《5G移動通信技術(shù)》 課件 項(xiàng)目三任務(wù)四 5G核心網(wǎng)技術(shù)

項(xiàng)目三任務(wù)四5G核心網(wǎng)技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識點(diǎn)1：了解5G核心網(wǎng)的基本框架，能說出一些核心網(wǎng)設(shè)備功能。知識點(diǎn)2：能簡述5G核心網(wǎng)使用的一些技術(shù)。移動通信的演進(jìn)移動通信從2G、3G、4G到5G式發(fā)展過程中，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的匹配和梳理都起著關(guān)鍵性的作用。前幾個任務(wù)我們學(xué)習(xí)了無線接入網(wǎng)、承載網(wǎng)架構(gòu)及其相應(yīng)技術(shù)，作為移動網(wǎng)絡(luò)中樞的核心網(wǎng)在5G時(shí)代同樣需要加速升級，以適應(yīng)不斷變化的需求，包括優(yōu)化軟硬件平臺、實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自智自管等。本次任務(wù)學(xué)習(xí)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的最后一個子網(wǎng)核心網(wǎng)。了解5G核心網(wǎng)架構(gòu)及其采用的一些技術(shù)。“”如今我國5G建設(shè)已經(jīng)碩果累累，更多的新應(yīng)用與新需求對5G核心網(wǎng)絡(luò)能力和網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提出了更高的訴求。閱讀學(xué)習(xí)本文相關(guān)內(nèi)容，了解5G核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，學(xué)習(xí)核心網(wǎng)絡(luò)使用的關(guān)鍵技術(shù)NFV、切片等知識，為未來深入學(xué)習(xí)5G知識打下基礎(chǔ)。”知識儲備:（一）5G核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)核心網(wǎng)的英文是CoreNetwork（核心網(wǎng)絡(luò)），簡稱CN。顧名思義，它是5G通信網(wǎng)絡(luò)中的核心部分。主要負(fù)責(zé)對整個網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理和控制。承上啟下，對收到數(shù)據(jù)進(jìn)行分揀，把它們傳輸?shù)接脩粜枨蟮牡胤?，可以說核心網(wǎng)是5G網(wǎng)絡(luò)的大腦。它是很多網(wǎng)元設(shè)備的統(tǒng)稱，并不是單指某種網(wǎng)元設(shè)備，如圖3-4-1所示。

核心網(wǎng)架構(gòu)中各網(wǎng)元對應(yīng)名稱如表3-4-1所示?，F(xiàn)選取幾個網(wǎng)元進(jìn)行簡要說明：

①UPF的主要功能是實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的用戶面口服務(wù)，包括空口服務(wù)、路由、QoS（服務(wù)質(zhì)量）以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的安全。首先，UPF為用戶提供空口服務(wù)，它能夠識別和路由用戶面的網(wǎng)絡(luò)流量，并確保流量的安全傳輸。其次，UPF能夠提供QoS服務(wù)，從而保障5G網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量服務(wù)。最后，UPF能夠?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)提供安全服務(wù)，確保網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的信息安全。

②UDM主要負(fù)責(zé)用戶標(biāo)識、簽約數(shù)據(jù)、鑒權(quán)數(shù)據(jù)的管理，用戶的服務(wù)網(wǎng)元注冊管理，比如當(dāng)前為終端提供業(yè)務(wù)的AMF、SMF等。當(dāng)用戶切換了訪問的AMF時(shí)，UDM還會向舊的AMF發(fā)起注銷消息，要求舊的AMF刪除用戶相關(guān)信息。

③PCF主要負(fù)責(zé)使用統(tǒng)一的策略框架來管理網(wǎng)絡(luò)行為，協(xié)同UDR中的用戶信息，執(zhí)行相關(guān)的策略。PCF包括以下主要功能：支持統(tǒng)一的策略框架來管理網(wǎng)絡(luò)行為；為控制平面功能提供策略規(guī)則以強(qiáng)制執(zhí)行它們；訪問與統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲庫（UDR）中的策略決策相關(guān)的用戶信息。

④NSSF（網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能）是負(fù)責(zé)根據(jù)入網(wǎng)UE提供的信息（NSSAI或S-NSSAI）判斷應(yīng)該為UE提供哪個網(wǎng)絡(luò)切片的服務(wù)，進(jìn)而決定由哪個AMF（AccessandMobilityFunction）為該UE提供接入服務(wù)。表

