核心网在无线通信中的王者地位

上一篇博文，给出了5G核心网的系统架构图，没见过核心网架构的亲们肯定迷糊了，这图里哪儿是核心网？不明白？真的不明白么？

曾经问过做无线侧的工程师哥哥，知道核心网是啥不？哥哥说，“基站往上，就是核心网呗！”，好吧，那核心网都有什么呢？哥哥说：那我不知道，反正都是有线的（特别容易看成“有钱的””“，有没有？），没啥技术含量。

于是痛掬一把苦涩的泪水，含泪也要给核心网平反。

什么是核心网啊？网侧的王者，基站往北，往北，再往北，都是核心网的领地。

在4G网络中，基站的S1口往北，都是核心网的管辖区域。EPC中基本的网元设备包括MME、HSS、SGW、PGW、PCRF等网元（以上参见3gpp 23.401）。再往北，为了解决4G打电话问题出生的IMS（IP Multimedia Subsystem），也属于核心网的管辖范围。不要小看IMS哦，虽然她只有三个字母，但是包括的网元也不少，包括P-CSCF/IMS-ALG/IMS-AGW、ATCF/ATGW、S-CSCF、I-CSCF、TAS、SCC AS、IM-SSF、MRF、MGCF/IM-MGW、BGCF、BSF/NAF/AP、IBCF/TrGW、TRF、E-CSCF、LRF、EATF、IP-SM-GW、ENUM、DNS等功能单元组成。看到这一串的名字是不是已经开始头脑发晕了？怎么样，核心网的王者地位是否已经确立？IMS的架构图大家可以网上找一找，协议里找一找都行，我就不在这里贴图了，太占地方。

包括IMS的核心网，多网元逻辑实体太多，让人不太服气，鉴于我也没做过IMS，没了解过，本文也就不再涉及IMS相关内容了，咱们以后只说EPC的事儿。

下图是4G下EPC的系统架构图（参见3gpp 23.401）:

这个图是不是比上一篇文章中的5G核心网架构图简单很多很多很多？这就对了，通信专家们对4G核心网的结构不是很满意，觉得还是不够复杂，所以就把4G核心网各个网元功能给拆分了，分成了更多的网络功能（NF），然后采用了更先进、更流行的基于服务的架构，基于虚拟化的架构，把俺们核心网给包装了一下，于是马上变得高大上了是不是。BUT，这个高大上也是有代价的，那就是核心网包括的网络功能（4G的时候叫网元）又多了，直接翻倍有没有。然后呢，以后所有场景的核心网架构图都要一次画两个了，“基于服务的架构”和“基于参考点的架构”，上一篇文章中贴的图是最最基本的场景的两个架构图。

本文将给大家展现一下23.501中所有场景的所有架构图（仅限于5G核心网，什么3、4、5G融合的，非3GPP融合的就太多太多了，博主目前还没能力学习那么多，就不贴了）。每个图下面我会简单写一下简单的理解，但是由于实在是太多了，所以可能理解不全面，也请大家见谅，如果想了解更全面的内容，大家可以仔细研读协议。

以下为协议中的所有系统架构图，我根据内容调整了一下顺序，方便理解。

（一）非漫游场景下的架构-基于服务接口

图1
这是5G核心网侧基于服务化接口的最基本的架构图，图中标识出了在5G核心网中最基本的网络功能（NF）：UPF、AMF、SMF、AUSF、UDM、PCF、NSSF、NEF、NRF、SCP。从这个图中可以看出来几个重点：

首先，我们看到，除了UPF之外，所有的NF都拥有基于服务化的接口N***,（这个***就是NF的名字）。

然后，UPF为什么没有基于服务化的接口？因为5G的一大特点就是用户面下沉，为了解决用户平面数据可以本地化，DN本地化等问题，为了把UPF和其他NF分离，让UPF不需要再和其他NF一样必须放到机房里，核心网把UPF给分离了，让他可以更灵活的和基站在一起，和边缘计算中心在一起，或者和SMF在一起，都可以。所以，UPF没有基于服务化的接口，跟核心网的其他NF不一样。

最后，了解4G的小伙伴们都知道，4G的网元都是为了解决通信问题的，至于管理配置等，那是网管哥哥的工作范围。到了5G，通过和4G网元的对比我们发现，核心网架构里多了几个NF：NRF、NEF、NSSF。对了，他们是新加入的小伙伴，做的事儿感觉有点网管哥哥的意思了，不过他们没有抢网管哥哥的工作哦。他们有自己的职责，具体职责是啥，我们后面的文章中会详细的写。

