5G系统——协议栈

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摘要

5G系统采用SBA架构，这应该是参考了互联网行业的架构模式，相比于通信行业传统的点到点的网元架构而言，5G核心网的变化是革命性的，和3G/4G完全不一样。SBA架构下核心网网元之间的接口为SBI(servec based interface)，采用HTTP/TCP协议；5GC与接入网的N2接口还是采用传统的模式，即应用协议承载在SCTP上......

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协议栈

1.信令面协议栈

1.1 5G-AN和5GC的接口(N2)

• AN-AMF

NG-AP协议定义在38.413中，SCTP协议定义在RFC 4960。

• AN-SMF

N2-SM消息是NG-AP消息的一部分，这部分消息由AMF负责透传。从接入网的角度N2-SM消息终结于AMF。

1.2 UE和5GC接口(N1)

N1 NAS信令的终结点为UE和AMF，一个NAS信令连接用于注册管理/连接管理(RM/CM)和会话管理（SM）。NAS协议由NAS-MM和NAS-SM两部分组成；此外UE和5GC间还有多个其它协议（SM、SMS、UE policy、LCS等），这都协议都是通过N1 NAS-MM进行透传的。

RM/CM NAS消息和其它类型的NAS消息是解耦的，也就是AMF负责RM/CM，其它的消息就透传给对应的模块去处理。

位于AMF的NAS-MM负责：1）维护处理RM/CM的状态和对应流程处理，2）提供安全的NAS消息传输通道（也即NAS层的加密和完保），3）透传其它类型的NAS消息（SM、SMS、UE Policy、LCS）。

如果UE同时通过3GPP和non-3GPP接入网接入5GC，那么每个接入模式下都有一个N1 NAS信令连接。

1.2.1 UE—AMF

NAS-MM: NAS-MM协议负责注册管理、连接管理、用户面连接的激活和去激活操作，负责NAS消息的加密和完保。5G NAS协议定义在 TS 24.501.

5G-AN Protocol layer: 接入网的协议栈取决于具体的接入网类型；如果从eNB接入，则对应的空口协议栈定义在TS36.300，如果从gNodeB接入，则对应的空口协议定义在TS38.300，如果从non-3GPP网络接入，则对应的协议栈定义在TS23.501 8.2.4章节。

1.2.2 UE—SM

NAS-SM: NAS-SM消息支持用户面PDU会话的建立、修改、释放；NAS-SM消息通过AMF传输，且其对AMF是透明的（也就是AMF负责透传SM消息、不对其进行解析处理）。具体的消息和流程见于协议TS 24.501。

1.3 5GC—5GC

5GC内部网元之间的接口为SBI接口，采用HTTP服务的形式。SBI接口有：Namf, Nsmf, Nudm, Nnrf, Nnssf, Nausf, Nnef, Nsmsf, Nudr, Npcf, N5g-eir, Nlmf。

上图就是SBI协议栈（图片来源TS29.500  5.1章节），采用互联网常用的HTTP/TCP协议，HTTP/2请参考RFC 7540。

1.4  non-3GPP接入

IKEv2见于RFC7296《Internet Key Exchange Protocol Version 2》，

1.5 UE—gNB （NR）

上图是5G新空口信令协议栈，层次和3G/4G的空口协议层次一样，都是RRC/PDCP/RLC/MAC/PHY这几层。

2. 用户面协议栈

2.1 一条PDU会话的用户面协议栈

N3口使用GTP-U协议，这和3G/4G一样，GTP-U定义于TS29.281；5G-AN用户面协议栈取决于具体的接入网类型，如果是通过gNB接入，其协议栈见于下文2.2节。

2.2 UE—gNB

相比于3G/4G的空口用户面协议栈，5G新空口用户面协议栈多了一层SDAP(Service Data Adaptation Protocol ）。SDAP协议定义于TS37.324，PDCP定义于TS38.323，RLC定义于TS38.322，MAC定义于TS38.321.

参考

TS23.501 第八章

TS29.500 

TS38.300