5G核心網網絡架構及演進思路

徐雅芳

【摘要】本文主要介紹5G核心網整體網絡架構和主要網元及其功能，并針對網絡架構的特征提出演進思路。

【關鍵詞】網路架構網元演進思路

1.引言

移動核心網兩端分別連接無線網RAN和Intemet，為數據和語音服務提供Internet連接，確保連接的QOS質量要求，管理用戶的移動性和計費等功能。核心網分為控制面和用戶面，控制面承載信令或者控制消息，用戶面也叫數據面或者轉發面承載數據流量。5C核心網采用基于服務的架構，控制面和用戶面徹底分離，使得核心網更加靈活、彈性和高效。

2.5G核心網網絡架構

2.1整體架構介紹

5G核心網架構基于NFV和SDN等新技術為用戶提供數據連接業務服務，包含AMF，UPF和SMF三個功能模塊。5G核心網網元除了UPF之外的都屬于控制面，UPF屬于用戶面。用戶面采用傳統架構和接口，控制面網元全部都采用了服務化架構設計，網元之間使用服務化的接口進行交互。控制面和用戶面之間的接口N4目前還是傳統接口，控制面和無線網以及控制面與終端之間接口N2和N1也是傳統接口。

2.2主要網元和功能介紹

（1）AMF：接入及移動性管理功能Access and Mobility Manage-ment Function.類似于MME，負責用戶的接人性管理，移動性管理、安全上下文管理等功能。

（2）UPF：用戶面功能User plane Function （UPF），類似于PGW-U，負責用戶面處理。

（3）AUSF：鑒權服務功能Authentication Server Function，類似于HSS的AUC功能，生成鑒權向量，負責對用戶的3GPP和非3CPP接入進行認證。

（4）NEF：網絡能力開放功能Network Exposure Function （NEF），類似于SCEF，負責網絡能力的收集、分析、重組和開放。

（5）NRF：網絡功能注冊NF Repository Function （NRF），全新網元，類似于增強的DNS，負責網絡功能的注冊、發現和選擇。

（6）NSSF：網絡切片選擇功能Network SliceSelection Function（NSSF）。

（7）PCF：策略控制功能Policy Control function （PCF），類似于PCRF，負責用戶的策略控制，包括移動性策略、會話策略等。

（8）SMF：會話管理功能Session Management Function （SMF）。類似于PGW-C，負責會話管理功能。

（9）UDM：統一數據管理功能Unified Data Management （UDM）類似于HSS，支持ARPF，支持存儲簽約功能，支持5G功能增強后的其他簽約數據。

（IO）AF：應用層功能Application Function （AF），上層應用，與核心網互聯為用戶提供業務。

5G核心網采用控制轉發分離架構，實現移動性管理和會話管理的獨立進行。用戶面上去除承載概念，QoS參數直接作用于會話中的不同流。通過不同的用戶面可同時建立多個不同的會話并由多個控制面網元同時管理，實現本地分流和遠端流量的并行操作。

3.網絡演進

3.1網絡演進思路

5G網絡可以根據業務的發展采取逐步演進的方式建設。網絡演進需要保持現網業務的連續性，同時為未來業務的發展預留空間，3GPP對5C的演進給出了幾種路徑建議。對于核心網來說，5C演進有兩種選擇，在NSA標準凍結后先將現網升級為EPC+，SA標準凍結后再升級為NGC（ Next Generation Core），或者等SA標準凍結后直接建設NCC。EPC+的標準會先行凍結，滿足移動超寬帶業務的需求，但是終端的類型非SG標準終端，后續無法通過升級成為SC終端。后續NGC的標準凍結后支持的功能更多，終端為5C標準終端。從最大化5G價值來看，NGC更加適合未來業務發展。在5G網絡發展初期，不可避免會出現2/3/4C核心網與5G核心網并存，用戶在進行4C與5G網絡互操作時，會在兩個核心網之間發生切換，很難保持業務連續性。5G核心網解決方案需要支持多網融合接入，簡化網絡結構、運維和互操作性，保持業務連續不中斷。

3.2網絡演進步驟

核心網的演進策略建議分成兩個階段實施，首先進行架構演進，然后再進行功能演進。傳統的核心網分區域進行云化演進，并逐步引入Cloud Native、C/U分離、MEC架構，為5G核心網做好基礎設施和架構準備，在標準凍結后進行功能演進。根據自身業務的發展選擇5G核心網功能演進的方式，先升級成EPC+支持移動超寬帶業務，后續建設5G核心網，或者直接建設5G核心網。

第一階段，升級EPC網絡對接LTE和NR，重點實現控制轉發分離，采用虛擬化技術實現vEPC，主要針對部分eMBB業務。第二階段，在原有EPC增強基礎上實現PGW-C/U、HSS、PCRF等網元平滑升級支持NCC，實現上述網元的建設。新建5G AMF網元與MME實現時接，支持與EPC的無縫切換，實現網絡架構搭建，承載部分專用網業務。第三階段，擴建5C核心網并支持接入所有4G和5G基站，逐步淘汰專有硬件的EPC網元，將vEPC資源釋放，實現NGC網元重構，將大部分eMBB、mMTC和URLLC等業務遷移到5G網絡。

4.結束語

未來隨著5G標準制定和完善、5G技術的成熟以及各種配套設備的逐步完整，5G核心網絡網絡架構將實現顛覆性的轉變。為實現大連接、低時延、高速率應用場景，核心網網絡如何發展將起著關鍵性的作用，核心網將在未來技術發展和演進過程中面臨著嚴峻的考驗。

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