一、基本網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

1.1 整體架構(gòu)

5G系統(tǒng)由接入網(wǎng)（AN）和核心網(wǎng)（5GC）組成（38.300）。若考慮NSA（非獨(dú)立組網(wǎng)）場(chǎng)景，則還需要考慮4G的網(wǎng)元。

AN有兩種：

• gNB, 為UE提供NR用戶面和控制面協(xié)議終結(jié)點(diǎn)。
• ng-eNB, 為UE提供E-UTRA的用戶面和控制面協(xié)議的終結(jié)點(diǎn)。

1.2 網(wǎng)元基本功能

各網(wǎng)元功能詳細(xì)描述太長(zhǎng)，具體見3gpp 38.300，大致功能如下圖：

1.3 AN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（38.401）

每個(gè)邏輯gNB 由一個(gè)gNB-CU和若干個(gè)gNB-DU組成。每個(gè)gNB-CU和gNB-DU通過(guò)F1邏輯接口連接。

一般來(lái)說(shuō)一個(gè)gNB-DU只連接一個(gè)gNB-CU。但是為了實(shí)現(xiàn)的靈活性，每個(gè)gNB-DU也可能連接到多個(gè)gNB-CU。

一個(gè)gNB CU中的控制面和用戶面是分離。一般只有一個(gè)CP，但是允許有多個(gè)UP。要注意的是，gNB-CU及連接的若干gNB-DU作為一個(gè)整體邏輯gNB對(duì)外呈現(xiàn)的，只對(duì)其他的gNB和所相連的5GC可見。

3GPP給了一種參考的網(wǎng)元部署方式?？紤]到了gNB間的XN連接，以及與核心網(wǎng)的NG連接。

二、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（23.501）

2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

5G系統(tǒng)結(jié)構(gòu)采用NFV/SDN以支持?jǐn)?shù)據(jù)連接和業(yè)務(wù)靈活部署, 促使基于業(yè)務(wù)的控制面網(wǎng)絡(luò)功能和概念互動(dòng):

• 用戶面功能和控制面功能分離, 允許獨(dú)立的可擴(kuò)展性,可演進(jìn)性及可靈活部署.比如可選擇采用集中式或者分布式的方式.
• 功能設(shè)計(jì)模塊化, 比如采用靈活高效的網(wǎng)絡(luò)切片.
• 無(wú)論在什么地方適用,都可以將相應(yīng)的過(guò)程(網(wǎng)絡(luò)功能之間的互動(dòng))定義為業(yè)務(wù), 以便可以復(fù)用他們.
• 如果有需要都可以使相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)功能和其他的NF互動(dòng). 5G結(jié)構(gòu)并沒有排除中間功能幫助路由控制面信息. (比如 DRA).
• 縮小接入網(wǎng)絡(luò)(AN)和核心網(wǎng)絡(luò)(CN)的依賴性.這個(gè)結(jié)構(gòu)是一個(gè)公共接入網(wǎng)AN連接匯聚的核心網(wǎng). 而AN可以是不同的接入類型比如3GPP接入網(wǎng)和non-3GPP接入網(wǎng).
• 支持統(tǒng)一的鑒全架構(gòu).
• 支持 “stateless” 網(wǎng)絡(luò)功能NF, 這些網(wǎng)絡(luò)功能的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源解耦.
• 支持能力開放
• 同時(shí)支持本地和集中化的業(yè)務(wù). 為了支持低延遲業(yè)務(wù)并訪問(wèn)本地?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò),用戶面功能部署需要盡可能的靠近介入網(wǎng)絡(luò)AN.
• 在VPLMN支持基于LBO和歸屬地路由的漫游方式.

