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5G核心網絡架構
上圖是非漫遊時的５G架構參考模型，採用的是基於業務接口(service-based)的表現形式，也叫SBA架構。圖中的Nxxx就是基於業務的接口。與傳統的核心網絡架構不同，實現了控制面與媒體面分離、移動性管理和會話管理解耦。核心網對接入方式不感知，各種接入方式都通過統一的機制接入網絡，例如非3gpp方式也通過統一的N2/N3接口接入5G核心網，3gpp與非3gpp統一認證等。另外還有一種基於參考點(reference point)的表示形式，下圖所示的基於參考點的形式纔是我們通信中最熟悉的形式（傳統的點到點架構）。
5G網絡功能
- AMF(接入和移動性管理)
在AMF的單個實例中支持部分或全部AMF功能。主要包括以下功能：終止RAN CP接口、終止NAS，NAS加密和完整性保護、註冊管理、連接管理、可達性管理、流動性管理、合法攔截、爲UE和SMF之間的SM消息體統傳輸、用於路由SM消息的透明代理、接入身份驗證、接入授權、在UE和SMSF之間提供小媳的傳輸、安全錨功能、監督服務的定位服務管理、爲UE和LMF之間以及RAN和LMF之間的位置服務消息提供傳輸、用於與EPS互通的EPS 承載 ID分配、UE移動時間通知。
接入和移動性管理功能實體；是RAN信令接口(N2)的終結點,，NAS(N1)信令（MM消息）的終結點，負責NAS消息的加密和完保、負責註冊、接入、移動性、鑑權、透傳短信等功能，此外在和EPS網絡交互時還負責Eps Bearer Id的分配。AMF可以類比於4G的MME實體。
- SMF(會話管理)
SMF的主要功能有：0）NAS消息的SM消息的終結點；1）會話(session)的建立、修改、釋放；2）UE IP的分配管理；3）DHCP功能；4）ARP代理或IPv6鄰居請求代理（Ethnet PDU場景下）；5）爲一個會話選擇和控制UPF；6）計費數據的收集以及支持計費接口；7）決定一個會話的SSC模式；8）下行數據指示；等等。
- UPF(用戶平面功能)
主要功能時負責數據包的路由轉發\Qos流映射.類似於4G下的GW(SGW+PGW).
- UDM(統一數據管理)
負責的主要功能有：1）產生3gpp鑑權證書/鑑權參數；2）存儲和管理5G系統的永久性用戶ID(SUPI)；3）訂閱信息管理；4）MT-SMS遞交；5）SMS管理；6）用戶的服務網元註冊管理（比如當前爲終端提供業務的AMF、SMF等）。
統一數據管理UDM包括UDR功能
UDR：統一數據倉庫；1）UDM存儲訂閱數據或讀取訂閱數據； 2）PCF存儲策略數據或者讀取策略數據；3）存儲暴露的數據或者從中讀取暴露的數據；UDR和訪問其的NF具有相同的PLMN，也就是同一個網絡下，也即Nudr接口是一個PLMN內部接口
UDSF(非結構化數據存儲功能):存儲特定NF的非結構化數據,例如AMF和SMF使用的會話ID\狀態數據
- PCF(策略控制功能)
支持統一的策略框架去管理網絡行爲，提供策略規則給網絡實體去實施執行，訪問統一數據倉庫（UDR）的訂閱信息，PCF只能訪問和其相同PLMN的NDR。
- AUSF(認證服務器功能)
支持3gpp接入的鑑權和untrusted non3gpp接入的鑑權。
- NEF(網絡功能開放)
3gpp的網元都是通過NEF將其能力暴露給其它網元的；NEF將相關信息存儲到NDR中、也可以從NDR獲取相關的信息，NEF只能訪問和其相同PLMN的NDR；NEF提供相應的安全保障來保證外部應用到3gpp網絡的安全；3gpp內部和外部相關信息的轉換，例如AF-Service-Identifier和5G核心網內部的DNN, S-NSSAI等的轉換，尤其是網絡和用戶敏感信息一定要對外部網元隱藏掉；NEF可以通過訪問NDR獲取到其它網元的相關信息，NEF只能訪問和其相同PLMN的UDR。
- NSSF(網絡切片選擇功能)
- NRF(網絡存儲功能)
支持業務發現功能，也就是接收網元發過來的NF-Discovery-Request，然後提供發現的網元信息給請求方；維護可用網元實例的特徵和其支持的業務能力；一個網元的特徵參數主要有：{網元實例ID、網元類型、PLMN、網絡分片的相關ID（如S-NSSAI、NSI ID）、網元的IP或者域名、網元的能力信息、支持的業務能力名字，等等}。
NRF支持幾個主要功能爲：
