【5G基础学习笔记】 5G核心网架构
1. 5G 不同应用场景需求指标差异
2. 5G 时代的网络挑战及改进方向
控制面与用户面分离： 好的扩展性和伸缩性（比如升级），4G 分离不彻底，S-GW P-GW 还包含控制会话功能
网络功能服务化：（对传统网络的升级），软件硬件解耦，使用通用硬件
网络接口总线化： 任何网络功能都可以为其他提供服务功能，也可以使用其他网络服务
最小化接入网与核心网关联： 可以支持 5G 4G 3G wifi
网络功能无状态化： 某些专门实现存储，某些专门实现控制
网络能力开放：可以给某些用户定制化服务（大型场馆演出，会议），远程教育医疗
3. 5G 网络总体架构
5G 系统架构包括的网元 NF：
- Authentication Server Function (AUSF)
- Access and Mobility Management Function (AMF)
- Data Network (DN), e.g. operator services, Internet access or 3rd party services
- Unstructured Data Storage Function (UDSF)
- Network Exposure Function (NEF)
- Intermediate NEF (I-NEF)
- Network Repository Function (NRF)
- Network Slice Selection Function (NSSF)
- Policy Control Function (PCF)
- Session Management Function (SMF)
- Unified Data Management (UDM)
- Unified Data Repository (UDR)
- User Plane Function (UPF)
- UE radio Capability Management Function (UCMF)
- Application Function (AF)
- User Equipment (UE)
- (Radio) Access Network ((R)AN)
- 5G-Equipment Identity Register (5G-EIR)
- Network Data Analytics Function (NWDAF)
- CHarging Function (CHF)
3.1 基于服务架构 SBA，非漫游参考架构
CUPS 控制面与用户面分离
Figure 4.2.3-1: 5G System architecture
3.2 非漫游基于参考点架构
Figure 4.2.3-2: Non-Roaming 5G System Architecture in reference point representation
3.3 非漫游多 PDU 会话参考点架构
Figure 4.2.3-3: Applying non-roaming 5G System architecture for multiple PDU Session in reference point representation
3.4 非漫游并发接入两个网络参考点架构
Figure 4.2.3-4: Applying non-roaming 5G System architecture for concurrent access to two (e.g. local and central) data networks (single PDU Session option) in reference point representation
3.5 漫游接入 LBO 基于服务的架构
Figure 4.2.4-1 Roaming 5G System architecture- local breakout scenario in service-based interface representation
3.6 数据存储架构
- Subscription Data,
- Policy Data,
- Structured Data for exposure,
- Application data:
3.7 基于服务的网元接口
Namf: Service-based interface exhibited by AMF.
Nsmf: Service-based interface exhibited by SMF.
Nnef: Service-based interface exhibited by NEF.
Npcf: Service-based interface exhibited by PCF.
Nudm: Service-based interface exhibited by UDM.
Naf: Service-based interface exhibited by AF.
Nnrf: Service-based interface exhibited by NRF.
Nnssf: Service-based interface exhibited by NSSF.
Nausf: Service-based interface exhibited by AUSF.
Nudr: Service-based interface exhibited by UDR.
Nudsf: Service-based interface exhibited by UDSF.
N5g-eir: Service-based interface exhibited by 5G-EIR.
Nnwdaf: Service-based interface exhibited by NWDAF.
Ni-nef: Service-based interface exhibited by I-NEF.
Nchf: Service-based interface exhibited by CHF.
Nucmf: Service-based interface exhibited by UCMF.
4 LADN （Local Area Data Network） 本地数据网络
LADN 服务区是一个 TA 集和，LADN 是正在服务的 PLMN 提供的，包括：
- LADN 服务只应用于 3GPP 接入，不支持 Home Routed 场景