2.2 設(shè)計(jì)的功能實(shí)體

5G系統(tǒng)結(jié)構(gòu)定義了如下網(wǎng)元功能實(shí)體 (NF)：

• UE: 用戶終端設(shè)備User Equipment (UE)
• RAN: 接入網(wǎng)絡(luò)(Radio) Access Network (RAN)
• AMF: 接入及移動(dòng)性管理功能Access and Mobility Management Function
• UPF: 用戶面功能User plane Function (UPF)
• AUSF: 鑒權(quán)服務(wù)功能Authentication Server Function
• DN: 數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)Data Network (DN), 比如運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)接入或者第三方業(yè)務(wù)等。
• UDFS: 非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能Unstructured Data Storage Function
• NEF: 網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)呈現(xiàn)功能Network Exposure Function (NEF)
• NRF: 網(wǎng)元數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)功能NF Repository Function (NRF)
• NSSF: 網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能Network SliceSelection Function (NSSF)
• PCF: 策略控制功能Policy Control function (PCF)
• SMF: 進(jìn)程管理功能Session Management Function (SMF)
• UDM: 統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能Unified Data Management (UDM)
• UDR: 統(tǒng)一數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)功能Unified Data Repository (UDR)
• AF: 應(yīng)用層功能Application Function (AF)
• EIR: 5G設(shè)備標(biāo)識(shí)注冊(cè)設(shè)備5G-Equipment Identity Register (5G-EIR)

2.3 設(shè)計(jì)的接口

2.3.1 基于業(yè)務(wù)service-based，控制面相關(guān)的網(wǎng)元功能實(shí)體能夠授權(quán)其他網(wǎng)元來(lái)訪問(wèn)它的業(yè)務(wù)。

5G系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中包含如下基于業(yè)務(wù)service-based的接口

• Namf: Service-basedinterface exhibited by AMF.
• Nsmf: Service-basedinterface exhibited by SMF.
• Nnef: Service-basedinterface exhibited by NEF.
• Npcf: Service-basedinterface exhibited by PCF.
• Nudm: Service-basedinterface exhibited by UDM.
• Naf: Service-basedinterface exhibited by AF.
• Nnrf: Service-basedinterface exhibited by NRF.
• Nnssf: Service-basedinterface exhibited by NSSF.
• Nausf: Service-basedinterface exhibited by AUSF.
• Nudr: Service-basedinterface exhibited by UDR.
• Nudsf: Service-based interfaceexhibited by UDSF.
• N5g-eir: Service-based interface exhibited by 5G-EIR.

2.3.2 基于參考點(diǎn)reference point ，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)網(wǎng)元功能業(yè)務(wù)之間互作用點(diǎn)。

5G結(jié)構(gòu)中定義了如下參考點(diǎn)：

• N1: Referencepoint between the UE and the AMF.
• N2: Referencepoint between the ?AN and the AMF.
• N3: Referencepoint between the ?AN and the UPF.
• N4: Referencepoint between the SMF and the UPF.
• N6: Referencepoint between the UPF and a Data Network.
• N9: Referencepoint between two UPFs.
• N5: Referencepoint between the PCF and an AF.
• N7: Referencepoint between the SMF and the PCF.
• N8: Referencepoint between the UDMand the AMF.
• N10: Referencepoint between the UDM and the SMF.
• N11: Reference point between the AMF andthe SMF.
• N12: Reference point between AMF andAUSF.
• N13: Reference point between the UDM andAuthentication Server function the AUSF.
• N14: Reference point between two AMFs.
• N15: Referencepoint between the PCF and the AMF in case of non-roaming scenario, PCF in thevisited network and AMF in case of roaming scenario.
• N16: Reference point between two SMFs,(in roaming case between SMF in the visited network and the SMF in the homenetwork).
• N17: Referencepoint between AMF and 5G-EIR.
• N18: Referencepoint between any NF and UDSF.
• N22: Reference pointbetween AMF and NSSF.
• N24: Referencepoint between the PCF in the visited network and the PCF in the home network.
• N27: Reference pointbetween NRF in the visited network and the NRF in the home network.

2.3.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

• 非漫游情況下基于業(yè)務(wù)接口的5G系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
  

• 非漫游情況下使用參考點(diǎn)的5G系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如下，此圖展現(xiàn)網(wǎng)元功能之間相互作用。和其他傳統(tǒng)的蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)理解思路類似。
  

• 非漫游條件下UE使用多個(gè)PDU Session同時(shí)接入兩個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的情況。此圖使用參考點(diǎn)來(lái)展示了為多個(gè)PDU Session選用兩個(gè)SMF的場(chǎng)景。在這種情況下每個(gè)SMF也能夠?yàn)橐粋€(gè)PDU Session來(lái)控制local和central的UPF。
  

• 非漫游場(chǎng)景下使用單一PDU session同時(shí)接入兩個(gè)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò) (local andcentral)的結(jié)構(gòu)。
  

