5G移动通信技术-第五章-5G核心网和接口协议

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5G核心网和接口协议5G核心网网络功能和架构5G核心网用户面和控制面协议栈5G其他功能架构SDNNFVSDN/NFV和5G网络5G移动通信技术第五章5G核心网和接口协议1.5G核心网网络功能和架构05核桃AI5.1.15G核心网的原则5G系统架构被定义为支持数据连接和服务，能够使用比如NFV(NetworkFunctionsVirtualization，网络功能虚拟化)技术和SDN(Software

Defined

Network，软件定义网络)架构这样的信息技术，5G系统架构可以确保各控制平面网络功能之间实现基于服务的无阻碍流畅交互。5G核心网的十大关键原则如下：(1)将UP功能与CP功能分开，允许独立扩展、演进和灵活部署，例如集中式扩展或分布式(远程)扩展；(2)模块化功能设计，例如：实现灵活和有效的网络切片；(3)支持统一的身份验证框架；(4)在适用的情况下，将流程定义为服务，以便可以重复使用；(5)支持网络能力对外开放，例如：开放接口，非3GPP网络也可以接入；(6)如果需要，允许每个NF(NetworkFunction，网络功能)直接与其它NF交互。该体系结构不排除使用中间节点功能来帮助路由控制平面消息，例如像DRA(DiameterRoutingAgent，路由代理节点)；(7)支持“无状态”NF，其中“计算”资源与“存储”资源分离；(8)最小化AN(接入网络)和CN(核心网络)之间的依赖关系，这种依赖关系由核心网络和共同的AN-CN接口定义，该接口集成了不同的接入类型；(9)支持并发接入到本地和集中服务。为了支持低延迟服务接入到本地数据网络，UP功能可以部署在AN附近；(10)支持漫游，包括归属路由区流量以及访问PLMN中的本地之外流量。5.1.25G核心网架构解析3GPP规范里规定了5G核心网最基本的网络架构—基于服务接口的非漫游网络架构，如图所示。图中描述了基于服务接口的非漫游参考架构中的控制面和用户面，图中的网络功能单元将在5.1.3小节中详细介绍。对比LTE架构有下面几个关键的变化：(1)相比传统的核心网，5G核心网中用网络功能代替网络网元。(2)接口明显分成了两种，一种是基于服务的接口，一种是基于参考点的功能接口。(3)在核心网控制平面内，接口基于服务，Nnssf、Nnef、Nnrf等为网络功能之间的接口，这些接口的命名都是在网络功能单元前面加上一个字母N。但是，5GC与接入网的N2接口还是采用传统的功能对等接口模式。(4)值得注意的是UE之间和AMF之间有一个接口N1，这个接口在LTE网络架构中并不存在。5.1.35G核心网的网络功能5G核心网系统架构主要由NF(NetworkFunction，网络功能)组成，采用分布式的功能，根据实际需要部署，新的网络功能加入或撤出，并不影响整体网络的功能。1．AMF的主要功能(1)终止RANCP接口(N2)；(2)终止NAS(N1接口)，对NAS进行加密和完整性保护；(3)注册管理、连接管理、可达性管理、移动性管理；(4)合法拦截；(5)在UE和SMF之间传输SM(会话管理)消息；(6)接入身份验证，接入授权；(7)在UE和SMSF(短消息服务功能)之间提供传输SMS(短消息服务)消息的功能；(8)安全锚功能；(9)用于监管的定位服务管理；(10)为UE和位置管理功能之间以及RAN和位置管理功能之间传输位置服务消息；(11)当与EPS(演进分组系统)互通时，分配EPS承载的ID；(12)UE移动事件通知。5.1.35G核心网的网络功能在AMF的单个实例中可以支持部分或全部AMF功能，无论网络功能的数量如何，UE和CN之间的每个接入网络只有一个NAS接口实例，至少实现NAS安全性和移动性管理的网络功能之一。除了上述AMF的功能之外，AMF还可以包括以下功能以支持非3GPP接入网络：(1)支持N2接口与N3IWF(Non-3GPPInterWorkingFunction，非3GPP互操作功能)互操作。