- 使用 LADN DNN 需要一个明确的订阅，或者订阅一个通配的 DNN
- DNN 是否对应于 LADN 服务是 DNN 的属性
LADN 服务区和 LADN DNN 在 AMF 配置，在注册过程或者 UE 配置更新过程，AMF 向 UE 提供 LADN 信息（例如 LADN 服务区信息和 LADN DNN）
当 UE 执行一个成功的注册过程，AMF 基于本地配置可向 UE 提供 LADN，UE 位置，UE 从 UDM 关于 DNN 的订阅信息，对 UE 可用的 LADN 信息列表，在注册接受消息
UE 决定是否它在 LADN 服务区，如果对于 LADN DNN UE 没有 LADN 服务区信息，UE 认为在服务区外
a. 当 UE 在 LADN 服务区外
- UE 不会为这个 LADN DNN 请求激活 UP PDU 会话的连接
- UE 不会为这个 LADN DNN 建立/修改 PDU 会话
- UE 不会为这个 LADN DNN 释放任何存在的 PDU 会话，除非 UE 从网络接收明确的 SM PDU 会话释放请求消息
b. 当 UE 在 LADN 服务区内
- UE 可为这个 LADN DNN 请求建立/修改 PDU 会话
- UE 可为这个 LADN DNN 请求激活 UP 已存在的 PDU 会话的连接
当从 AMF 接收 SM 对应的一个 LADN 请求，SMF 根据 AMF 提供的指示决定是否 UE 在 LADN 服务区内，如果 SMF 没有接收到指示，SMF 则认为 UE 在服务区外，如果 UE 在服务区外，SMF 将决绝请求
当 SMF 接收一个以 LADN DNN 建立 PDU 会话的请求，将订阅 “UE mobility event notification”，报告 UE 存在区域向 AMF 提供 LADN DNN
a. 当 SMF 被通知 UE 在 LADN 服务区外（OUT）
- SMF 立刻释放 PDU 会话
- SMF 停用用户面的 PDU 会话连接，而维持 PDU 会话并确保数据通知没有开启，如果 SMF 没有被通知 UE 过了一段时间进入 LADN 服务区而释放 PDU 会话
b. 当 SMF 被通知 UE 在 LADN 服务区内 （IN）
- SMF 确保数据通知开启
- SMF 触发了网络请求过程，为的是当 SMF 从 UPF 接收下行链路数据或者数据通知，而激活 LADN 会话的 UP 连接
c. 当 SMF 被通知 UE 在 LAND 服务未知 （UNKNOWN）
- SMF 确保数据通知开启
- SMF 触发了网络请求过程，为的是当 SMF 从 UPF 接收下行链路数据或者数据通知，而激活 LADN 会话的 UP 连接
5 SSC 会话和服务连续模式
在整个 PDU 会话生命周期，SSC mode 不变。SSC （Session and Service Continuity），包括两部分：
- Session Continuity，即 PDU 会话的连续性，如果要保证会话连续性，则 PDU 会话和 UE IP 都不能变
- Service Continuity，即业务的连续性
SSC Mode 是指 UE 在使用 5G 业务时发生了位置移动触发了切换流程，怎样保证 SSC
5.1 SSC Mode 1
即保证会话连续性，又保证业务连续性，VoNR 业务必须签约 SSC Mode 1
提供 IP 连续性，适用于 IMS 语音等强连续性需求
对于 SSC 模式1的 PDU 会话，在建立 PDU 会话 UPF 作为 PDU 会话的锚点，而不管 UE 连续接入网络的接入技术（例如接入类型和小区）
对于 IPv4 / IPv6 / IPv4v6 类型的 PDU 会话，不管 UE 移动事件，支持 IP 连续性
当 IPv6 multi-homing 或 UL CL（上行分类器）应用到 SSC mode 1 PDU 会话时，（基于本地策略）给 PDU 会话分配额外的PDU 会话锚点，这些额外的 PDU 会话锚点可释放和分配，UE 不会期待这些额外的 IPv6 前缀在整个 PDU 会话生命期都会维持
SSC mode 1 可以应用到任何 PDU 会话类型和任何接入类型
网络保留为 UE 提供的连接服务，对于 IPv4 / IPv6 / IPv4v6 类型的 PDU 会话，保留 IP 地址
5.2 SSC Mode 2
不保证会话连续性，只保证业务连续性，采用先断后建会话方式
不提供 IP 连续性，适用于网页浏览等无连续性需求，先释放在建立
如果 PDU 会话 SSC 模式2中有一个 PDU 会话锚点，网络可能触发释放 PDU 会话并指示 UE 来建立一个新的 PDU 会话
到相同的数据网络。触发条件以来操作的策略，在建立新的 PDU 会话，一个新的 UPF 被选出来作为 PDU 会话锚点
如果 PDU 会话 SSC 模式2有多个 PDU 会话锚点，额外的 PDU 会话锚点可能被释放或者分配
SSC mode 2 可以应用到任何 PDU 会话类型和任何接入类型
5.3 SSC Mode 3
不保证会话连续性，只保证业务连续性，采用先建新会话，后断老会话
对于 PDU 会话 SSC 模式3，网络通过一个新的 PDU 会话锚点到相同的数据网络，先建立新锚点的连接再释放老锚点的连接来保证服务的连续性
SSC mode 3 只适合 IP PDU 会话类型，以及任何接入类型
SSC Mode 的选择：
- 由 SMF 负责 SSC Mode 的选择
- SMF 根据 UE 请求的 SSC Mode， UDM 中签约 SSC Mode 和允许的 SSC Mode 来完成选择
3.1.1 AMF 接入和移动管理功能
ccess and Mobility Management Function，接入和移动管理功能，终端接入权限和切换等由它来负责
接入和移动管理功能（AMF）包括以下功能
- -终止RAN CP接口（N2）。
- -终止NAS（N1），NAS加密和完整性保护。
- -注册管理。
- -连接管理。
- -可达性管理。
- -流动性管理。
- -合法拦截（适用于AMF事件和LI系统的接口）。
- -为UE和SMF之间的SM消息提供传输。
- -用于路由SM消息的透明代理。
- -接入身份验证。
- -接入授权。
- -在UE和SMSF之间提供SMS消息的传输。
- -安全锚功能（SEAF）。
- -监管服务的定位服务管理。
- -为UE和LMF之间以及RAN和LMF之间的位置服务消息提供传输。
