5G系统架构

5G系统概念

5G系统架构定义为支持数据连接和服务，使部署能够使用NFV（网络功能虚拟化）和SDN（软件定义网络）等技术。

关键的原则和概念：

• 将用户平面（User Plane, UP）功能与控制平面（Control Plane, CP）功能分离，允许独立的可扩展性、演化和灵活的部署，例如集中位置或分布式(远程)位置。
• 模块化功能设计，例如实现灵活高效的网络切片
• 只要适用，将网络过程(即网络功能之间的交互集)定义为网络服务，这样就可以重用它们。
• 如果需要，允许每个网络功能（NF）和它的NF服务直接或间接地与其他NF和它的NF服务交互。该体系结构并不排除使用另一个中间功能来帮助路由控制平面消息（例如DRA）。
• 最小化接入网（Access Network）和核心网（Core Network）之间的依赖关系。该架构定义为一个具有公共AN - CN接口的融合核心网络，集成了不同的接入类型，如3GPP接入和非3GPP接入。
• 支持统一的身份认证框架。
• 支持“无状态”网络功能，其中计算资源与存储资源解耦。
• 支持能力开放。
• 支持对本地和集中服务的并发访问。为了支持低延迟业务和本地数据网络接入，用户面功能可以部署在靠近接入网的地方。
• 支持漫游，包括归属路由流量以及访问PLMN中的本地疏导流量。

5G系统架构组成

5G系统架构包含以下网络功能：

• AUSF：Authentication Server Function，认证服务器功能
• AMF：Access and Mobility Management Function，接入和移动管理功能
• DN：Data Network，数据网络
• UDSF：Unstructured Data Storage Function，非结构化数据存储功能
• NEF：Network Exposure Function，网络曝光功能/能力开放功能
• NRF：Network Repository Function，网络存储库功能
• NSSAAF：Network Slice Specific Authentication and Authorization Function，特定网络切片认证授权功能
• NSSF：Network Slice Selection Function，网络切片选择功能
• PCF：Policy Control Function，策略控制功能
• SMF：Session Management Function，会话管理功能
• UDM：Unified Data Management ，统一数据管理
• UDR：Unified Data Repository，统一数据存储库
• UPF：User Plane Function，用户面功能
• UCMF：UE radio Capability Management Function，终端无线能力管理功能
• AF：Application Function，应用功能
• UE：User Equipment，用户设备
• ®AN：(Radio) Access Network，（无线）接入网
• 5G-EIR：5G-Equipment Identity Register，5G设备标识寄存器
• NWDAF：Network Data Analytics Function，网络数据分析功能
• SEPP：Security Edge Protection Proxy，安全边缘保护代理
• SCP：Service Communication Proxy，服务通信代理

5G系统架构

非漫游5G系统架构，采用的是基于业务接口(service-based)的表现形式，也叫SBA架构：

基于参考点展示的非漫游5G系统架构：

AUSF

支持3GPP接入和不受信任的非3GPP接入的认证

AMF

• 是NAS信令（MM消息）接口（N1）和RAN信令接口（N2）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

• NAS消息的SM消息的终结点；
• 会话(session)的建立、修改、释放；
• UE IP的分配管理；
• DHCP功能；
• ARP代理或IPv6邻居请求代理（Ethnet PDU场景下）
• 为一个会话选择和控制UPF；
• 计费数据的收集以及支持计费接口；
• 决定一个会话的SSC模式；
• 下行数据指示；

UPF

• RAT移动性的锚点；
• 与数据网络互连的外部PDU会话点；
• 分组路由和转发；
• 用户面部分的策略规则实施，例如门限控制，重定向，流量转发；
• 合法拦截；
• 流量使用报告；
• 用户面的QoS处理

PCF

• 支持统一的策略框架去管理网络行为；

• 为控制面功能提供策略规则以强制执行他们

• 访问统一数据仓库（UDR）中与策略决策相关的订阅信息

NEF

• 网元通过NEF将其能力暴露给其它网元的；
• 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；
• 提供相应的安全保障来保证外部应用到3gpp网络的安全；
• 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；
• 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 ID、网络分片的相关标识（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

• 生成 3GPP AKA 身份验证凭据；
• 存储和管理5G系统的永久性用户ID(SUPI)；
• 订阅信息管理；
• MT-SMS递交；
• SMS管理；
• 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）

UDR

• UDM存储订阅数据或读取订阅数据；
• PCF存储策略数据或者读取策略数据；
• 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

NSSF

• 选择为UE服务的网络切片实例集
• 确定允许的NSSAI，并在必要时确定到订阅的S-NSSAI的映射
• 确定已配置的NSSAI，并在需要时确定到已订阅的S-NSSAI的映射
• 确定要用于服务UE的AMF集，或者基于配置，可能通过查询NRF来确定候选AMF的列表