在该接口上，可以不应用通过3GPP接入定义的一些信息(例如3GPP小区标识)和过程(例如与切换相关过程)，并且可以应用不适用于3GPP接入的非3GPP接入特定信息。(2)UE通过N3IWF支持NAS信令。由3GPP接入的NAS信令支持的一些过程可能不适用于不可信的非3GPP(例如寻呼)接入。(3)支持对通过N3IWF连接的UE进行认证。(4)管理通过非3GPP接入连接或通过3GPP和非3GPP同时连接的UE的移动性、认证和单独的安全上下文状态。(5)支持管理混合的RM(注册管理)上下文，该上下文对3GPP和非3GPP访问有效。(6)支持管理针对UE的专用CM(连接管理)上下文，用于通过非3GPP接入进行连接。5.1.35G核心网的网络功能2．UPF的主要功能(1)用于RAT(RadioAccessTechnology，无线接入技术)内或RAT间移动性的锚点；(2)用于外部PDU与数据网络互连的会话点；(3)分组数据路由和转发，例如支持上行链路分类器以将业务流路由到具体的数据网络实例，支持分支点以支持多宿主的PDU会话；(4)数据包检查，支持基于数据流模板的应用流程检测，也可以支持从SMF接收的可选PFD(PacketFlowDescription，分组流描述)检测；(5)用户平面部分策略规则实施，例如门控、重定向、流量转向；(6)合法拦截；(7)流量使用报告；(8)用户平面的QoS处理，例如UL(上行)/DL(下行)速率控制、DL中的反射QoS标记等；(9)上行链路流量验证，比如服务数据功能到QoS流量映射；(10)对上行链路和下行链路中的传输数据进行分组标记；(11)下行数据包缓冲和下行数据通知触发；(12)将一个或多个“结束标记”发送和转发到源NG-RAN节点。UPF通过提供与请求发送的IP地址相对应的MAC地址来响应ARP或IPv6邻居请求。在UPF的单个实例中可以支持部分或全部UPF功能，井非所有UPF功能都需要在网络切片的用户平面功能的实例中得到支持。5.1.35G核心网的网络功能3．SMF的主要功能(1)会话管理，例如会话建立、修改和释放，包括UPF和AN节点之间的通道维护；(2)UEIP地址分配和管理；(3)DHCPv4功能和DHCPv6功能：SMF通过提供与请求发送的IP地址相对应的MAC地址来响应ARP或IPv6邻居请求；(4)选择和控制UP功能，包括控制UPF代理ARP和IPv6邻居发现，或将所有ARP或IPv6邻居请求流量转发到SMF；(5)配置UPF的流量控制，将流量路由到正确的目的地；(6)根据策略控制功能终止接口；(7)合法拦截；(8)收费数据收集和支持计费接口；(9)控制和协调UPF的收费数据收集；(10)终止SM消息的SM部分；(11)下行数据通知；(12)发起针对AN的特定SM信息，通过AMFN2发送到AN；(13)确定会话的SSC(SessionandServiceContinuityMode，会话和服务连续模式)；(14)漫游功能。5.1.35G核心网的网络功能4．NEF的主要功能(1)能力和事件的开放：3GPPNF通过NEF向其他NF公开功能和事件，例如三方接入、应用功能、边缘计算等。NEF使用标准化接口Nudr将信息作为结构化数据存储或检索到UDR。注意：NEF可以接入位于与NEF相同的PLMN中的UDR。(2)从外部应用程序提供安全信息给3GPP网络：它为应用功能提供了一种手段，可以安全地向3GPP网络提供信息，例如预期的UE行为。在这种情况下，NEF可以验证、授权外部应用，在需要时协助限制应用功能。(3)内部-外部信息的翻译：它在与AF交换的信息和与内部网络交换的信息之间进行转换。例如，它在AF-Service-Identifier(AF服务标识)和内部5GC的信息如DNN(DataNetworkName，数据网络名称)、S-NSSAI之间进行转换。特别指出，NEF根据网络策略对外部AF的网络和用户敏感信息进行屏蔽。(4)网络开放功能从其他网络功能接收信息(基于其他网络的公开功能)，NEF使用标准化接口将接收到的信息作为结构化数据存储到UDR中。所存储的信息可以由NEF访问并“重新展示”到其他网络功能和应用功能，并用于其它目的。(5)

