一文搞懂5G信令流程，带你走进5G通信核心

目录

一、5G 信令流程是什么

二、5G 信令流程涉及的主要网络实体

2.1 用户设备（UE，User Equipment）

2.2 5G 基站（gNB）

2.3 核心网（5GC，5G Core Network ）

三、5G 信令流程关键步骤详细解析

3.1 注册与认证流程

3.2 会话管理流程

3.3 移动性管理流程

3.4 切换与漫游流程

3.5 网络切片选择流程

3.6 QoS 流管理流程

四、5G 信令流程的安全性保障

4.1 信令加密机制

4.2 完整性保护机制

4.3 身份验证机制

4.4 安全密钥管理机制

4.5 网络切片安全隔离机制

五、5G 信令流程案例分析

六、总结与展望

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一、5G 信令流程是什么

        在 5G 通信的庞大体系中，5G 信令流程就像是人体的神经系统，虽不直接传输用户的语音、数据等实际信息，却掌控着整个通信过程的有序运转，是实现 5G 高速、低延迟、大容量通信的关键所在。简单来说，5G 信令流程是指在 5G 网络中，为了建立、维护和拆除通信连接，各个网络设备之间传递的控制信号及其处理过程 。

        从更具体的层面来讲，当我们使用 5G 手机进行上网、通话、观看视频等操作时，手机（UE，User Equipment）与基站（gNB）、核心网（5GC，5G Core Network ）等网络设备之间会不断地交互一系列特殊的控制消息，这些消息的交互过程就是信令流程。比如你打开手机准备刷短视频，手机首先要向基站发送信令告知自己的位置、能力等信息，请求接入网络；基站收到后会回复相关信令，完成与手机的连接建立，并将手机的请求转发给核心网；核心网再根据信令中的信息，为你的手机分配相应的网络资源，如带宽、IP 地址等，之后你才能顺利地刷到精彩的短视频。

        5G 信令流程涉及多个层面和众多功能，其作用十分关键。它不仅负责通信连接的建立，就像搭建起一座桥梁，让用户设备与网络能够顺利 “沟通”；还承担着连接的维护工作，实时监测通信状态，确保桥梁稳固，保障数据传输的稳定；在通信结束时，它又能及时拆除连接，释放网络资源，以便资源可以被其他用户高效利用 。同时，信令流程在用户身份验证和安全保障方面也发挥着重要作用，只有通过严格的身份验证信令交互，才能确保通信的安全性和用户数据的保密性，防止信息泄露和非法访问。在移动性管理方面，当我们拿着手机移动时，信令流程能协调不同基站之间的工作，实现无缝切换，让我们的通信体验不受影响，就像在高速公路上行驶时，能顺畅地从一条车道切换到另一条车道，而不会出现卡顿或中断。

二、5G 信令流程涉及的主要网络实体

        在 5G 信令流程这个复杂的通信网络大舞台上，有多个关键的网络实体参与其中，各自扮演着不可或缺的角色，它们相互协作，共同保障 5G 通信的高效运行。

2.1 用户设备（UE，User Equipment）

        用户设备是我们日常生活中直接接触的通信终端，是信令流程的起点和终点，就像是这场通信交响乐的演奏者。常见的 UE 包括 5G 手机、平板电脑、可穿戴设备以及物联网终端等。它的主要功能是发起通信请求，例如当我们想用 5G 手机上网时，手机会向网络发送接入请求信令，同时 UE 也负责接收网络返回的信令和数据 ，并对这些信令和数据进行处理，将其转化为我们能够理解和使用的信息，比如将接收到的视频数据解码后在手机屏幕上播放出来。UE 还需要支持 5G 网络的接入协议，具备相应的硬件和软件能力，以此利用 5G 网络的高速率、低延迟及大连接特性 。

2.2 5G 基站（gNB）

        5G 基站（gNB）相当于通信网络中的 “桥梁”，是 UE 与核心网之间的关键连接点。它负责与 UE 进行无线通信，接收 UE 发送的信号，并将信号转发给核心网，同时也把核心网的信令和数据传输给 UE 。gNB 具有强大的信号处理能力，能够处理大量的用户连接和高速的数据传输。在 5G 网络中，gNB 还引入了一些新的技术和功能，如大规模 MIMO（多输入多输出）技术，通过多个天线同时发送和接收信号，大大提高了频谱效率和数据传输速率；波束赋形技术则能让信号更精准地指向 UE，减少信号干扰，提升信号传输的质量和覆盖范围 。此外，gNB 还负责无线资源管理，合理分配频率、时间、功率等无线资源，确保各个 UE 都能获得良好的通信服务 。

2.3 核心网（5GC，5G Core Network ）

        核心网是 5G 网络的 “大脑”，承担着信令处理、用户管理、会话管理、数据路由等核心功能，对整个通信过程进行全面的控制和管理。5GC 采用了全新的服务化架构（SBA，Service-Based Architecture），具有高度的灵活性和可扩展性，各个功能模块之间通过标准化的接口进行通信和协作 。它主要包含以下几个关键功能模块：

• 接入和移动性管理功能（AMF，Access and Mobility Management Function）：负责用户接入控制，只有通过 AMF 的严格鉴权和授权，UE 才能合法接入 5G 网络；同时，AMF 承担着移动性管理的重任，实时跟踪 UE 的位置变化，当 UE 在不同基站覆盖区域之间移动时，AMF 能够协调相关网络设备，实现 UE 的无缝切换，保证通信的连续性，就像为 UE 提供了一张精准的 “导航地图”，让它在移动过程中始终保持与网络的稳定连接。

• 会话管理功能（SMF，Session Management Function）：主要负责管理用户会话，包括会话的建立、修改和释放。在我们使用 5G 网络进行视频通话时，SMF 会为这次通话建立一个会话连接，并确保在通话过程中，数据能够按照正确的路径传输，保障通话的顺畅进行；如果通话过程中网络状况发生变化，SMF 也能及时调整会话参数，维持通话质量；当通话结束时，SMF 会及时释放会话资源，以便资源可以被其他用户使用。

• 用户平面功能（UPF，User Plane Function）：专注于用户数据的转发，它就像是数据的 “快递员”，将用户的业务数据在不同的网络节点之间高效传输。UPF 还支持数据包的路由、转发和 QoS（Quality of Service，服务质量）处理，根据不同的业务需求，为数据分配不同的优先级和带宽资源，例如对于实时性要求高的视频会议数据，UPF 会优先处理并保障其带宽，确保视频会议的流畅进行，而对于普通的文件下载业务，则可以适当分配相对较少的带宽 。

• 统一数据管理（UDM，Unified Data Management）：存储和管理用户的签约数据、身份信息等，为其他功能模块提供数据支持，就像一个庞大的 “用户信息数据库”，为网络对用户的管理和服务提供准确的数据依据。

• 策略控制功能（PCF，Policy Control Function）：制定和管理网络策略，根据用户的签约信息、网络状态等因素，为不同的用户和业务分配相应的网络资源和服务质量，确保网络资源得到合理利用，例如为付费更高的用户提供更高的带宽和更低的延迟服务 。

三、5G 信令流程关键步骤详细解析

3.1 注册与认证流程

        当 UE 开机后，首要任务便是进行网络注册和认证，这是其接入 5G 网络的 “敲门砖”。以 5G 手机开机为例，手机会向基站（gNB）发送 Registration Request（注册请求）消息 ，此消息中包含了丰富的 UE 信息，如 5GS Registration type（5G 注册类型，表明是初始注册、移动性注册更新还是周期性注册更新等࿰