下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
3GPP标准将5G核心网架构赋予了新的名称，SBA（Service-based Architecture）架构，这种基于服务的架构和传统核心网络“节点-节点”互联的架构共同作为5G核心网络架构候选，一直是业内讨论的焦点。最终，3GPP将SBA架构确定为5G网络唯一的基础架构。基于服务的网络架构借鉴IT领域中“微服务”的设计理念，将网络功能定义为多个相对独立可被灵活调用的服务模块，基于此种架构设计理念，运营商可以灵活地按照业务需求新增或者升级网元功能，实现灵活定制组网。
从图1-3中5G系统架构及组网方式来看，SBA组网架构存在如下特点。
1）传统的硬件与软件捆绑形成的逻辑功能网元向网络功能虚拟化（NFV）转型，在命名上统称为网络功能（Network Function），为了便于理解，也可以用传统的网元功能或者功能网元名称予以描述。
2）网元功能与承载VoLTE的IMS的核心网架构中的网元功能划分比较类似，以微服务、小功能为基本逻辑网元单位，将传统“大锅饭”式的逻辑大网元实体进行分离，以小的逻辑功能实体存在。
图1-3 5G系统架构及组网方式
3）以服务为基础的系统架构接口单一化，规整清晰，逻辑网元之间可以通过IT领域中的“总线”结构实现彼此互联，新增服务网元组网模式简单，成本较低，而“节点到节点”系统架构接口之间需要彼此预置逻辑规则，组网模式复杂，新增逻辑网元对于整体架构、接口改动较大。
为了更加深入了解SBA架构的设计理念精髓，需要对于涉及的主要功能网元进一步了解。
AUSF（Authentication Server Function） 鉴权服务功能，类似4G中MME的鉴权功能，可支持3GPP框架定义的接入服务鉴权，同时也可以支持非3GPP接入网的鉴权。
AMF（Access and Mobility Management Function） 访问与移动性管理功能，该功能是5G整体核心网络架构中最为重要的网元，大体功能类似4G的MME中移动性管理（EMM）逻辑功能，对网络的控制面消息进行处理。具体功能涵盖接入网控制面处理、NAS消息处理、NAS消息加密和完整性保护、注册管理、连接管理、接入性管理、移动性管理、合法信息截获、提供给SMF一些特殊会话管理消息、访问鉴权&授权、安全锚定功能SEAF（SEAF可以认为是AUSF的鉴权代理）、位置服务管理、与4G核心网EPS交互时分配EPS承载ID、UE移动事件通知、5G物联网中控制面数据传输优化、提供外部配置参数。除了对于涉及3GPP接入网相关流程进行管控，AMF还有一个新的特点就是对非3GPP接入网也可以管控，在此情况下，一些3GPP相关信息和流程（例如：与切换流程相关）就不适用了。
SMF（Session Management Function） 会话管理功能，这个网元类似实现了4G中的ESM功能，可以实现会话管理，如会话建立、修改和释放，同时可以对UPF与AN节点之间的通道进行维护；可实现UE的IP地址分配&管理，当然UE的IP地址也可以从UPF或者外部网络进行分配；可以选择并且控制用户面功能，例如可以控制UPF转发以太网数据至SMF，也可以为以太网数据传输提供对应的UE MAC地址；在UPF上配置正确业务路由；落地执行策略控制功能；合法截获（会话管理事件与LI系统接口）；计费数据收集并提供计费接口，也可以管控UPF中的计费数据收集；SMF是NAS消息中关于会话管理的最终节点，可以向UE提供下行数据传输指示；发起接入网的特定会话管理信息（通过AMF路由）；决定了会话中SSC模式（5G系统中对于不同应用与服务类型定义的会话与服务连续性的模式）；漫游功能（处理VPLMN QoS实现，VPLMN计费数据收集与计费接口，VPLMN合法数据截获，传递外部数据网络对于PDN会话关于鉴权/授权的信令），同时支持5G物联网中控制面数据传输优化。
UPF（User Plane Function） 用户面功能，类似之前的SGW/PGW合设，具体提供如下的功能：本系统/异系统移动性锚点；根据SMF请求分配UE IP地址；与外部数据网络对接的PDN会话节点；数据包路由/转发；数据包检查；用户面策略执行；合法截获；业务使用报告；用户面QoS处理；上行业务校验（业务数据流（SDF）到QoS流的映射）；上下行传输层数据包标记；下行数据包缓存和触发下行数据指示；在跨小区切换完成之后，向源小区发送或转发（来自SMF）的业务终止传输标识（End Marker）；响应以太网数据传输提供对应的UE MAC地址；当3GPP主导的5G网络与IEEE主导的工业低时延网络（Time Sensitive Network，TSN）互联时，可以作为保持和转发用户面数据包的桥梁以平滑抖动时延；另外，可以在GTP-U层为了确保5G物联网的可靠数据服务提供下行数据包复制以及上行数据包丢弃的相应措施。
