5G核心网技术基础自学系列 | 核心网的核心

Posted 2022-11-18 COCOgsta

书籍来源：《5G核心网 赋能数字化时代》

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在描述了不同网络功能如何通信的新机制之后，现在让我们回到网络的功能视角。

网络架构的核心功能包括以安全方式建立会话、转发用户数据，以及为移动终端提供数据连接，这些属于网络的一部分，不能被排除在任何5G核心网的部署之外。除了3.3节中所述的无线网和NRF，核心功能还包括以下六个网络功能：

• AMF

• SMF

• UPF

• AUSF

• UDM

• UDR

图3.10描述了5G网络的核心组件。

图3.10 5G网络架构的必要组件

AMF是接入和移动性管理功能， 它分别通过N2和N1接口上的信令与无线网和终端交互。与所有其他网络功能的连接都是通过基于服务的接口来管理的。AMF参与了5G网络中大多数的信令呼叫流程。它支持与终端的加密信令连接，从而允许它们在网络中进行注册、鉴权以及在不同小区之间移动。AMF还支持联络和激活处于空闲模式的终端。

与EPC架构的不同之处在于， 和MME相比， AMF不负责会话管理， 相反， AMF在终端和SMF网络功能之间转发所有与会话管理相关的信令消息。另一个与ＭME的区别是， AMF本身并不执行终端的鉴权， 而是向AUSF网络功能请求此服务。

第7章将更详细地介绍AMF功能。

SMF是会话管理功能， 顾名思义， 它管理最终用户(实际上是终端) 的会话， 包括单个会话的建立、修改和释放， 以及每个会话的IP地址分配。SMF通过AMF在终端和SMF之间转发与会话相关的消息来间接地与最终用户终端进行通信。

SME不仅通过基于服务的接口提供服务和使用服务来与其他网络功能进行交互， 也通过网络中的N4接口选择和控制不同的UPF网络功能。SMF对UPF的控制包括对UPF提供必要的参数来引导各个会话的流量，以及执行相应的流量策略。

除此之外， SMF对于网络中所有与计费相关的功能都起着重要作用。SMF收集自己的计费数据， 并且控制UPF中的计费功能。SMF支持离线和在线计费功能。此外， SMF与PCF网络功能进行交互以便为用户会话提供策略控制。

第6章将更详细地介绍SMF功能。

用户面功能(UPF) 的主要任务是处理和转发用户数据， UPF的功能由SMF控制。UPF与外部IP网络连接， 并充当终端面向外部网络的稳定的IP锚点， 从而隐藏其移动性，这意味着具有目的地址的属于特定终端的IP数据包，始终可以从互联网路由到服务于该终端的特定的UPF， 即使该终端在网络中四处移动。

UPF对转发的数据进行各种类型的处理。它为SMF生成流量使用情况报告， 然后SMF将其包含在提供给其他网络功能的计费报告中。UPF还可以开启“包检测”功能，分析用户数据包的内容，作为策略决策的输人或流量使用情况上报的基础。

UPF还可以应用在各种网络或用户策略上， 例如， 门控的执行、流量的重定向或数据速率的限制。

当终端处于空闲状态且无法被网络立刻连通时， 发往该终端的所有流量都会被UPF缓存，这将触发对终端的寻呼，迫使终端进入连接态并接收数据。

UPF还可以对流向无线网或外部网络的数据包添加QoS标记。在网络拥塞的情况下，传输网可以通过这一标记，以适当的优先级来处理每个数据包。

第6章将更详细地描述UPF的功能。

UDM是统一数据管理功能， 它充当存储在UDR中的用户签约数据的前端(后面有更多的介绍) ， 并应AMF的请求执行某些功能。

UDM生成鉴权数据， 用于验证终端的身份。它还根据签约数据对特定用户的接入进行授权，例如，对漫游用户和非漫游用户使用不同的接入规则。

如果网络中有一个以上的AMF和SMF实例， 则UDM会跟踪哪个实例正在为特定终端提供服务。

统一数据存储库(UDR) 是存储各种类型数据的数据库。重要的数据当然是签约数据以及定义各种类型的网络或用户策略的数据。UDR的数据存储和数据访问的功能作为服务提供给其他网络功能(特别是UDM、PCF和NEF) 。

鉴权服务器功能(AUSF) 的功能非常有限但非常重要。它使用UDM创建的鉴权凭证对特定终端提供鉴权服务。此外， AUSF还提供生成加密信息的服务， 以保证终端中的漫游信息和其他参数的安全更新。