3-4-15G網(wǎng)絡(luò)功能中文名稱AMF接入和移動性管理SMF會話管理AUSF認(rèn)證服務(wù)器功能UPF用戶平面功能UDM統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理PCF策略控制功能NEF網(wǎng)絡(luò)能力開放NSSF網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能NRF網(wǎng)絡(luò)注冊功能（二）基于服務(wù)的架構(gòu)（SBA）5G以前的核心網(wǎng)是網(wǎng)元設(shè)備專用的，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)緊耦合，網(wǎng)絡(luò)效果和應(yīng)用擴(kuò)展性不好。在5G時(shí)代，核心網(wǎng)采用了SBA（ServiceBaseArchitecture基于服務(wù)的架構(gòu)）?？刂泼嫠蠳F（NetworkFunction，網(wǎng)絡(luò)功能）之間的交互采用服務(wù)化接口，同一種服務(wù)能被多種NF調(diào)用，降低了NF之間接口定義的耦合度。同時(shí)將業(yè)務(wù)進(jìn)一步細(xì)化，部署起來更加靈活、敏捷。SBA服務(wù)化架構(gòu)使5G核心網(wǎng)各網(wǎng)元的功能模塊化、接口統(tǒng)一化、結(jié)構(gòu)簡單化。功能模塊化是指對網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行細(xì)化，不再是一個網(wǎng)元集成多個功能，而是分解為相對獨(dú)立的功能模塊，如圖所示。接口統(tǒng)一化是指各網(wǎng)元之間的通信不再采用不同的接口，服務(wù)化架構(gòu)屏蔽了同設(shè)備與不同設(shè)備之間接口的差異，對所有設(shè)備提供統(tǒng)一的服務(wù)接口，來自不同網(wǎng)元調(diào)用統(tǒng)一的服務(wù)接口與該網(wǎng)元進(jìn)行通信。結(jié)構(gòu)簡單化是因?yàn)槿∠藗鹘y(tǒng)設(shè)備間的耦合，簡化了不同網(wǎng)元間的復(fù)雜聯(lián)系，進(jìn)而縮短了業(yè)務(wù)流程。將整入控制面功能分解為多個獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，客戶可以根據(jù)實(shí)際需求靈活選擇不同網(wǎng)元進(jìn)行切片組合，可以方便的進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)容和減容，有效降低了系統(tǒng)復(fù)雜度，節(jié)省了部署與運(yùn)維成本。（三）網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化NFV通信行業(yè)為了追求設(shè)備的高可靠性、高性能，通常采用軟件和專用硬件設(shè)備相結(jié)合來構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)。比如專用的路由器、交換機(jī)、防火墻等設(shè)備，均為專用硬件加專用軟件的架構(gòu)。這些專用通信設(shè)備帶來高可靠性和高性能的同時(shí)，也帶來一些不容忽視的問題。網(wǎng)元是軟硬件垂直一體化的封閉架構(gòu)，產(chǎn)品開發(fā)周期長、技術(shù)創(chuàng)新難、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展受限、管理復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備一旦部署，后續(xù)升級改造就受制于設(shè)備制造商。這就造成了網(wǎng)絡(luò)資源不能共享、業(yè)務(wù)難融合，且網(wǎng)絡(luò)設(shè)備昂貴，部署成本高。為了解決以上難題，專家們提出了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NetworkFunctionsVirtualization，NFV）技術(shù)，這是一種關(guān)于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的概念。我們平時(shí)使用的x86服務(wù)器由硬件廠商生產(chǎn)，在安裝了不同的操作系統(tǒng)以及軟件后實(shí)現(xiàn)了各種各樣的功能。NFV借鑒了x86服務(wù)器的架構(gòu)，它將路由器、交換機(jī)、防火墻這些不同的網(wǎng)絡(luò)功能封裝成獨(dú)立的模塊化軟件，通過在硬件設(shè)備上運(yùn)行不同的模塊化軟件，在單一硬件設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡(luò)功能。NFV希望通過標(biāo)準(zhǔn)的IT虛擬化技術(shù)，把網(wǎng)絡(luò)設(shè)備統(tǒng)一到工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的高性能、大容量的服務(wù)器、存儲平臺上。該平臺可以位于數(shù)據(jù)中心或網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等。NFV將網(wǎng)絡(luò)功能軟件化，使其能夠運(yùn)行在標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器虛擬化軟件上，以便能根據(jù)需要安裝到網(wǎng)絡(luò)中的任意位置而不需要部署新的硬件設(shè)備。NFV不僅適用于控制面功能，同樣也適用于數(shù)據(jù)面處理。運(yùn)營商認(rèn)為通信設(shè)備的硬件，可以由統(tǒng)一到工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器、交換機(jī)和存儲平臺等組成。由于統(tǒng)一到工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)，意味著通信設(shè)備在保證質(zhì)量的前提下硬件成本可以降到最低，同時(shí)通用硬件保證軟件可以在統(tǒng)一的平臺開發(fā)，軟件和硬件實(shí)現(xiàn)解耦和。通用的硬件設(shè)備安裝何種軟件，則設(shè)備就具有何種功能。由于NFV將軟件功能與硬件設(shè)備進(jìn)行了解耦，隨著標(biāo)準(zhǔn)化架構(gòu)的完善，NFV帶來了諸多優(yōu)勢，以下簡述兩個方面的優(yōu)勢：①靈活的業(yè)務(wù)在服務(wù)器上運(yùn)行不同的應(yīng)用軟件，當(dāng)業(yè)務(wù)需求變更時(shí)，根據(jù)需求變更和移動相應(yīng)的應(yīng)用軟件即可，加快了網(wǎng)絡(luò)功能交付和應(yīng)用的速度。在測試新的業(yè)務(wù)時(shí)，無需建立專門的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，只需請求新的虛擬機(jī)來處理該請求，當(dāng)服務(wù)停用時(shí)釋放該虛擬機(jī)即可，為網(wǎng)絡(luò)功能測試提供了更便捷的方法。②更低的成本使用NFV后，網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)體將變?yōu)樘摂M化的網(wǎng)絡(luò)功能，這使得單一硬件服務(wù)器上可以同時(shí)運(yùn)行多種網(wǎng)絡(luò)功能，從而減少了物理設(shè)備的數(shù)量，實(shí)現(xiàn)了資源整合，降低了物理空間、功耗等帶來的成本。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需求發(fā)生變化時(shí)，無需更換硬件設(shè)備，避免了復(fù)雜的物理變更，通過軟件重組快速更新基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

