深度技术剖析长文：5G核心网与接入网的演进

序言：本期我们将围绕5G接入网和核心网展开深入探讨。

随着5G研究的深入和普及，对于5G具备的能力已达成基本共识：满足增强的移动互联网应用需求，拥有更高体验速率和更大带宽接入的能力；满足车联网、远程医疗、应急通信、工业控制等垂直行业应用需求，拥有低时延、高可靠的信息交互能力，具备承担高时效、高精密、高安全需求业务的能力；满足物联网设备互联互通的应用需求，拥有更高连接密度、更简单信令交互的能力，支持大规模、低成本、低功耗物联网设备的高效接入和管理。

为了满足这些苛刻的体验、效率和性能的要求，5G必须要构建一个资源全共享、功能易编排、业务紧耦合的网络平台。因此，5G网络架构就必须全面深入优化。

图1  4G LTE网络典型架构图

蜂窝通信系统的网络可以划分成接入网（RAN）和核心网（CN）两部分，无线接入网主要由基站组成，为用户提供无线接入功能；核心网主要由基站管理器、网关、计费系统组成，主要为用户提供网络接入服务和管理功能，在4G LTE系统中，基站和核心网分别叫eNB和EPC。

图2  4G向5G演进网络架构变化图

5G系统由接入网（AN）和核心网（5GC）组成，若考虑NSA（非独立组网）场景，则还需要考虑4G的网元。5G网络在传统4G LTE网络的基础上进行了优化处理，网元呈现虚拟化、云化。

一、主要网元及功能

图3  各网元主要功能

5G网元的功能划分如图所示。NG-RAN包含gNB或ng-eNB节点，5GC包含AMF，UPF和SMF三个功能模块。

gNB/ng-eNB

o 小区间无限资源管理InterCell Radio Resource Management（RRM）

o 无线承载控制RadioBear（RB）Control

o 连接移动性控制Connection Mobility Control

o 测量配置与规定MeasurementConfiguration and Provision

o 动态资源分配DynamicResource Allocation

AMF

o NAS安全Non-AccessStratum（NAS） Security

o 空闲模式下移动性管理IdleState Mobility Handling

UPF

o 移动性锚点管理 MobilityAnchoring

o PDU处理（与Internet连接）PDUHandling

SMF

o 用户IP地址分配 UE IPAddress Allocation

o PDUSession控制

主要网元功能实体 (NF)：

o UE: 用户终端设备User Equipment (UE)

o RAN: 接入网络(Radio) Access Network (RAN)

o AMF: 接入及移动性管理功能Access and Mobility Management Function

o UPF: 用户面功能User plane Function (UPF)

o AUSF: 鉴权服务功能Authentication Server Function

o 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。

o UDFS: 非结构性数据存储功能Unstructured Data Storage Function

o NEF: 网络业务呈现功能Network Exposure Function (NEF)

o NRF: 网元数据仓库功能NF Repository Function (NRF)

o NSSF: 网络切片选择功能Network SliceSelection Function (NSSF)

o PCF: 策略控制功能Policy Control function (PCF)

o SMF: 进程管理功能Session Management Function (SMF)

o UDM: 统一数据管理功能Unified Data Management (UDM)

o UDR: 统一数据仓库功能Unified Data Repository (UDR)

o AF: 应用层功能Application Function (AF)

o EIR: 5G设备标识注册设备5G-Equipment Identity Register (5G-EIR)