5G核心网技术基础自学系列 | 5G核心网网络功能

书籍来源：《5G核心网 赋能数字化时代》

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13.1.1 AMF——接入和移动性管理功能

AMF通过N2接口与接入网交互、通过N1接口与UE交互以及通过基于服务的接口与所有其他网络功能交互。AMF支持与UE间建立加密的信令连接， 从而允许UE进行注册、鉴权并在不同的无线小区之间移动。AMF还支持在空闲模式下寻呼终端设备。

当UE通过一个接人网(例如NG-RAN) 连接时， 只有一个AMF通过N1接口处理与UE的所有信令交互。

AMF负责传递UE和SMF网络功能间的所有与会话管理相关的信令消息， 负责传递UE和SMSF间的SMS消息， 以及负责传递UE与LMF之间、RAN与LMF之间的位置服务消息。此外，AMF还负责传递PCF和UE之间的UE策略信息。

AMF通过和AUSF和UDM的合作对UE进行鉴权和授权。成功通过鉴权后，AMF获取完整性保护的密钥集，不同的密钥集用于不同的接口、信令和用户面：

息AS E和传OVE之间的UE镜消息。

• UE和AMF间的N1 NAS信令。

• UE和NG-RAN间的N2 RRC信令。

• UE和eNB间的用户面数据。

13.1.2 SMF——会话管理功能

5G系统的会话管理功能负责建立UE与数据网络之间的连接，并管理该连接的用户面， SMF是管理用户会话的控制功能， 包括会话的建立、修改和释放。SMF可以为IP类型的PDU分配IP地址。SMF通过AMF与UE间接地通信， AMF负责传递UE和SMF间与会话相关的消息。

与EPS相比， 5GS的会话管理增加了灵活性， 例如， 增加了新的终端用户协议类型，增加了新的处理业务和会话连续性的模式，用户面的处理也变得更加灵活。

SMF通过基于服务的接口与其他网络功能交互， 通过N4接口选择并控制不同的UPF网络功能。

SMF与PCF网络功能进行交互， 以获取SMF为PDU会话配置UPF的策略， 包括在UPF中配置PDU会话的业务流引导策略。

SMF还负责收集计费数据， 并控制UPF中的计费功能。SMF支持离线和在线计费。

13.1.3 UPF——用户面功能

UPF在SMF的控制下处理并转发用户数据。UPF与外部IP网络互连， 并作为UE面向外部网络的锚点， 因而UE的移动性在外部网络不可见， 这也意味着根据UE PDU会话的IP地址， 可将从外部网络发送的数据路由到为该UE和PDU会话服务的UPF。

UPF对转发的数据执行各种类型的处理：生成计费数据记录和流量报告、进行“包检测”、分析用户数据包的内容以用作策略决策的输入或用作流量报告的基础。

UPF支持不同的网络接口、执行用户策略， 例如对用户面数据流的门控、业务重定向或限定不同的数据速率。

当终端设备处于空闲状态时，从网络侧无法立即访问到终端，这时向该终端设备发送的任何数据都将由UPF缓冲， 并触发对终端设备的寻呼， 以迫使终端设备返回连接状态并接收发给它的数据。

5GC的UPF可以串联部署， 例如， 一个UPF分布在网络边缘，一个UPF位于更中央的网络站点中，然后由网络规则控制分布式UPF的流量转发。通过对来自UE的数据包（上行数据包）的分类，确定应将数据发送到本地分布式IP网络上还是发送到更中央的UPF。

UPF还可以给发送给无线网络或发送给外部网络的应用数据包打上服务质量(QoS)标记。在网络拥塞的情况下， 传输网处理每个数据包时可根据QoS标记使用合适的优先级。

13.1.4 NRF——网络仓库功能

NRF是网络功能配置文件的存储库， 在网络中可用。NRF的目的是允许服务使用者(例如一个NF)发现并选择合适的服务提供者(即NF和NF服务)，无须事先配置。

当部署了新的网络功能实例或者网络功能实例发生了变化(比如由于网络的扩容或缩容) 时， NRF内的配置文件会更新。NRF配置文件的更新可由网络功能本身或代表网络功能的另一实体进行。NRF和NF间有一个保活的机制用于维护存储库， 如果发现有的NF已经失去联系或处于休眠状态， 那么NRF可以删除这些NF的配置文件。

NRF中的NF配置文件包含诸如NF类型、地址、容量、支持的NF服务以及每个NF服务实例的地址之类的信息。这些信息在发现NF或发现NF服务的过程中提供给NF服务的使用者，给服务使用者提供足够的信息来使用所选的NF和NF服务。

NRF配置文件还包含授权信息， NRF只把配置文件发给那些可以发现特定网络功能或服务的使用者。

13.1.5 UDM——统一的数据管理功能

UDM是存储在UDR中的用户签约数据的前端功能。

UDM使用可能存储在UDR中的签约数据来执行一些应用逻辑， 比如接入授权、注册管理，以及网络向UE发送的事件(例如短信)是否可达。

当UE注册到系统时， UDM会对当前的无线接入授权， 检查支持的功能、禁止的业务和由于漫游等造成的限制等。

UDM生成AUSF用于验证UE的鉴权凭证。UDM还负责永久身份标识保密的管理， 其他实体可以通过UDM来将隐藏的永久身份标识(SUCI) 解析为真实永久身份标识（SUPI）。

同一用户在不同的业务交互中可以使用不同的UDM实例。

UDM保留着给UE提供服务的AMF实例的信息， 也保留着给UE提供PDU会话管理的一个或多个SMF的信息。

13.1.6 UDR——统一的数据仓库

UDR是存储各种类型数据的数据库。重要的数据当然是签约数据以及定义各种网络类型或用户策略的数据。对UDR存储的数据的访问， 作为UDR的服务提供给其他网络功能， 特别是UDM、PCF和NEF。