任務(wù)實(shí)施步驟1：請用復(fù)述核心網(wǎng)一些網(wǎng)元設(shè)備功能。步驟2：請仔細(xì)閱讀任務(wù)知識，談?wù)凬FV技術(shù)還帶來哪些優(yōu)勢。

任務(wù)實(shí)施評價(jià)本次任務(wù)實(shí)施評價(jià)見表3-4-2。任務(wù)自我評價(jià)團(tuán)隊(duì)評價(jià)教師評價(jià)20分50分30分團(tuán)隊(duì)協(xié)作

獨(dú)立思考

紀(jì)律觀念

完成時(shí)間

工作態(tài)度

學(xué)習(xí)主動性

任務(wù)完成質(zhì)量

得分小結(jié)

得分合計(jì)

學(xué)習(xí)過程遇到哪些困難？

如何解決遇到的問題。

自己在完成任務(wù)中哪些方面有提高？

在完成任務(wù)中存在哪些不足？

教學(xué)活動自我評分小組評分共享（15分）

貢獻(xiàn)（15分）

傾聽（15分）

協(xié)作（15分）

問題解決（20分）

決策（15分）

其他（5分）

任務(wù)總結(jié)本次任務(wù)總結(jié)見表3-4-3。請列舉出本次課你學(xué)習(xí)到哪些知識？

請談?wù)劚敬握n學(xué)習(xí)的內(nèi)容可以應(yīng)用哪些方面？

發(fā)揮你的想象力，本次課知識除了常規(guī)的應(yīng)用，還能在哪些方面可以運(yùn)用？

請你談?wù)勁c本次內(nèi)容相關(guān)或相近的5G時(shí)訊

任務(wù)拓展5G時(shí)代，一個個新的概念層出不窮，讓人目不暇接。網(wǎng)絡(luò)切片就是新概念之一。什么是網(wǎng)絡(luò)切片？是把一個完整的東西切成薄片嗎？顯然不是，5G網(wǎng)絡(luò)就是一臺臺硬件設(shè)備以及光纖等線纜，還有上面快速傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息，這切片到底是咋回事？網(wǎng)絡(luò)切片，本質(zhì)上就是將運(yùn)營商的物理網(wǎng)絡(luò)劃分為多個虛擬網(wǎng)絡(luò)。為什么要切片？5G不再僅限于人和人之間的通信，而是要實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的夢想。通過前期學(xué)習(xí)我們知道5G三大應(yīng)用場景：增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）、海量機(jī)器通信（mMTC）、高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）。三大場景中除了eMBB繼承自之前的手機(jī)上網(wǎng)業(yè)務(wù)之外，mMTC和uRLLC主要屬于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。運(yùn)營商要開展物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，必然涉及到和其他物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商的合作和定制化，如何為合作伙伴提供一張按需定制，獨(dú)立運(yùn)維，穩(wěn)定高效的網(wǎng)絡(luò)，也就成了亟需解決的技術(shù)需求。于是，科學(xué)家們就想部署上幾張獨(dú)立的子網(wǎng)絡(luò)來支持5G的幾大場景，這些子網(wǎng)絡(luò)的無線、承載和核心網(wǎng)等資源都完全和其他網(wǎng)絡(luò)隔離開來，于是切片技術(shù)誕生了。5G網(wǎng)絡(luò)是怎么切片的呢？5G網(wǎng)絡(luò)