5G核心网网络架构及演进思路

徐雅芳

【摘要】本文主要介绍5G核心网整体网络架构和主要网元及其功能，并针对网络架构的特征提出演进思路。

【关键词】网路架构网元演进思路

1.引言

移动核心网两端分别连接无线网RAN和Intemet，为数据和语音服务提供Internet连接，确保连接的QOS质量要求，管理用户的移动性和计费等功能。核心网分为控制面和用户面，控制面承载信令或者控制消息，用户面也叫数据面或者转发面承载数据流量。5C核心网采用基于服务的架构，控制面和用户面彻底分离，使得核心网更加灵活、弹性和高效。

2.5G核心网网络架构

2.1整体架构介绍

5G核心网架构基于NFV和SDN等新技术为用户提供数据连接业务服务，包含AMF，UPF和SMF三个功能模块。5G核心网网元除了UPF之外的都属于控制面，UPF属于用户面。用户面采用传统架构和接口，控制面网元全部都采用了服务化架构设计，网元之间使用服务化的接口进行交互。控制面和用户面之间的接口N4目前还是传统接口，控制面和无线网以及控制面与终端之间接口N2和N1也是传统接口。

2.2主要网元和功能介绍

（1）AMF：接入及移动性管理功能Access and Mobility Manage-ment Function.类似于MME，负责用户的接人性管理，移动性管理、安全上下文管理等功能。

（2）UPF：用户面功能User plane Function （UPF），类似于PGW-U，负责用户面处理。

（3）AUSF：鉴权服务功能Authentication Server Function，类似于HSS的AUC功能，生成鉴权向量，负责对用户的3GPP和非3CPP接入进行认证。

（4）NEF：网络能力开放功能Network Exposure Function （NEF），类似于SCEF，负责网络能力的收集、分析、重组和开放。

（5）NRF：网络功能注册NF Repository Function （NRF），全新网元，类似于增强的DNS，负责网络功能的注册、发现和选择。

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

（7）PCF：策略控制功能Policy Control function （PCF），类似于PCRF，负责用户的策略控制，包括移动性策略、会话策略等。

（8）SMF：會话管理功能Session Management Function （SMF）。类似于PGW-C，负责会话管理功能。

（9）UDM：统一数据管理功能Unified Data Management （UDM）类似于HSS，支持ARPF，支持存储签约功能，支持5G功能增强后的其他签约数据。

（IO）AF：应用层功能Application Function （AF），上层应用，与核心网互联为用户提供业务。

5G核心网采用控制转发分离架构，实现移动性管理和会话管理的独立进行。用户面上去除承载概念，QoS参数直接作用于会话中的不同流。通过不同的用户面可同时建立多个不同的会话并由多个控制面网元同时管理，实现本地分流和远端流量的并行操作。

3.网络演进

3.1网络演进思路

5G网络可以根据业务的发展采取逐步演进的方式建设。网络演进需要保持现网业务的连续性，同时为未来业务的发展预留空间，3GPP对5C的演进给出了几种路径建议。对于核心网来说，5C演进有两种选择，在NSA标准冻结后先将现网升级为EPC+，SA标准冻结后再升级为NGC（ Next Generation Core），或者等SA标准冻结后直接建设NCC。EPC+的标准会先行冻结，满足移动超宽带业务的需求，但是终端的类型非SG标准终端，后续无法通过升级成为SC终端。后续NGC的标准冻结后支持的功能更多，终端为5C标准终端。从最大化5G价值来看，NGC更加适合未来业务发展。在5G网络发展初期，不可避免会出现2/3/4C核心网与5G核心网并存，用户在进行4C与5G网络互操作时，会在两个核心网之间发生切换，很难保持业务连续性。5G核心网解决方案需要支持多网融合接入，简化网络结构、运维和互操作性，保持业务连续不中断。

3.2网络演进步骤

核心网的演进策略建议分成两个阶段实施，首先进行架构演进，然后再进行功能演进。传统的核心网分区域进行云化演进，并逐步引入Cloud Native、C/U分离、MEC架构，为5G核心网做好基础设施和架构准备，在标准冻结后进行功能演进。根据自身业务的发展选择5G核心网功能演进的方式，先升级成EPC+支持移动超宽带业务，后续建设5G核心网，或者直接建设5G核心网。

第一阶段，升级EPC网络对接LTE和NR，重点实现控制转发分离，采用虚拟化技术实现vEPC，主要针对部分eMBB业务。第二阶段，在原有EPC增强基础上实现PGW-C/U、HSS、PCRF等网元平滑升级支持NCC，实现上述网元的建设。新建5G AMF网元与MME实现时接，支持与EPC的无缝切换，实现网络架构搭建，承载部分专用网业务。第三阶段，扩建5C核心网并支持接入所有4G和5G基站，逐步淘汰专有硬件的EPC网元，将vEPC资源释放，实现NGC网元重构，将大部分eMBB、mMTC和URLLC等业务迁移到5G网络。

4.结束语

未来随着5G标准制定和完善、5G技术的成熟以及各种配套设备的逐步完整，5G核心网络网络架构将实现颠覆性的转变。为实现大连接、低时延、高速率应用场景，核心网网络如何发展将起着关键性的作用，核心网将在未来技术发展和演进过程中面临着严峻的考验。

参考文献：

[1]聂衡，赵慧玲，毛聪杰.SG核心网关键技术研究[J]，移动通信，2019，43（1）：2-6.

[2]马为贞，董雪娥，邓彩利，移动核心网的发展历程和演进趋势[J].电子技术与软件工程，2019（24）：21-22.

[3]陈亚权，方琰崴，汪兆锋.4G向5G核心网演进发展方案研究[J].信息通信技术，2019，13（04）：57 -62.