NEF还支持PFD功能：NEF中的PFD功能可以在UDR中存储和检索PFD，并且响应SMF的拉模式请求将PFD提供给SMF。特定NEF实例可以支持上述功能中的一个或多个。(6)支持CAPIF(CommonAPIFramework，通用API框架)：当NEF用于外部开放时，可以支持CAPIF。支持CAPIF时，用于外部开放的NEF支持CAPIFAPI过程域功能。5.1.35G核心网的网络功能5．PCF的主要功能(1)支持统一的策略框架来管理网络行为；(2)为控制平面功能提供策略规则并强制执行；(3)访问与UDR中的策略决策相关的用户信息，PCF访问位于与PCF相同的PLMN中的UDR。6．UDM的主要功能(1)生成3GPPAKA(AuthenticationandKeyAgreement，认证与密钥协商)身份验证凭证；(2)用户识别处理，例如对5G系统中每个用户的SUPI(SUbscriptionPermanentIdentifier，订购永久标识符)进行存储和管理；(3)支持对需要隐私保护的用户隐藏用户标识符；(4)基于用户数据的接入授权，例如漫游限制；(5)

NF注册管理UE的各种服务，例如为UE存储AMF服务信息，为UE的PDU会话存储SMF服务信息；(6)保持服务/会话的连续性，例如通过SMF/DNN的分配保持正在进行的会话和服务不中断；(7)支持MT-SMS(MobileTerminateSMS，手机收短信，即服务提供商发给用户的信息)；(8)合法拦截功能；(9)用户管理；(10)短信管理。5.1.35G核心网的网络功能7．NRF的主要功能(1)支持服务发现功能。从NF实例接收NF发现请求，并将发现的NF实例的信息提供给NF实例。(2)维护可用实例及其支持服务的NF配置文件。(3)在网络切片的背景下，基于网络实现，可以在不同级别部署多个NRF，包括：·PLMN级别，NRF配置有整个PLMN的信息；·共享切片级别，NRF配置有属于一组网络切片的信息；·切片特定级别，NRF配置有属于S-NSSAI的信息。(4)在漫游环境中，可以在不同的网络中部署多个NRF，包括：·被访问PLMN中的NRF，称为vNRF，配置有被访问PLMN的信息；·归属PLMN中的NRF，称为hNRF，配置有归属PLMN的信息，由vNRF通过N27接口引用。5.1.35G核心网的网络功能8．AUSF的主要功能AUSF主要是对3GPP接入和不受信任的非3GPP接入进行认证。9．AF的主要功能(1)根据应用流程合理选择流量路径；(2)利用网络开放功能访问网络；(3)根据业务调整控制策略框架；(4)基于运营商要求部署，可以允许运营商信任的应用功能直接与相关网络功能进行交互。10．SMSF的主要功能(1)SMS管理、检查用户数据并相应地进行SMS传递；(2)支持带有UE的SM-RP(SM-RendezvousPoint，短消息汇集点)功能/SM-CP(SM-ControlPoint，短消息控制点)功能；(3)将SM从UE中继到SMS-GMSC(SMS-GatewayMobileSwitchingCenter，短消息网关移动交换中心)/IWMSC(短消息-互联移动交换中心)/SMS-Router(短消息路由器)；(4)将SMS从SMS-GMSC/IWMSC/SMS-Router中继到UE；(5)记录短信相关的CDR(CallDetailRecords，呼叫详细记录)；(6)合法拦截；(7)与AMF和SMS-GMSC进行交互，当UE不可用于SMS时，SMS-GMSC通知UDM。5.1.35G核心网的网络功能11．SEPP的主要功能SEPP是非透明代理，它对PLMN间控制平面接口上的消息进行过滤和监管。SEPP从安全角度保护服务使用者和服务生产者之间的连接，SEPP不会复制服务生产者应用的服务授权。SEPP将上述功能应用于PLMN间信令中的每个控制平面消息，充当实际服务生产者与实际服务消费者之间的服务中继。对于服务使用者和服务生产者，使用服务中继的结果和它们之间直接交换的结果是等效的，SEPP之间的PLMN间信令中的每个控制平面消息可以通过交换实体进行传递。12．N3IWF的主要功能N3IWF是在不受信任的非3GPP接入的情况下实现如下功能：支持使用UE建立IPsec通道(2)

