5G核心网之SBA架构（面向服务）

前言

        随着技术演进和发展，云原生提出的“微服务”概念得到了大家的认可，微服务概念指将原本具有多个功能的集合体分拆为多个具有独立功能的个体，每个个体都具有自己的微服务。5GC将微服务概念引入，构建了面向业务的SBA架构，实现了低耦合+高内聚的技术升级。

SBA概念

        5G核心网采用了更方便、灵活的垂直行业架构，即SBA。在面向业务的5G网络架构（SBA）中，控制面的功能进行了融合和统一，同时控制面功能也分解成为多个独立的网络服务，这些独立的网络服务可以根据业务需求进行灵活的组合。每个网络服务和其他服务在业务功能上解耦，并且对外提供同一类型的服务化接口，向其他调用者提供服务，将多个耦合接口转变为同一类型的服务化接口，可以有效地减少接口数量，并统一服务调用方式，进而提升了网络的灵活性。

SBA架构优点

        相对于3G/4G的参考点设计，SBA服务化架构使5G核心网各网元的功能模块化，接口统一化，结构简单化以及去中心化。

• 功能模块化是指对网络功能进行细化，不再是一个网元集成多个功能，而是分解为相对独立的功能模块。
• 接口统一化是指各网元之间的通信不再是传统通信的处理机制，即同一设备与其他不同设备间采用不同的接口，服务化架构屏蔽了同一设备与不同设备之间接口的差异，对所有设备提供统一的服务接口，来自不同网元调用统一的服务接口与该网元进行通信。
• 结构简单化是指提供服务的业务模块可以自注册、发布和发现，取消了传统设备间的耦合，简化了不同网元间的复杂联系，进而缩短了业务流程。将整个控制面功能分解为多个独立的网络服务，客户可以根据实际需求灵活选择不同网元进行切片组合，可以方便的进行扩容和缩容，有效降低了系统复杂度，节省了部署成本。
• 去中心化是指让用户面网元摆脱以往4G“中心化”的限制，既可以部署于核心网（中心数据中心），也可部署于接入网（边缘数据中心），实现分布式部署。分布式部署可以缩短用户面数据传输距离，降低传输时延，带来更好的用户体验。

核心网架构介绍

NSSF:Network Slice Selection Function 　　　　　网络切片选择功能
NEF:Network Exposure Function　　　　　　　　 网络能力开放功能
NRF:Network Repository Function　　　　　　　网络存储功能
PCF:Policy Control Function　　　　　　　　　　 策略控制功能
UDM:Unified Data Management　　　　　　　　 通用数据管理
AF:Application Function　　　　　　　　　　　　 应用功能
AUSF:Authentication Server Function　　　　　　 鉴权服务功能
AMF:Access and Mobility Management Function　 接入与移动性管理功能
SMF:Session Management Function　　　　　　  会话管理功能
SCP:Service Communication Proxy　　　　　　　 服务通信代理
UE:User Equipment　　　　　　　　　　　　　　 用户终端
RAN:RadioAccess Network　　　　　　　　　　 无线接入网
UPF:User Plane Function　　　　　　　　　　　 用户面功能
DN:Data Network　　　　　　　　　　　　　　　 数据网络
 

        在SBA架构中，每个核心网网元的接口统一命名为“N +小写英文功能名缩写”。例如，网络切片选择功能NSSF的接口为Nnssf；5G核心网网元的服务操作名称以接口名开始，例如，Nnssf_NSSelection表示NSSF的网络切片选择操作。除了统一的服务化接口外，5G网络仍然保留了少量的参考点接口，如下：

• N1:NAS接口，用于发送NAS消息
• N2:AN与AMF之间NG接口
• N3:AN与UPF之间对接接口，采用GTP-U协议
• N4:控制面SMF和用户面UPF分离的设备接口
• N6:内部网络侧与外部网络侧协议接口，采用GTP-U协议
• N9:两个UPF之间接口，采用GTP-U协议

        转换为传统的大家熟悉的参考点架构，会更容易理解，但要注意实际组网仍然是SBA架构。

 

核心网网元功能

        5GC控制面网元包括AUSF、AMF、SMF、NSSF、NEF、NRF、PCF、UDM，用户面网元为UPF。

• AMF：接入和移动性管理功能实体，AMF可以类比于4G的MME实体。主要功能：

（1）RAN信令接口(N2)的终结点,，NAS(N1)信令的终结点

（2）负责NAS消息的加密和完保

（3）负责注册、接入、移动性、鉴权、透传短信等功能

（4）在和EPS网络交互时负责Eps Bearer Id的分配。

• SMF：会话管理功能实体，可看成MME承载管理部分以及SGW和PGW的控制面功能的组合。主要功能：

（1）NAS消息的SM消息的终结点；
（2）会话(session)的建立、修改、释放
（3）UE IP的分配管理
（4）DHCP功能
（5）ARP代理或IPv6邻居请求代理（Ethnet PDU场景下）
（6）为一个会话选择和控制UPF
（7）计费数据的收集以及支持计费接口
（8）决定一个会话的SSC模式；
（9）下行数据指示

• UPF：用户面功能实体，相当于SGW和PGW用户面功能的集合。主要功能：

（1）负责数据包的路由转发
（2）Qos流映射
（3）流量使用上报

• PCF：策略控制功能实体，相当于4G的PCRF

（1）支持统一的策略框架去管理网络行为
（2）提供策略规则给网络实体去实施执行
（3）访问统一数据仓库（UDR）的订阅信息，PCF只能访问和其相同PLMN的NDR。详见TS 23.503 6.2.1章节。

• UDM：统一数据管理，相当于HSS数据单元。主要功能：

（1）产生3gpp鉴权证书/鉴权参数
（2）存储和管理5G系统的永久性用户ID(SUPI)
（3）订阅信息管理
（4）MT-SMS递交
（5）SMS管理
（6）用户的服务网元注册管理（比如当前为终端提供业务的AMF、SMF等）

• AUSF：鉴权服务器网元

        支持3gpp接入的鉴权和untrusted non3gpp接入的鉴权。

• NSSF：网络切片功能，主要功能：

（1）选择服务UE的一组网络切片实例
（2）确定允许的NSSAI，并且如果需要的话，映射到签约的S-NSSAI
（3）确定AMF集合用于服务UE，或者可能基于配置通过查询NRF来确定候选AMF的列表

• NRF：网络存储功能，NF登记、管理、状态检测

（1）支持业务发现功能，接收网元发过来的NF-Discovery-Request，然后提供发现的网元信息给请求方；
（2）维护可用网元实例的特征和其支持的业务能力；一个网元的特征参数主要有：网元实例ID、网元类型、PLMN、网络分片的相关ID（如S-NSSAI、NSI ID）、网元的IP或者域名、网元的能力信息、支持的业务能力名字等。

• NEF：网络开放功能，相当于4G的SCEF

（1）提供安全途径向AF（Application Function,应用功能）暴露3GPP网络功能的业务和能力
（2）提供安全途径让AF向3GPP网络功能提供信息

• AF：应用功能
• DN: 数据网络（DN）

        例如运营商服务，互联网接入或第三方服务