5G系统——系统架构模型（1）

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摘要

2018年6月13日20:18(北京时间2018年6月14日11:18)，在美国圣地亚哥，3GPP全会(TSG#80)批准了第五代移动通信技术标准(5G NR)独立组网功能冻结。这意味着5G NR具备了独立部署的能力，也带来全新的端到端新架构，5G正式可以进入到商用阶段。本着学习的好奇心，开始了解和学习5G通信协议，跟上时代的发展；因此我计划在接下来的5G学习过程的知识点和心得在博客上记录整理出来，以便参考。

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网络功能实体

-     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)

-     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)

-     Application Function (AF)

-     User Equipment (UE)

-     (Radio) Access Network ((R)AN)

-     5G-Equipment Identity Register (5G-EIR)

-     Security Edge Protection Proxy (SEPP)

-    Network Data Analytics Function (NWDAF)

 

系统架构模型图

图4.2.3-1是非漫游时的5G系统架构参考模型，采用的是基于业务接口(service-based)的表现形式，也叫SBA架构。图中的Nxxx就是基于业务的接口。另外还有一种基于参考点(reference point)的表示形式，如下图4.2.3-2所示，基于参考点的形式才是我们通信中最熟悉的形式（传统的点到点架构）。

图4.2.3-2是非漫游下5G系统的架构模式，采用参考节点的表现形式；这是最基本的架构，应该先掌握这个最基本的架构模型，然后再进一步学习更复杂的模型（进一步学习可以参考协议23.501 第四章）。

（R）AN：接入网，可以是3gpp的接入网（如LTE、5G-NR），也可以是non-3gpp的接入网（如常见的wifi接入）；如果以我们最常见的手机上网来说的话，这个(R)AN节点就是基站。

AMF：接入和移动性管理功能实体；是RAN信令接口(N2)的终结点,，NAS(N1)信令（MM消息）的终结点，负责NAS消息的加密和完保、负责注册、接入、移动性、鉴权、透传短信等功能，此外在和EPS网络交互时还负责Eps Bearer Id的分配。AMF可以类比于4G的MME实体。

SMF：会话管理功能实体；SMF的主要功能有：0）NAS消息的SM消息的终结点；1）会话(session)的建立、修改、释放；2）UE IP的分配管理；3）DHCP功能；4）ARP代理或IPv6邻居请求代理（Ethnet PDU场景下）；5）为一个会话选择和控制UPF；6）计费数据的收集以及支持计费接口；7）决定一个会话的SSC模式；8）下行数据指示； 等等。

UPF：用户面功能实体；最主要的功能是负责数据包的路由转发、Qos流映射。其类似于4G下的GW(SGW+PGW)。

PCF：策略控制功能实体；支持统一的策略框架去管理网络行为，提供策略规则给网络实体去实施执行，访问统一数据仓库（UDR）的订阅信息，PCF只能访问和其相同PLMN的NDR。详见TS 23.503 6.2.1章节。

NEF：网络暴露功能实体；3gpp的网元都是通过NEF将其能力暴露给其它网元的；NEF将相关信息存储到NDR中、也可以从NDR获取相关的信息，NEF只能访问和其相同PLMN的NDR；NEF提供相应的安全保障来保证外部应用到3gpp网络的安全；3gpp内部和外部相关信息的转换，例如AF-Service-Identifier和5G核心网内部的DNN, S-NSSAI等的转换，尤其是网络和用户敏感信息一定要对外部网元隐藏掉；NEF可以通过访问NDR获取到其它网元的相关信息，NEF只能访问和其相同PLMN的UDR。

NRF：网络贮存功能实体；支持业务发现功能，也就是接收网元发过来的NF-Discovery-Request，然后提供发现的网元信息给请求方；维护可用网元实例的特征和其支持的业务能力；一个网元的特征参数主要有：{网元实例ID、网元类型、PLMN、网络分片的相关ID（如S-NSSAI、NSI ID）、网元的IP或者域名、网元的能力信息、支持的业务能力名字，等等}。

UDM：统一数据管理；负责的主要功能有：1）产生3gpp鉴权证书/鉴权参数；2）存储和管理5G系统的永久性用户ID(SUPI)；3）订阅信息管理；4）MT-SMS递交；5）SMS管理；6）用户的服务网元注册管理（比如当前为终端提供业务的AMF、SMF等）

AUSF：鉴权服务器网元；支持3gpp接入的鉴权和untrusted non3gpp接入的鉴权。

N3IWF：Non-3GPP InterWorking Function；

UDR：统一数据仓库；1）UDM存储订阅数据或读取订阅数据； 2）PCF存储策略数据或者读取策略数据；3）存储暴露的数据或者从中读取暴露的数据；UDR和访问其的NF具有相同的PLMN，也就是同一个网络下，也即Nudr接口是一个PLMN内部接口。

SMSF：短信功能实例；

参考

TS23.501-f20 《System Architecture for the 5G System》