N2和N3接口终止于5G核心网络，分别用于控制平面和用户平面。(3)在UE和AMF之间中继上行链路和下行链路控制平面NAS(N1)信今。(4)处理来自SMF(由AMF中继)的N2信令、PDU会话以及和QoS相关的数据。(5)建立IPsec安全关联以支持PDU会话流量。(6)在UE和UPF之间中继上行链路和下行链路用户平面数据包。5.1.35G核心网的网络功能13．UDR的主要功能(1)通过UDM存储和检索用户数据；(2)由PCF存储和检索策略数据；(3)存储和检索用于开放的结构化数据；(4)NEF应用数据，包括用于应用检测的分组流描述PFD，以及用于多个UE的AF请求信息等。统一数据存储库位于与使用Nudr存储和从中检索数据的NF服务使用者相同的PLMN中，Nudr是PLMN内部接口，可以选择将UDR与UDSF一起部署。14．UDSF的主要功能UDSF是非结构数据存储功能，是5G系统架构中可选的功能模块，主要用于存储任意NF产生的非结构化数据。15．NSSF的主要功能(1)选择为UE提供服务的网络切片实例集；(2)确定允许的NSSAI，并在必要时确定到用户的S-NSSAI的映射；(3)确定已配置的NSSAI，并在需要时确定到用户的S-NSSAI的映射；(4)确定AMF集用于服务UE，或者基于配置，可能通过查询NRF来确定候选AMF列表。5.1.35G核心网的网络功能16．5G-EIR的主要功能5G-EIR是个可选的网络功能，它检查PEI(PermanentEquipmentIdentifier，永久设备标识符)的状态，例如检查它是否已被列入黑名单，是否是一个合法的真实有效的设备标识。17．LMF的主要功能(1)支持UE定位功能；(2)从UE获得下行链路位置测量或位置估计数据；(3)从NGRAN获得上行链路位置测量数据；(4)从NGRAN获得非UE相关的辅助数据。18．NWDAF的主要功能NWDAF为NF提供特定切片的网络数据分析，NWDAF在网络切片实例级别上向NF提供网络分析信息(即负载级别信息)，并且NWDAF不需要知道使用该切片的当前用户。NWDAF将切片特定的网络状态分析信息通知给用户的NF，NF可以直接从NWDAF收集切片特定的网络状态分析信息。PCF和NSSF都会利用NWDAF提供的网络分析数据，PCF可以在其策略决策中使用该数据，NSSF可以使用NWDAF提供的负载级别信息进行网络切片选择。另外，DN、UE和RAN的功能在此不再赘述。5.1.4基于服务的接口和参考点 1．基于服务的接口在5G核心网架构中，基于服务的接口是每个网络功能单元和总线直接的接口，它是核心网基于服务架构的体现，控制平面的NF(比如AMF)使其它授权的NF能够访问它提供的服务。基于服务的接口主要包括：NAMF：AMF展示的基于服务的接口；Nsmf：SMF展示的基于服务的接口；Nnef：NEF展示的基于服务的接口；NPCF：PCF展示的基于服务的接口；Nudm：UDM展示的基于服务的接口；NAF：AF展示的基于服务的接口；Nnrf：NRF展示的基于服务的接口；Mnssf：NSSF展示的基于服务的接口；Nausf：AUSF展示的基于服务的接口；Nudr：UDR展示了基于服务的接口；Nudsf：UDSF展示的基于服务的接口；N5g-EIR：5G-EIR展示的基于服务的接口；Nnwdaf：NWDAF，展示的基于服务的接口；Nsmsf：SMSF展示的基于服务的接口。5.1.4基于服务的接口和参考点 2．参考点5G系统架构参考点聚焦于成对网络功能之间的交互，这两个网络功能的交互通过点对点的参考点进行(比如N11接口)，两个网络之间的交互并不一定在任意两个网络功能之间，而是为了实现功能需要在两个网络之间进行数据传送时才会在两个网络功能之间交互，比如AMF和SMF之间。