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系統架構

在5GC中，每個節點稱為網絡功能(NF)，下面簡要介紹一下每個NF的名稱及功能。

• NSSF（網絡切片選擇功能）

管理網絡切片相關信息，比如負責為終端選擇網絡切片

• AUSF（認證服務器功能）

完成用戶接入的身份認證功能，對應4G MME中鑒權功能

• UDM（統一數據管理）

管理和存儲簽約數據、鑒權數據

• AMF（接入和移動性管理功能）

完成移動性管理、NAS MM信令處理、NAS SM信令路由、安全錨點和安全上下文管理等

• SMF（會話管理功能）

完成會話管理、UE IP地址分配和管理、UP選擇和控制等

• PCF（策略控制功能）

支持統一策略框架，提供策略規則

• AF（應用程序功能）

外部應用程序服務器

• UPF（用戶面功能）

負責用戶面處理，比如在無線接入網和Internet之間轉發流量、報告流量使用情況、QoS策略實施等，對應4G EPC中的S/PGW的用戶面

• DN（數據網絡）

5GC外部數據網絡（Internet等）

再來與4G EPC架構對比一下：

EPC架構

可以發現，5GC的變化似乎并不大，不過增加了一些新節點(比如NSSF)，以及一些節點被重新命名(比如原來的PCRF重新命名為CF)。

但這只是你看到的表明!

事實上，兩者在功能方面有很多變化。

下面就簡單說說5GC的6大變化，也是6大關鍵能力......

控制面與用戶面分離

啥叫控制面?啥叫用戶面?簡單說，用戶面負責數據包傳輸，控制面負責連接的建立與斷開等。

控制面與用戶面分離并不是新鮮事，早在4G時代R14標準就定義了CUPS(EPC節點的控制面與用戶面分離)，也就是將SGW和PGW的控制平面和用戶平面分離。

R14中的EPC控制面與用戶面分離

但在5GC中，分離更明顯，更徹底...

如上圖，用戶面(UPF)僅負責傳輸數據包，控制面(比如SMF)僅負責處理會話連接的建立和斷開......這種控制面與用戶面分離的架構，允許分別增強控制面功能和用戶面(UPF)功能，更重要的是，可以將用戶面(UPF)下沉到離用戶更近的地方，從而大幅降低網絡時延。

不依賴于接入網的統一架構

在4G時代，3GPP接入網(比如LTE、WCDMA)與非3GPP接入網(比如Wi-Fi)以不同的方式連接到EPC。

但5G時代，不管是“3GPP接入網”(比如5G NR、LTE)，還是其他“非3GPP接入網”都使用相同的接口連接到5GC。

為此，R15定義了如何基于此原理使用N3IWF將“Untrusted non-3GPP access”(比如公共Wi-Fi)連接到5G系統。R16還研究了將有線接入網納入統一的接入，這就是真正的“固網和無線融合”了。

基于服務的架構(SBA)

前面我們講過5GC的系統架構圖，這是我們熟悉的以“參考點表示”的架構圖，這讓我們易于理解核心網的節點之間是如何連接。但事實上，5G標準還給出了另一個更“真實”的5GC系統架構圖......

5GC架構(基于服務的架構)

如上圖所示，5GC控制面引入了基于服務的架構(SBA)。在SBA中，每個NF并非一對一(點對點)連接，而是所有NF共享一條通信通道，每個NF都可以與任何NF通信。

為啥要采用SBA?在過去的EPC中，每一個節點單獨定義“參考點”，每個節點之間采用單獨的協議進行通信，這顯然太復雜，不靈活。5GC認為不能再這么干了，于是將每個NF定義為“服務”，任何一個NF都采用相同的協議(HTTP/2)，這樣一來NF之間的連接就更彈性了，也大大增強了靈活擴展性。

但問題來了，在這樣的SBA架構下，一個NF如何知道另一個NF提供的是什么服務呢?都提供了哪些服務呢?

于是，NRF(網絡存儲庫功能)被引入到5G核心網控制面，其提供“服務注冊”，“服務授權”和“服務發現”功能，具體點講，就是負責對網絡功能服務注冊登記、狀態監測等，實現網絡功能服務自動化管理、選擇和可擴展，并允許每個網絡功能發現其它網絡功能提供的服務。

另外，還引入了NEF(網絡開放功能)，其解決了諸如AF(應用功能)之類的外部節點與5G核心網控制面中的節點之間基于SBA架構通信，比如AF可以通過NEF要求PCF將流量卸載到本地服務器。

NWDAF(網絡數據分析功能)

不知你注意到沒有，在上面的5GC SBA架構圖中，還引入了一個新的功能——NWDAF(網絡數據分析功能)。顧名思義，NWDAF就是提供網絡分析的NF，引入它的目的是實現網絡自動化。

NWDAF定義了收集什么樣的數據，怎樣將分析結果反饋到網絡等內容。但是，如何具體分析收集的數據，這很難用標準化來規范。NWDAF從整網收集數據，并與AI結合，可在5G網絡中實現從數據收集，到數據分析，再到結果反饋的閉環自動化流程。

分布式UPF

如上所述，在4G EPC中，SGW和PGW被分離為用戶面節點，但在5GC中，只有UPF負責用戶面，這是為了減少用戶面節點數量來進一步減少網絡時延。

下面你就能理解僅有一個UPF作為用戶面的簡潔設計所帶來的好處了...

如上圖，通常在面向行業專網的5G組網中會配置兩個(或兩個以上)的UPF，一個通過N6接口連接DN，一個部署于邊緣節點并連接到本地服務器，負責將本地流量卸載到本地，保障數據不出園區和網絡低時延。要是用戶面有SGW和PGW兩個網元功能，帶來更多節點，豈不是太累贅?

網絡切片

網絡切片是個老熟人了，不用做太多介紹。

這里要介紹的是，通過網絡切片，一個終端可以使用多個切片，好像最多可以連接8個切片。在切片網絡中，AMF負責終端級的處理，例如用戶身份驗證和終端位置管理，因此，無論終端連接多少個切片，都由相同的AMF來負責處理。不過，每個切片都有單獨的SMF和UPF，并分別連接不同的DN，這樣終端上運行的多個應用可以通過各自的切片來保障網絡能力，并且互不影響。