NEF（Network Exposure Function） 网络曝光功能，该逻辑网元是5G核心网与外部交互相关能力和信息的接口，该接口可以对外部提供的网络能力主要包括监控能力、供给能力、策略/计费能力和分析报告能力。监控能力主要指对5G系统中UE的特定事件进行监控，并向外部提供监控事件信息，例如可以输出UE位置信息、接续性、漫游状态、连接保持性等；供给能力指外部实体可以向NEF提供相关信息或参数以对UE的移动性或会话管理参数进行设置，同时也包括一些网络配置参数以及涉及服务的参数，传递的这些参数更偏向应用于涉及物联网类型的管控，如周期通信时间、通信持续时间、调度通信时间及通信类型、最大响应时间；策略/计费能力指根据外部需求对QoS以及计费策略进行调整响应，这些信息可以用来进行UE会话的QoS/优先级处理，同时也可以设置合适的计费实体或者计费率；分析报告能力包含对于外部实体报告上报内部分析数据。NEF网元是网络内部与外部实体进行信息双向交互的接口网元，同时也是内部信息分发汇总的逻辑网元。总体来说，这是一个内外部网元信息安全传递的节点，可以对不同应用功能网元信息进行鉴权、授权和限流，同时可以根据网络策略向外部应用提供脱敏后的网络和用户相关信息。
NRF（NF Repository Function） 网络仓库功能，这个网元功能可以支持服务发现功能。从一个网元功能或服务通信代理（SCP）收到网元“发现”请求，并且可以将被“发现”的网元功能信息予以反馈。同时，这个网元功能还负责维护可用网络功能的信息以及它们各自支持的服务。所谓的发现流程是由需求网元功能（NF）借助NRF实现特定NF或者特定服务寻址的过程，NRF提供相应NF实例或NF服务实例的IP地址或者FQDN或者URI，在这点上很像DNS。NRF还可以通过提供PLMN ID实现跨PLMN的发现流程。为了实现网元功能的寻址发现，各个网元都需要在NRF中进行登记，一些网元功能可在首次运行时在NRF中进行登记。NRF与SCP的主要区别在于NRF进行地址映射，而SCP主要负责路由。
PCF（Policy Control Function） 策略管控功能，该网元有如下功能：支持管控网络行为的统一策略框架、提供策略规则给控制平面执行、访问UDR中与策略制定相关的订阅信息。
UDM（Unified Data Management） 统一的数据管理，功能类似4G中的HSS网元中数据管控逻辑功能，具体可以支持如下功能：鉴权信用处理；用户标识处理；可以实现用户永久订阅标识（SUPI）的存储和管理，同时支持用户隐私保护订阅标识（SUCI）的去隐私化；提供基于订阅数据的访问授权；对UE提供服务的网元功能注册管理；通过对会话分配SMF/DNN保持服务/会话的连续性；订阅管理；被叫短消息接收及短消息管理；合法信息截获；5G局域网用户管理；支持外部提供参数。
UDR（Unified Data Repository） UDR是一个用户订阅数据存储库，该数据存储库可以分别与UDM/PCF/NEF进行接口互联，以实现UDM/PCF/NEF访问调用用户订阅数据，UDR可以与UDSF进行合设。
NSSF（Network Slice Selection Function） 网络切分功能可以选择服务于UE的切分标识实例组，并且可以决定可用或者配置的网络切分标识，为了实现网络切分服务，可以为UE选择服务的AMF。
DN（Data Network） 数据网络（包含运营商服务，互联网访问或者第三方服务），类似4G的外部数据网络，UE中特定服务应用（APP）通过PDN会话传递的方式与数据网络进行信息交互，这里PDN会话可以包含多种类型，如IPv4、IPv6、以太网协议数据以及非结构化数据等。DNN（Data Network Name）数据网络名称就是在4G网络中所谓的互联网访问节点APN，二者除了命名方式没有任何本质区别。