参考点主要包括：N1：UE和AMF之间的参考点；N2：(R)AN和AMF之间的参考点；N3：(R)AN和UPF之间的参考点；N4：SMF和UPF之间的参考点；N6：UPF和数据网络之间的参考点；N9：两个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；N24：访问网络中的PCF与旧属网络中的PCF之回的参考点；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；5.1.4基于服务的接口和参考点 N13：UDM和AUSF认证服务器之间的参考点；N14：两个AMF之间的参考点；N15：在非漫游场景的情况下PCF和AMF之间的参考点，在访问网络中的PCF和在漫游场景下的AMF；N16：两个SMF之间的参考点(在访问网络中的SMF和归属网络中的SMF之间的漫游情况下)；N17：AMF和5G-EIR之间的参考点；N18：任何NF和UDSF之间的参考点；N22：AMF和NSSF之间的参考点；N23：PCF和NWDAF之间的参考点；N24：NSSF和NWDAF之间的参考点；N27：访问网络中的NRF与归属网络中的NRF之间的参考点；N31：访问网络中的NSSF与归属网络中的NSSF之间的参考点；N32：拜访网络中的SEPP与归属网络中的SEPP之间的参考点；N33：NEF和AF之间的参考点；N40：SMF和CHF(计费功能)之间的参考点；N1：通过NAS在UE和AMF之间进行SMS传输的参考点；N8：AMF和UDM之间SMS用户数据检索的参考点；N20：AMF和SMS功能之间SMS传输的参考点；N21：SMS功能地址注册管理、SMS管理、SMS功能和UDM之间的用户数据检索的参考点。5G核心网和接口协议2.5G核心网用户面和控制面协议栈05核桃AI5.2.1用户平面协议栈以PDU会话的用户平面协议栈为例，介绍用户平面协议栈的主要功能，如图所示。PDU层：该层对应于PDU会话中UE和DN(数据网络)之间承载的PDU。GTP-U：用户平面的GPRS通道协议。5G用户面封装：该层支持在N9上，即在5GC的不同UPF之间复用不同PDU会话的流量，它在每个PDU会话级别上提供封装，该层还携带QoS流相关联的标记。5G-AN协议层：该层是5G的接入网协议层，取决于具体的接入网类型，从eNB接入、从gNB接入或者从non-3GPP网络接入，对应的协议栈是不同的。UDP/IP：该层是骨干网络协议。图中描述的“非PDU会话锚”UPF是可选的。N9接口可以在PLMN内或PLMN间(在归属路由部署的情况下)。如果在PDU会话的数据路径中存在ULCL(上行链路分类器)或分支点，则ULCL或分支点充当非PDU会话锚UPF。在这种情况下，有多个N9接口分支出ULCL/分支点，每个接口导致不同的PDU会话点。因此，ULCL或分支点与PDU会话锚点的共址是部署选项。5.2.2控制平面协议栈1．5G-AN和5G核心之间的控制平面协议栈N2以下过程在N2上定义：(1)与N2接口管理相关且与单个UE无关的过程，例如N2接口的配置或复位。这些过程旨在适用于任何接入，但可能对应于仅在某些接入上带某些信息的消息(例如仅用于3GPP接入的默认寻呼DRX(不连续接收)的信息)。(2)与个人UE相关的流程。(3)与NASTransport相关的过程，这些过程旨在适用于任何接入，在ULNAS传输的消息中携带一些接入相关信息，例如用户位置信息。(4)与UE上下文管理相关的过程，这些流程适用于任何接入，其相应的消息可能包含：·仅在某些接入上使用的信息(例如仅用于3GPP接入的切换限制列表)；·一些将由AMF在5G-AN和SMF之间透明转发的信息，例如与N3寻址和QoS要求相关的信息。(5)与PDU会话资源相关的流程，这些流程适用于任何接入，它们可以携带信息(例如与N3寻址和QoS要求相关的消息)，这些消息将由AMF在5G-AN和SMF之间透明地转发。(6)与移交管理相关的流程，这些流程仅适用于3GPP接入。