（二）非漫游场景下的架构-基于参考点

图2
看完了基于服务化接口的架构图，还是让我们看看老朋友，基于参考点的架构图吧，看这个图是不是亲切多了？其实仔细分析，图中除了NSSF的功能在原有4G架构图中没有涉及外，其他的NF都可以在4G网元功能中找到他们的影子。
（1） UDM，承载了原有HSS的关于数据和数据管理的功能。
（2） AUSF，承载了原HSS和MME中关于鉴权相关的功能。
（3） AMF，承载了原MME中关于移动性管理相关功能。
（4） SMF，承载了原MME、SGW、PGW中会话管理相关功能。
（5） UPF，承载了原SGW、PGW中用户面相关功能。
（6） PCF，承载了原PCRF相关功能。

这样看起来是不是就容易理解了呢。这6个主要功能NF的具体功能我们会在后面的文章中详细介绍。

新的5G架构还有一个重要的变化，就是所有的接口名称都以N+数字组成。这也不知道是谁定的，真真是难为死我了，从1开始记确实没有之前的S1-C、S1-U、NAS等容易记。但是用点心记吧，总会记住的。

（三）非漫游场景下多PDU会话的架构-基于参考点

图3
前面两张图已经简单把架构图说了一下，本图是非漫游场景下，多PDU会话的架构图。图中为两个不同的 PDU 会话选择了两个SMF。不过，每个SMF还是可以在PUD会话中同时控制本地和中央UPF的。

（四）非漫游场景下单PDU会话访问两个网络的架构-基于参考点

图4

本图表示非漫游场景下，单PDU会话同时访问两个（本地和中央）两个DN的情况。

值得关注的，这个图中竟然有3个UPF。具体3个UPF都起到什么作用呢？让我们带着疑问进行后面的协议阅读吧，本宝宝现在也不知道呢。（遗留问题1）

（五）漫游场景下本地疏导架构-基于服务接口

图5

（六）漫游场景下归属域路由架构-基于服务接口

图6

图5和图6，咱们对比着看。两种路由方式的选择说白了还是看要从哪儿访问的数据网络DN，用本地的UPF，就本地疏导。用归属地的UPF就归属地路由。
其他区别如下：
（1）本地疏导，HPLMN中没有NSSF、SMF、UPF。归属地路由，HPLMN中是有这几个网元的。两种路由方式为什么包含的NF不同，怎么后续会到流程中去了解，看了流程图就会明白了。
（2）本地疏导，使用的是本地的UPF访问DN。归属地路由，使用归属地的UPF访问DN。

（七）漫游场景下本地疏导架构-基于参考点

图7

（八）漫游场景下归属域路由架构-基于参考点

图8

看过了图5、图6，咱们再来对比着看基于参考点的图7和图8。

图7的本地疏导，虚线右侧超简单啊，一共就三个NF，用于认证服务的AUSF，用于数据管理的UDM，用于计费的hPCF。是不是瞬间就理解了呢。漫游的时候，如果是本地疏导架构，在HPLMN中，只需要最基本的功能就可以了，那就是只能在归属地做的认证、用户数据管理，还有本地和归属地都需要计费。

图8的归属地路由架构的右侧就看起来复杂多了，H-NSSF和左侧的V-NSSF需要交互，H-SMF和V-SMF需要交互，H-PCF和V-PCF也需要交互。用户平面的UPF也需要两个传输数据。

（九） NRF漫游架构-参考点

图9

NRF是干啥的？这个在5G中新出生的小伙子，他是NF的大管家，所以NF的信息都由他存储和管理。他也有漫游架构，那就是说在VPLMN中是VNRF，它通过N27 接口获得HNRF中相关的信息。

（十）非漫游场景下网络开放功能架构

图10

图中是网络开放功能架构，由NEF提供网络开放功能，NEF能够通过API，将NF可以提供的信息，灵活的开放给AF。如图所示，AF可以从不同的API接口获得想要的信息，也可以同时从不同的NEF的不同的API接口获得信息。

同样的，NF也可以给一个或多个NEF提供信息。

（十一）网络开放功能漫游架构

图11

在漫游方案中，可以部署I-NEF。VPLMN下的NF，可以通过INEF将信息提供给HPLMN下的NEF，进而再由HPLMN下的NEF将信息通过API提供给AF。

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