- -用于与EPS互通的EPS 承载 ID分配。
- -UE移动事件通知。
3.1.2 SMF 会话管理功能
会话管理功能（SMF）包括以下功能
- -会话管理，例如会话建立，修改和释放，包括UPF和AN节点之间的隧道维护。
- -UE IP地址分配和管理（包括可选的授权）。
- -DHCPv4（服务器和客户端）和DHCPv6（服务器和客户端）功能。
- -ARP代理和/或以太网PDU的IPv6 Neighbor Solicitation Proxying。 SMF通过提供与请求中发送的IP地址相对应的MAC地址来响应ARP和/或IPv6邻居请求请求。
- -选择和控制UP功能，包括控制UPF代理ARP或IPv6邻居发现，或将所有ARP / IPv6邻居请求流量转发到SMF，用于以太网PDU会话。
- -配置UPF的流量控制，将流量路由到正确的目的地。
- -终止接口到策略控制功能。
- -合法拦截（用于SM事件和LI系统的接口）。
- -收费数据收集和支持计费接口。
- -控制和协调UPF的收费数据收集。
- -终止SM消息的SM部分。
- -下行数据通知。
- -AN特定SM信息的发起者，通过AMF通过N2发送到AN。
- -确定会话的SSC模式。
- -漫游功能：
- -处理本地实施以应用QoS SLA（VPLMN）。
- -计费数据收集和计费接口（VPLMN）。
- -合法拦截（在SM事件的VPLMN和LI系统的接口）。
- -支持与外部DN的交互，以便通过外部DN传输PDU会话授权/认证的信令。
3.1.3 UDF 用户平面功能
用户平面功能（UPF）包括以下功能：
- -用于RAT内/ RAT间移动性的锚点（适用时）。
- -外部PDU与数据网络互连的会话点。
- -分组路由和转发（例如，支持上行链路分类器以将业务流路由到数据网络的实例，支持分支点以支持多宿主PDU会话）。
- -数据包检查（例如，基于服务数据流模板的应用程序检测以及从SMF接收的可选PFD）。
- -用户平面部分策略规则实施，例如门控，重定向，流量转向）。
- -合法拦截（UP收集）。
- -流量使用报告。
- -用户平面的QoS处理，例如UL / DL速率实施，DL中的反射QoS标记。
- -上行链路流量验证（SDF到QoS流量映射）。
- -上行链路和下行链路中的传输级分组标记。
- -下行数据包缓冲和下行数据通知触发。
- -将一个或多个“结束标记”发送和转发到源NG-RAN节点。
- -ARP代理和/或以太网PDU的IPv6 Neighbor Solicitation Proxying。 UPF通过提供与请求中发送的IP地址相对应的MAC地址来响应ARP和/或IPv6邻居请求请求。
3.1.4 PCF 策略控制功能
3.1.4 NEF 网络开发功能 The Network Exposure Function
为第三方提供特定服务，对外提供网络服务的能力，例如网络优化，功能的增强
3.1.5 NRF 网络仓储功能 The Network Repository Function
为SBA架构服务的功能，支持服务发现功能，
3.1.6 UDM 统一数据管理The Unified Data Management
控制面功能，生成鉴权的功能，UE id的生成
3.1.6 AUSF 鉴权服务功能 The Authentication Server Function
3.1.7 AF 应用功能 The Application Function
3.1.8 UDR 统一存放数据的功能 The Unified Data Repository
Storage and retrieval of subscription data bye the UDM
Storage and retireval of structured data for exposure
3.1.9 UDSF The Unstructured Data Storage Function
3.1.10 SMSF 短消息服务功能 The Short Message Service Function
3.1.11 NSSF 网络切片选择功能 The Network Slice Selection Function
4. 5G 核心网网络功能服务框架
4.1 网络功能服务注册发现授权机制
名词解释
PLMN：Public Land Mobile Network，公共陆地移动网络
RPLMN：Registered PLMN 已登记PLMN
HPLMN：Home PLMN 归属PLMN，终端 USIM 卡上的 IMSI 号中包含的 MCC 和 MNC 与 HPLMN上 的 MCC 和 MNC 是一致的
VPLMN：Visited PLMN 访问 PLMN，为终端用户访问的 PLMN。其 PLMN 和存在 SIM卡 中的 IMSI 的 MCC，MNC 是不完全相同的。当移动终端丢失覆盖后，一个 VPLMN 将被选择
W-AGF：Wireline Access Gateway Function 无线接入网关功能
5G MOCN：5G Multi-Operator Core Network
TNAP：Trusted Non-3GPP Access Point
TNGF：Trusted Non-3GPP Gateway Function
ATSSS： Access Traffic Steering, Switching, Splitting 接入流量导向，转换，拆分
MPTCP：MultiPath TCP
PMF：Performance Measurement Functionality
TSN：Time-Sensitive Networking
EAB：Extended Access Barring 扩展访问限制
PPD：Paging Policy Differentiation
PPI：Paging Policy Indicator
DRX：Discontinuous Reception 不连续的接收
NPLI：Network Provided Location Information
SSC：Session and Service Continuity Mode 会话和服务连续模式
SSCMSP：SSC mode selection policy
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