5.2.2控制平面协议栈5G-AN和5GC之间的控制平面接口支持以下功能：(1)通过独特的控制平面协议将多种不同类型的5G-AN(例如3GPPRAN，用于不可信接入到5GC的N3IWF)连接到5GC；单个NG-AP协议用于3GPP接入和非3GPP接入。(2)无论UE的PDU会话的数量如何，对于给定的UE，在每个接入的AMF中存在唯一的N2终止点。AMF与诸如SMF等其他功能之间的去耦可能需要控制5G-AN支持的服务(例如控制用于PDU会话的5G-AN中的UP资源)。为此，NG-AP支持AMF负责在5G-AN和SMF之间进行中继的信息，该信息称为N2SM信息。N2SM信息在SMF和5G-AN之间透明地交换到AMF。AN-AMF之间控制面协议栈如图5-4所示。5.2.2控制平面协议栈5G-AN与AMF之间的控制平面如图所示。N2SMinformation层：这是AMF在AN和SMF之间透明传输的NG-AP信息的子集，并且包括在NG-AP消息和N11相关消息中。AN和SMF之间的控制平面从AN的角度来看，可以发生N2单个终止的情况，即N2信令主动终结于AMF。其它协议栈层在此不再赘述。5.2.2控制平面协议栈2．UE和5GC之间的控制平面协议栈N1UE和AMF之间的接口是N1接口，单个N1NAS信令连接用于UE所连接的每个业务的接入，AMF在N1接口上支持以下功能：(1)决定是否在RM/CM过程期间接受N1信令的RM/CM部分，而不考虑在相同的NAS信令内容中可能组合的其他非NAS-MM消息(例如SM)；(2)知道在RM/CM过程中是否应将一条NAS消息由一个NF路由到另一个NF，或在内部使用NAS路由功能进行本地处理；(3)通过支持NAS传输不同类型的有效载荷或不在AMF终止的消息(比如NAS-SM、SMS)，可以将这些不在AMF上终止的消息与RM/CMNAS消息(比如UE策略、UE与AMF之间的LCS)等消息一起传输。这些信息包括：·有关Payload(有效载荷)类型的信息；·用于转发目的的附加信息；·Payload(例如SM信令情况下的SM消息)。单一的NAS协议适用于3GPP和非3GPP多种接入，当UE由单个AMF服务而UE通过多个(3GPP/非3GPP)接入连接时，每次访问都有N1NAS信令连接。(4)基于在UE和AMF之间建立的安全性上下文来提供NAS消息的安全性。5.2.2控制平面协议栈左图描述了N1接口SM信令、SMS、UE策略和LCS的NAS传输路径。图中的LCS消息、UEpolicy(UE策略)消息可以直接通过NAS信令在N1接口上传输，而SMS消息和NAS-SM消息也可以作为有效载荷随NAS信令在N1接口上传输。5.2.2控制平面协议栈UE和AMF之间的控制面如图所示。NAS-MM：用于MM功能的NAS协议支持注册管理功能，连接管理功能以及用户平面连接、激活和停用。它还负责NAS信令的加密和完整性保护。5G-AN协议层：该层是5G的接入网协议层，取决于具体的接入网类型，从eNB接入、从gNB接入或者从non-3GPP网络接入，对应的协议栈是不同的。5.2.2控制平面协议栈UE和SMF之间的控制面如图所示。NAS-SM：用于SM功能的NAS协议，支持用户平面PDU会话建立、修改和发布。它通过AMF传输，对AMF透明。NAS-SM支持处理UE和SMF之间的会话管理，在UE和SMF的NAS-SM层中创建和处理SM信令消息，AMF不解释SM信令消息的内容。NAS-SM层处理SM信令如下：(1)用于传输SM信令。(2)

NAS-MM层创建NAS-MM消息，包括指示NAS信令的NAS传输的安全报头；用于接收NAS-MM的附加信息，以获得转发SM信令消息的方式和位置。(3)接收SM信令。(4)接收NAS-MM信令，执行完整性检査并解析附加信息。(5)