UDSF（Unstructured Data Storage Network Function） 非结构化数据存储网络功能，该功能是5G核心网的一个可选功能。UDSF负责存储并向其他网元功能以非结构化数据形式提供信息。所谓非结构化数据是指并没有在3GPP标准中定义的数据信息。
AF（Application Function） 应用功能，该功能与5G核心网交互的目的在于提供服务，例如支持如下功能：对于业务路由的应用影响，访问网络能力曝光，与策略框架交互进行策略管控。根据运营商部署策略，受信AF可以直接访问5G核心网内部网元功能提升业务处理效率，当然也可以利用通用的外部网元功能访问框架通过NEF与相应的内部网元功能实现信息交互。
UE（User Equipment） 用户设备。
（R）AN（（Radio）Access Network） （无线）接入网络。
除了一些上述提及的5G网元功能之外，在5G核心网中还有两个比较重要的概念值得一提。
（1）发现流程
对于采取总线接口模型的全新5G统一基础架构，网元功能可以被虚拟化地部署在通用的硬件服务器上，网元功能之间的“发现和选择”流程被用来进行网元功能之间的寻址定位。前文提及的NRF网元就是帮助网元之间进行相互“发现”的网元功能，需求网元功能需要提供待“发现”网元的类型或者特定服务以及其他服务参数（发现目标网元的切片信息），NRF网元功能会据此提供目标网元功能的IP地址或者FQDN，抑或相关的通用服务标识。
（2）网络切分
网络切分是个比较抽象的概念。以往网络布局以网元实体为基础单位处理所有的服务类型（不区分服务），而以服务为导向的网络框架结构引入了网络切分的概念，可以实现网元的功能依据服务进行切分。每个网元功能可以包含多个网元功能服务实例，这样的框架设计不仅符合各自功能逻辑以微服务的形式独立出现，同时对于以差异化服务为目标而设计的网络切分流程能够予以更有机的适配和编排。而对应每个具体网络切分的服务，则是以网元功能切分实例形式出现。对应5G系统中的目标业务，如eMBB、URLLC、MIoT等，通过网络切分标识（S-NSSAI）可以告知网络是什么具体类型的业务，这样网络可以依据不同的业务特点提供定制化的服务。不同的目标业务类型可以分配不同的网络切分标识，而同一种类型的业务所涉及的不同UE组也可以分配不同的网络切分标识，当然网络也可以为一个UE同时分配多个网络切分标识，配置数量需要满足接入网所允许的默认配置的最大网络切分实例数量要求，或者由NSSF功能进一步进行数量限制。
归纳而言，相比现有的4G核心网络，新型的5G统一基础架构核心网络有如下几个特点。
1）大网元功能解耦，大的逻辑网元按照功能逻辑分解成一个个小型模块化的网元功能，这样网元之间互相有信息交互同时又具备独立性，个体网元升级替换更加容易，例如像MME这样的集移动性、会话管理与鉴权于一体的网元就进一步解耦成了AMF+SMF+AUSF。
2）网元之间按照计算机的方式以总线进行连接，可以实现逻辑上的两两互联，由于取消了实体接口，因此需要引入发现寻址机制。
3）5G核心网不仅考虑现有数据网络传输机制，还兼容将来的万物互联应用需求，因此在网元逻辑功能设计时采取了前向兼容架构，引入了一些现有IoT网络的专属流程处理逻辑，如控制面数据传输优化方案等。
4）5G核心网提供了一种总体框架，至于接入网采取什么技术并不重要，可以采取New Radio、LTE甚至非3GPP的接入网技术，例如Wi-Fi，甚至也可以采取固网接入，但需要有一些额外的新增网元功能实现用户面数据与UPF的对接。
5）5G系统整体设计目标都导向于业务驱动，不仅接入网架构以及物理层技术如此，核心网架构更遵从了微服务理念和网元功能虚拟化的有机结合，因此可以通过编排的方式对网元功能或者所提供的服务进行重组以适应不同的业务需求。另外，未来5G核心网络功能升级更加灵活和高效，这也是CT技术与IT理念不断融合的创新。
从以上几点来看，5G完全可以有一个新的名字：New Core。
曾经经常听到一个说法，欧美强国制定游戏规则（标准），日韩等国提供精密仪器加工，而发展中国家只能通过代工输出廉价劳动力。有朝一日，中国也能在国际事务游戏规则中占据一席之地曾是多少中国知识分子心中炽热的梦想。我国通信事业从2G跟随，3G突破，4G同步，发展到5G谋求中国“领跑”，SBA架构作为5G核心网络基础架构标志着从老邮电时期经过一代一代电信工作者近30年不懈努力结下的硕果，这让我们不得不由衷地再一次为祖国信息化事业喝彩，为我国电信科技工作者加油，为早日实现中国梦而勇往直前。