•SessionManagementFunction(SMF)•UnifiedDataManagement(UDM)•UserplaneFunction(UPF)•ApplicationFunction(AF)•UserEquipment(UE)•(Radio)Acce