5G核心网与核心网演进

1、网络整体架构

无线接入网RAN+核心网5GC：
（接入网直接连接的是5GC的AMF/UPF）

（图） 5G网络整体架构：

2、NFV与5G网络功能(NF)

5G采用NFV/SDN以支持数据连接和业务灵活部署：
功能设计模块化, 比如采用灵活高效的网络切片
用户面功能和控制面功能分离

2.1、5G定义的网络功能（NF）：

AUSF: 鉴权服务功能Authentication Server Function
UDM: 统一数据管理功能Unified Data Management (UDM)
AMF: 接入及移动性管理功能Access and Mobility Management Function
SMF: 进程管理功能Session Management Function (SMF)
PCF: 策略控制功能Policy Control function (PCF)
UPF: 用户面功能User plane Function (UPF)

（图） EPC与5GC网元比较：

新增的：
NSSF: 网络切片选择功能Network SliceSelection Function (NSSF)
NEF: 网络开放功能Network Exposure Function (NEF)
NRF: 网络数据存储功能NF Repository Function (NRF)
UDR: 统一数据存储库功能Unified Data Repository (UDR)
AF: 应用层功能Application Function (AF)
UDFS: 非结构性数据存储功能Unstructured Data Storage Function

2.2、控制面与用户面分离(CUPS)

CUPS让用户面功能(UPF)摆脱中心化，使其既可灵活部署于核心网(中心DC)，也可部署于接入网(边缘DC)。 光纤传播速度为200km/ms，数据要在相距几百公里以上的终端和核心网之间来回传送，显然是无法满足5G网络亳秒级时延的需求。基于5G核心网C/U分离架构，控制面功能如SMF则在中心DC集中部署，便于统一控制部署在边缘侧或区域侧的UPF，统一配置和下发分流策略。UPF和内容下沉到刚络边缘部署，大大减少传输时延通过UPF的分流策略，实现本地流量在本地卸载，非本地流量则通过本地UPF发送到中心UPF处理，从而避免所有流量都迂回到中心网络，减轻骨干网传输压力和建网成本。

早在4G时代R14标准就定义了CUPS，也就是将SGW和PGW的控制平面和用户平面分离,但在5GC中，分离更彻底：

（图） 核心网演进：控制面和用户面分离：

3、接口定义

5G的接口提供了基于参考点（reference point）和SBI基于服务（service-based）两种，基于参考点的接口是传统的点对点网络体系结构，SBI将参考点接口替换为连接所有NF的公共总线，这一更改使得除了N2和N4等少数接口外，几乎每个接口现在都定义为使用统一接口，使用HTTP / 2协议。

3.1、基于参考点的接口

UE: 用户终端设备User Equipment (UE)
RAN: 接入网络(Radio) Access Network (RAN)
DN: 数据网络Data Network (DN), 比如运营商业务，互联网接入或者第三方业务等
EIR: 5G设备标识注册设备5G-Equipment Identity Register (5G-EIR)

N1:UE和AMF之间的参考点
N2:RAN和AMF之间的参考点
N3:RAN和UPF之间的参考点
N4:SMF和UPF之间的参考点
N6:UPF和数据网之间的参考点
N9:两UPF之间的参考点
N5:PCF和AF之间的参考点
N7:SMF和PCF之间的参考点
N8:UDM和AMF之间的参考点
N10:UDM和SMF之间的参考点
N11:AMF和SMF之间的参考点
N12:AMF和AUSF之间的参考点
N13:UDM和AUSF之间的参考点
N14:两AMF之间的参考点
N15:非漫游场景下PCF和AMF之间的参考点,或者漫游场景下拜访地的PCF和AMF之间的参考点
N16:两个SMF之间的参考点(漫游场景下拜访地SMF和归属地SMF之间)
N17:AMF和5G-EIR之间的参考点
N18:任意NF和UDSF之间的参考点
N22:AMF和NSSF之间的参考点
N24:拜访地PCF和归属地PCF之间的参考点
N27:拜访地NRF和归属地NRF之间的参考点

同时接入两个数据网络(场景：一个UPF连接本地MEC、另一个出公网)：

3.2、SBI：基于服务（service-based）的接口

Namf: AMF提供的服务化接口
Nsmf: SMF提供的服务化接口
Nnef: NEF提供的服务化接口
Npcf: PCF提供的服务化接口
Nudm: UDM提供的服务化接口
Naf: AF提供的服务化接口
Nnrf: NRF提供的服务化接口
Nnssf: NSSF提供的服务化接口
Nausf: AUSF提供的服务化接口
Nudr: UDR提供的服务化接口
Nudsf: UDSF提供的服务化接口
N5g-eir: 5G-EIR提供的服务化接口

4、再谈架构：SBA，基于服务的架构

5GC控制面引入了基于服务的架构（SBA）。在SBA中，每个NF并非一对一（点对点）连接，而是所有NF共享一条通信通道，每个NF都可以与任何NF通信。在过去的EPC中，每一个节点单独定义“参考点”，每个节点之间采用单独的协议进行通信，这显然太复杂，不灵活。5GC认为不能再这么干了，于是将每个NF定义为“服务”，任何一个NF都采用相同的协议（HTTP/2），这样一来NF之间的连接就更弹性了，也大大增强了灵活扩展性。