SM消息部分包括PDU会话的ID。5G核心网和接口协议3.5G其他功能架构05核桃AI5.3.1基于参考点的非漫游网络架构为了NSA组网或者4G网络升级的需求，3GPP定义了基于参考点的网络架构图，如图所示。图中描述了非漫游情况下的5G系统传统架构，各网元之间的接口使用点对点的参考点表示，显示了各种网络功能单元如何相互连接，比如NSSF和AMF之间通过N22接口连接，AUSF和UDM之间通过N13接口连接，SMF和PCF之间通过N7接口连接等等。这种架构的无线侧和核心网侧保持一致，更加适合4G核心网到5G核心网的演进升级。5.3.2数据存储参考架构UDSF被网络功能所在的同一PLMN的所有NF所共享，控制面网络功能可以共享用于存储它们各自的非结构化数据的UDSF，或者每个NF可以有属于它们自己的UDSF(UDSF可以位于归属的NF附近)，3GPP指定NF使用N18/Nudsf接口访问UDSF。系统架构允许任何NF在UDSF(例如UE上下文)中存储和检索其非结构化数据。数据存储参考架构如图所示。5.3.2数据存储参考架构5G系统架构允许UDM、PCF和NEF在UDR中存储数据，包括UDM和PCF的用户数据和策略数据、用于开放和应用数据的结构化数据(包括数据包流)、NEF对应的用于应用检测描述的信息以及多个UE的AF请求信息等。数据存储参考架构如图所示。UDR可以部署在每个PLMN中，它可以提供不同的功能，具体如下所述：·NEF访问的UDR属于NEF所在的PLMN；·如果UDM支持分离架构，则UDM访问的UDR和UDM在同一PLMN内；·PCF访问的UDR属于PCF所在的PLMN。5.3.3与EPC互通非漫游架构3GPP规定了5G核心网与EPC非漫游互通时的网络架构图，如图所示。图表示5GC和EPC/E-UTRAN之间互通的非漫游架构，N26接口是MME(MobilityManagementEntity，LTE核心网移动性管理实体)和5GSAMF间的CN间接口，以实现EPC和NG核心网之间的互通，网络中支持N26接口是互通的可选项。5GC和EPC/E-UTRAN之间互通可以由5GNF和EPC网元组合来实现，5G核心网和接口协议4.SDN05核桃AI5.4.1SDN定义软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork，SDN)是由美国斯坦福大学CLean

State研究组提出的一种新型网络创新架构，可通过软件编程的形式定义和控制网络，其控制平面和转发平面分离及开放性可编程的特点，被认为是网络领域的一场革命，为新型互联网体系结构研究提供了新的实验途径，也极大地推动了下一代互联网的发展。利用分层的思想，SDN将数据与控制相分离。在控制层，包括具有逻辑中心化和可编程的控制器，可掌握全局网络信息，方便运营商和技术人员管理配置网络和部署新协议等。在数据层仅提供简单的数据转发功能，可以快速处理匹配的数据包，适应流量日益增长的需求。两层之间采用开放的统一接口进行交互。控制器通过标准接口向交换机下发统一标准规则，交换机仅需按照这些规则执行相应的动作即可。软件定义网络的思想是通过控制与转发分离，将网络中交换设备的控制逻辑集中到一个计算设备上，为提升网络管理配置能力带来新的思路。此外，南北向和东西向的开放接口及可编程性，也使得网络管理变得更加简单、动态和灵活。因此，SDN技术能够有效降低设备负载，协助网络运营商更好地控制基础设施，降低整体运营成本，成为了最具前途的网络技术框架之一。5.4.2SDN的架构SDN的整体架构由下到上(由南到北)分为转发层、控制层和业务层，具体结构如图5-13所示。其中，转发层由交换机等网络通用硬件组成，各个网络设备之间通过不同规则形成的SDN数据通路连接；控制层包含了逻辑上为中心的SDN控制器，它掌握着全局网络信息，负责各种转发规则的控制；应用层包含着各种基于SDN的网络应用，用户无需关心底层细节就可以编程、部署新应用。具备以上特点的网络架构都可以被认为是一种广义的SDN。有多个组织对SDN的架构进行了定义，其中ONF定义的架构被广泛接受。ONF(OpenNetworkingFoundation，开放网络基金会)定义的架构共由四个平面组成，即数据平面、控制平面、应用平面以及右侧的控制管理平面，各平面之间使用不同的接口协议进行交互，如图所示。1．数据平面2．控制平面3．应用平面4．管理平面5．SDN控制-数据平面接口6．