1)網絡功能服務的自動註冊，更新或去註冊;每個網絡功能服務在上電時會自動向NRF註冊本服務的IP地址，域名，支持的能力等相關信息，在信息變更後自動同步到NRF，在下電時向NRF進行去註冊。NRF需要維護整個網絡內所有網絡功能服務的實時信息，類似一個網絡功能服務實時倉庫。
2)網絡功能服務的自動發現和選擇。在5G核心網中，每個網絡功能服務都會通過NRF來尋找合適的對端服務，而不是依賴於本地配置方式固化通訊對端。NRF會根據當前信息向請求者返回對應的響應者網絡功能服務列表，供請求者進行選擇。這種方式一定程度上類似於DNS機制，從而實現網絡功能服務的自動發現和選擇。
3)網絡功能服務的狀態檢測。NRF可以與各網絡功能服務之間進行雙向定期狀態檢測，當某個網絡功能服務異常，NRF將異常狀態通知到與其相關的網絡功能服務。
4)網絡功能服務的認證授權。NRF作爲管理類網絡功能，需要考慮網絡安全機制，以防止被非法網絡功能服務劫持業務。
- AF(應用功能)
5G核心網絡消息傳輸
5G核心網絡傳輸層統一採用HTTP/2協議,應用層攜帶不同的服務消息.因爲底層的傳輸方式相同,所有的服務化接口就可以在同一總線上進行傳輸,這種通信方式又可以理解爲總線通信方式,在總線上每個NF通過各自的服務化接口對外提供服務,並允許其他獲得授權的NF訪問或調用自身的服務.提供服務的NF被稱爲NF服務提供者,訪問和調用服務的NF被稱爲NF服務使用者.他們之間通過訂閱和通知的方式進行具體的消息交互.如下圖所示,服務使用者訂閱服務提供者能提供的服務,服務提供者計算完成後以通知的形式返回給服務使用者.
在5GC,提供兩種形式參考點:一種時基於服務化接口的參考點,例如控制面NF之間的交互關係;一種是基於傳統點對點通信的參考點,例如NF與無限曾以及外部網絡連接時的交互關係.
爲了更好的理解5GC中各個NF之間以及對外的交互關係,3GPP協議中也提供了傳統拓撲接口的架構圖,控制面體現基於服務化接口的參考點,如N12\N13等紅色部分.控制面和UPF\5GC和無線側以及外部網絡連接時,體現的是基於傳統點對點通信的參考點,如N1\N2等藍色部分.
補充知識
NSSF網絡切片選擇功能:
- 選擇爲UE提供服務的網絡切片實例集，
- 確定允許的NSSAI(Network Slice Selection Assistance Information,網絡切片選擇輔助信息)，並在必要時確定到用戶的S-NSSAI的映射，
- 確定已配置的NSSAI，並在需要時確定到已用戶的S-NSSAI的映射，
- 確定AMF集用於服務UE，或者，基於配置，可能通過查詢NRF來確定候選AMF列表
NSSAI網絡切片選擇輔助信息
NSSAI是多個S-NSSAI的集合,按照3GPP的定義,S-NSSAI是一個32位整數,可以劃分爲兩個部分:SD和SST,其中SD是24位,SST是8位
1）SST（Slice/Service type），切片/服務類型，它指的是在功能和服務方面的預期網絡切片行爲。
2）SD（Slice Differentiator），切片差分器，這是可選信息，補充切片/服務類型，以區分相同切片/服務類型的多個網絡切片。
SST是1,切片類型是eMBB切片,以此類推.
按照3GPP的定義,一個終端最多可以同時帶給5G網絡8個S-NSSAI,也就是說可以同時接入8個切片,S-NSSAI會指導網絡,把終端接入到哪個切片中.
5G核心網切片主要採用NSSF實現切片的選擇.NSSF支持基於NSSAI\位置信息\切片符合信息等各種策略,智能化的選擇切片,5G核心網支持通過NWDAF(network data analytics function)實施採集網絡切片的性能指標,NSSF從NWDAF獲取相關數據並執行智能化的切片選擇策略.
切片的漫遊,NSSF和AMF通過VPLMN和HPLMN的NSSAI進行映射,支持用戶跨運營商,甚至跨夥計的漫遊.vNSSF負責選擇VPLMN中的切片,和NSSF負責選擇HPLMN中的切片.
網絡切片管理架構包括通信業務管理、網絡切片管理、網絡切片子網管理。其中通信業務管理功能（CSMF）實現業務需求到網絡切片需求的映射；網絡切片管理功能（NSMF）實現切片的編排管理，並將整個網絡切片的SLA分解爲不同切片子網（如核心網切片子網、無線網切片子網和承載網切片子網）的SLA；網絡切片子網管理功能（NSSMF）實現將SLA映射爲網絡服務實例和配置要求，並將指令下達給MANO，通過MANO進行網絡資源編排。對於承載網絡的資源調度，將通過與承載網絡管理系統的協同來實現。