• 漫游場(chǎng)景的系統(tǒng)圖很多，也很復(fù)雜，詳見23.501

• 非3gpp接入的看一個(gè)圖，其他情況詳見23.501
  

• 5GC和EPC互操作的結(jié)構(gòu)，看一下非漫游場(chǎng)景，其他場(chǎng)景見23.501
  

三、協(xié)議棧

3.1 5G-AN和5GC的接口(N2)

NG-AP協(xié)議定義在38.413中，SCTP協(xié)議定義在RFC 4960。

N2-SM消息是NG-AP消息的一部分，這部分消息由AMF負(fù)責(zé)透?jìng)?。從接入網(wǎng)的角度N2-SM消息終結(jié)于AMF。

3.2 XN接口

3.3 空口

3.4 UE和5GC接口

N1 NAS信令的終結(jié)點(diǎn)為UE和AMF，一個(gè)NAS信令連接用于注冊(cè)管理/連接管理(RM/CM)和會(huì)話管理（SM）。NAS協(xié)議由NAS-MM和NAS-SM兩部分組成；此外UE和5GC間還有多個(gè)其它協(xié)議（SM、SMS、UE policy、LCS等），這都協(xié)議都是通過(guò)N1 NAS-MM進(jìn)行透?jìng)鞯摹?/p>

RM/CM NAS消息和其它類型的NAS消息是解耦的，也就是AMF負(fù)責(zé)RM/CM，其它的消息就透?jìng)鹘o對(duì)應(yīng)的模塊去處理。

位于AMF的NAS-MM負(fù)責(zé)：
1）維護(hù)處理RM/CM的狀態(tài)和對(duì)應(yīng)流程處理，
2）提供安全的NAS消息傳輸通道（也即NAS層的加密和完保），
3）透?jìng)髌渌愋偷腘AS消息（SM、SMS、UE Policy、LCS）。

如果UE同時(shí)通過(guò)3GPP和non-3GPP接入網(wǎng)接入5GC，那么每個(gè)接入模式下都有一個(gè)N1 NAS信令連接。

3.4.1 UE—AMF

NAS-MM: NAS-MM協(xié)議負(fù)責(zé)注冊(cè)管理、連接管理、用戶面連接的激活和去激活操作，負(fù)責(zé)NAS消息的加密和完保。5G NAS協(xié)議定義在 TS 24.501.

5G-AN Protocol layer: 接入網(wǎng)的協(xié)議棧取決于具體的接入網(wǎng)類型；如果從eNB接入，則對(duì)應(yīng)的空口協(xié)議棧定義在TS36.300，如果從gNodeB接入，則對(duì)應(yīng)的空口協(xié)議定義在TS38.300，如果從non-3GPP網(wǎng)絡(luò)接入，則對(duì)應(yīng)的協(xié)議棧定義在TS23.501 8.2.4章節(jié)。

3.4.2 UE—SM

NAS-SM: NAS-SM消息支持用戶面PDU會(huì)話的建立、修改、釋放；NAS-SM消息通過(guò)AMF傳輸，且其對(duì)AMF是透明的（也就是AMF負(fù)責(zé)透?jìng)鱏M消息、不對(duì)其進(jìn)行解析處理）。具體的消息和流程見于協(xié)議TS 24.501。

3.4.2 UE PDU會(huì)話的用戶面協(xié)議棧

N3口使用GTP-U協(xié)議，這和3G/4G一樣，GTP-U定義于TS29.281；5G-AN用戶面協(xié)議棧取決于具體的接入網(wǎng)類型。

3.5 F1接口協(xié)議

3.6 non-3GPP接入

IKEv2見于RFC7296《Internet Key Exchange Protocol Version 2》

3.7 5GC—5GC

5GC內(nèi)部網(wǎng)元之間的接口為SBI接口，采用HTTP服務(wù)的形式。SBI接口有：Namf, Nsmf, Nudm, Nnrf, Nnssf, Nausf, Nnef, Nsmsf, Nudr, Npcf, N5g-eir, Nlmf。

上圖就是SBI協(xié)議棧（圖片來(lái)源TS29.500 5.1章節(jié)），采用互聯(lián)網(wǎng)常用的HTTP/TCP協(xié)議，HTTP/2請(qǐng)參考RFC 7540。