SDN北向接口5.4.2SDN的架构5.4.3SDN的核心概念SDN的核心思想就是要分离控制平面与数据平面，并使用集中式的控制器来完成对网络的可编程任务，控制器通过北向接口和南向接口协议分别与上层应用和下层转发设备实现交互。正是这种集中式控制和数据控制分离(解耦)的特点使SDN具有了强大的可编程能力，这种强大的可编程性使网络能够真正地被软件所定义，达到简化网络运维、灵活管理调度的目标，同时为了使SDN能够实现大规模的部署，就需要通过东西向接口协议支持多控制器间的协同。1．SDN数控分离2．NF网络架构实现转发抽象、分布状态抽象和配置抽象3．网络可编程5.4.4SDN优缺点1．SDN的优点(1)全局集中控制和分布高速转发。(2)灵活可编程与性能的平衡。(3)开放性和IT化。2．SDN的缺点(1)可扩展性问题。

(2)一致性问题。

(3)可用性问题。5.4.5OpenFlow1．OpenFlow概述要实现SDN，目前总体上有三种方式：基于专用接口的方案、基于叠加网络的方案和基于开放协议的方案。基于专用接口的方案的实现思路是不改变传统网络的实现机制和工作方式，通过对网络设备的操作系统进行升级改造，在网络设备上开发专用的API接口，管理人员可以通过API接口实现网络设备的统一配置管理和下发，改变原先需要一台台设备登录配置的手工操作方式，同时这些接口也可以供用户开发网络应用，实现网络设备的可编程。这类方案由目前主流的网络设备厂商主导。实现网络资源的虚拟化，使得多个逻辑上彼此隔离的网络分区，以及多种异构的虚拟网络可以在同一共享网络基础设施上共存。该类方案的主要思想可被归纳为解耦、独立、控制三个方面。5.4.5OpenFlow2．OpenFlow的组成OpenFlow网络由OpenFlowSwitch(OpenFlow交换机)、FlowVisor(网络虚拟化层)和Controller(控制器)三部分组成，如图所示。OpenFlow交换机进行数据层的转发，FlowVisor对网络进行虚拟化，Controller对网络进行集中控制，实现控制层的功能。OpenFlowSwitch是整个OpenFlow网络的核心部件，主要管理数据层的转发。OpenFlowSwitch拥有一个FlowTable(流表)，它只按照流表进行转发，流表的生成、维护和下发由外置的Controller来实现。OpenFlow1.0规范定义了包括输入端口、MAC源地址、MAC目的地址、以太网类型、VLANID(虚拟局域网ID)、IP源地址、IP目的地址、IP端口、TCP源端口、TCP目的端口在内的流表中的10个关键字。FlowVisor对网络进行虚拟化，FlowVisor是建立在OpenFlow协议上的网络虚拟化工具。它将物理网络划分为不同的逻辑网络，从而实现虚网划分。5.4.5OpenFlow3．OpenFlow与SDN在图5-16所示SDN的架构图中，南向接口是控制层与转发层之间的通信通道，是数据与控制分离类的协议接入SDN架构的切入点，如果应用了OpenFlow协议，就将以OpenFlow的协议架构进行控制器与交换机之间的信息交互。5G核心网和接口协议5.NFV05核桃AI5.5.1NFV的产生背景91页NFV(NetworkFunctionVirtualization，网络功能虚拟化)技术是为了解决现有专用通信设备的不足而产生的。通信行业为了追求设备的高可靠性、高性能，往往采用软件和硬件结合的专用设备来构建网络。传统网元与虚拟网元的区别如图5-17所示。NFV将网络功能软件化，使其能够运行在标准服务器虚拟化软件上，通用硬件安装何种软件，则设备就具有何种功能。5.5.2NFV的典型架构NFV将服务器、交换机、路由器和存储设备等许多类型的网络设备构建为一个DCN(DataCenterNetwork)，通过借用IT的虚拟化技术虚拟化形成VM(VirtualMachine，虚拟机)，然后将传统的CT业务部署到VM上。一个NFV的标准架构包括三部分：一是网络功能虚拟化基础设施(NFVI)，二是网络功能虚拟化管理及业务编排(MANO)，三是虚拟化的网络功能模块(VNFs)，三者是标准架构中顶级的概念实体。如图所示，在NFV架构中，底层为具体物理设