13.1.7 UDSF——非结构化数据存储功能

UDSF是一项可选功能，它允许其他NF在NF自身之外存储动态的上下文数据，这种功能有时被称为“无状态”实现。

非结构化数据是指没有在3GPP规范中定义结构的数据。使用UDSF的供应商口以采用自定义的数据结构并将这样的数据存储到UDS F中， 并不希望其他供应商的NF可以读取和理解存储的数据。

13.1.8 AUSF——鉴权服务器功能

AUSF提供三种服务， 并且位于签约用户的归属网络中。根据从UE接收的信息以及从UDM获取的信息， AUSF负责归属网络对UE的鉴权。AUSF提供安全参数以保护漫游引导信息，还提供安全参数以保护UE Update(UE更新) 流程中的信息。

13.1.9 5G-EIR——5G设备身份注册

5G-EIR是一个网络功能， 可以检查永久设备标识(ID) (实际硬件设备的ID) 是否已被列入黑名单。运营商可以使用这个功能来阻止某些设备接入网络，比如被盗和列入黑名单的设备。

13.1.10 PCF——策略控制功能

PCF为多种功能提供策略控制：与会话管理相关的功能、与接入和移动性相关的功能、与UE接入选择和PDU会话选择相关的功能。PCF还支持针对未来背景数据传输策整的协商。

针对与会话管理相关的策略控制， PCF与应用功能(AF) 和SMF进行交互， 提供PDU会话相关的策略、PDU会话的事件上报、数据流的授权QoS和计费控制。

PCF与AMF交互， 进行接入和移动性策略控制， 包括服务区域限制的管理和RFSP（频率选择优先级）的管理。RFSP是NG-RAN用来区别对待不同UE的参数。

PCF还(通过AMF) 向UE提供策略信息， 这些策略信息包括非3GPP的网络发现和选择、会话连续性模式选择、网络切片选择以及数据网络名称选择等。

13.1.11 NSSF——网络切片选择功能

NSSF为UE选择(一组)网络切片实例以及选择应该为UE服务的AMF集。AMF可能专用于一个或一组网络切片，NSSF如果知道网络中所有切片信息，可以协助AMF进行跨切片的网络切片选择。

13.1.12 NEF——网络开放功能

NEF的作用类似于EPS中的SCEF， 并支持将5G系统的事件和能力开放给运营商网络内外的应用和网络功能。

NEF可以支持监控5G系统中的特定事件， 这些事件可用于授权的应用和网络功能，比如， 3GPP Release 15中提供的事件有UE的位置、UE的可达性、UE的漫游状态和UE连接丢失。

NEF还可以支持提供可预见的UE行为信息， 该信息可以进一步用在例如AMF中来调整系统和UE的行为。

另外， NEF还支持由外部应用来管理特定的QoS和计费。授权的应用可以通过NEF来请求会话的特定QoS/优先级处理， 以及设置适用的计费方或费率。

单个NEF可能支持一部分功能。网络中可能存在具有不同功能的多个NEF。

13.1.13 NWDAF——网络数据分析功能

NWDAF可以收集数据， 执行分析并将分析结果提供给其他网络功能。网络功能可以根据NWDAF报告的结果调整其行为。在3GPP Release 15中， NWDAF的功能很有限，仅提供网络切片数据分析(网络切片负载的信息) 。PCF和NSSF可以使用来自NWDAF的网络分析， 例如， NSSF可以使用网络切片的负载信息进行切片选择。

13.1.14 SEPP——安全边缘保护代理

SEPP是一种非透明代理， 用于保护漫游场景下运营商之间的信令。SEPP位于服务提供者和服务使用者之间，对其他运营商隐藏网络拓扑，支持消息过滤和管制。

13.1.15 N3IWF——非3GPP互通功能

非3GPP互通功能(N3IWF) 将非3GPP接入(例如WiFi和固定接入) 集成到5G核心网。N3IWF在NWu上终结UE间使用的IKEv 2和IPsec协议， 并将对用户设备进行鉴权和授权接入所需的信息通过N2接口传递给5GC。N3IWF分别通过用于控制面的N2接口和用于用户面的N3接口与5GC连接。

13.1.16 AF——应用功能

AF是3GPP用来表示某个应用功能的， AF可以是运营商网络内部的， 也可以是外部的， 它与3GPP核心网进行交互。这些应用功能可能会影响5G核心网的某些方面， 例如边缘计算应用可能会影响用户数据的路由， 有些应用可能会通过网络开放功能与PCF的交互来影响QoS和计费。

运营商认为可信的应用可直接与相关网络功能进行交互， 其他应用可以通过NEF的能力开放框架与相关的网络功能进行交互。

13.1.17 SMSF——短消息服务功能

SMSF通过AMF在UE和5G核心网之间传送SMS。SMSF负责签约检查， 并终结用于与UE通信的SMS协议（SM-RP/SM-CP）。AMF提供与UE通信的NAS连接，作为对SMSF提供的服务，传送SM-RP/SM-CP消息。

13.1.18 LMF——位置管理功能

LMF提供确定UE位置的功能。LMF可以获取从UE估计的位置， 并且可以从NG-RAN获取位置测量和其他数据。基于获得的数据， LMF检查签约和隐私信息， 确定UE的位置并将其提供给其他NF。LMF通过AMF提供的N1连接与UE进行通信， 通过AMF提供的N2连接与NG-RAN进行通信。