《5G核心网规划与应用》第三章:5G核心网关键技术

本章旨在清晰地展示:5G核心网的各项关键技术并非孤立存在,而是以一个核心理念为圆心,层层嵌套、相互支撑的有机整体。

一、核心灵魂:服务化架构

1. 根本性变革:从"设备"到"服务"

  • 核心思想: 将传统网络中固化的、硬集成的"黑盒"网元,拆解为独立的、可被灵活调用的 "软件化网络功能"

  • 工作机制:

    • 网络功能: AMF、SMF、UPF等不再是设备,而是一个个提供特定能力的服务

    • 服务化接口: 所有NF之间通过统一的、基于HTTP/JSON的API进行通信,实现了解耦合

    • NRF: 作为 "服务注册与发现中心" ,是整个架构的"电话簿"。每个NF在此注册和查询,实现了NF间的动态寻址与协作。

  • 通俗比喻:老式收音机 (所有功能焊死在盒子里)转向模块化音响系统(功放、播放器、音箱彼此独立,通过标准接口连接,可任意升级替换)。

2. 服务化架构的具体体现:核心网络功能如何"服务化"

SBA的理念最终落地于每个核心网元的具体服务中:

  • AMF: 提供 Namf_Communication 等服务。关键操作 N1N2MessageTransfer,使得SMF可以通过调用AMF的服务,来向终端和基站下发信令。AMF扮演了控制信令的"中转站"。

  • SMF: 提供 Nsmf_PDUSession 服务。AMF通过调用其 CreateSMContext 等操作,来驱动一个数据会话的建立、修改和释放。SMF将其会话管理能力封装成了可调用的API。

  • UDM: 提供 Nudm_SubscriberDataManagement 等服务。其他NF通过调用 Get 操作来查询用户数据。UDM实现了统一、安全的数据开放接口。

  • PCF: 提供 Npcf_SMPolicyControl 等服务。SMF通过调用它来请求策略,PCF通过服务响应下决策略。策略的决策与执行实现了分离和可编程。

  • NEF: 其本身就是一个服务化实体,提供 Nnef_EventExposure 等服务,专门负责将网络内部能力"翻译"并安全地开放给外部应用。

3. SBA的价值总览:

  • 模块化与灵活性: 各NF可独立开发、升级、扩容。

  • 快速业务创新: 新功能可作为新服务快速引入。

  • 自动化与智能化基础: 为标准化的API调用和自动化编排奠定基石。


二、两大支柱技术:基于SBA的架构深化

服务化架构奠定了基础,而另外两大技术则在此基础上,赋予了5G核心网更深层次的能力。

1. 控制与用户面分离

  • 核心思想: 将网络的"大脑"(控制面,CP)与"四肢"(用户面,UP)彻底分离。

  • 与SBA的关系: CUPS是SBA理念在数据面和控制面关系上的直接体现。控制面NF(如SMF)和用户面NF(UPF)本身就是独立的服务,它们之间也是通过服务化接口(N4)进行通信。

  • 价值:

    • 独立扩展: 可单独对信令处理能力或数据吞吐能力进行扩容。

    • 用户面下沉: 这是实现超低时延 的关键!UPF作为可部署在任何地方的"服务",可以被下沉到园区、边缘机房,数据直接本地卸载,无需绕行。

  • 通俗比喻: 公司的管理层(CP)生产线(UP) 分离。管理层在总部制定决策,而生产线可以建在离原材料和市场更近的地方,效率极高。

2. 网络切片

  • 核心思想:同一套物理网络 上,逻辑上隔离出多个功能、性能各异的端到端虚拟专用网络

  • 与SBA的关系: 网络切片是SBA价值的最高体现和终极目标之一。 正是基于SBA,我们才能像搭乐高一样,从共享的资源池中,为每个切片按需快速组合并实例化所需的NF服务(如切片专用的AMF、SMF、UPF)。

  • 价值: 使能"一网千业",为不同业务(eMBB、uRLLC、mMTC)提供从"尽力而为"到"确保体验"的定制化网络服务。


三、赋能引擎:使能SBA落地与高效运行

上述先进的架构理念,需要强大的底层技术来支撑其实现和运营。

1. NFV与云原生

  • NFV: 将网络功能从专用硬件 上解耦出来,运行在通用服务器 上。这是SBA的 "硬件基础"

  • 云原生: 是NFV的进阶和SBA的 "最佳运行环境"

    • 容器化: 将每个NF服务打包成轻量级、可移植的容器(如Docker),实现了环境的隔离与一致性。

    • 编排: 使用Kubernetes等工具自动管理容器的部署、伸缩和故障恢复,实现了SBA所要求的弹性与自动化

  • 通俗比喻:

    • NFV :提供了共享厨房(通用服务器),告别了自家的小灶(专用硬件)。

    • 云原生 :不仅共享厨房,还把每道菜做成标准料理包 (容器),并由智能厨师长(K8s)自动化管理,出菜又快又好又稳定。

2. 软件定义网络

  • 核心思想: 将网络的控制权集中,实现对转发设备的可编程控制。

  • 与5GC的关系: 在5GC中,SDN是SBA的"流量指挥棒"。控制面NF(如SMF、PCF)充当SDN控制器,通过服务化接口向用户面NF(UPF)下发流表规则,指挥数据包的转发路径。

  • 价值: 实现了网络流量的集中、智能、灵活调度,是实现网络切片流量隔离和精细化QoS的关键。

3. 移动边缘计算

  • 核心思想: 将计算、存储和网络能力下沉到网络边缘

  • 与5GC的关系: MEC的实现严重依赖于 CUPS 。通过将UPF服务 实例下沉到边缘,并与MEC平台集成,业务数据流就可以在边缘本地卸载和处理。

  • 价值: 与SBA和CUPS结合,共同实现了超低时延、高带宽业务,是5G赋能垂直行业的重要抓手。


总结:技术体系的联动关系

技术 角色与定位 核心关联
服务化架构 核心灵魂与蓝图 定义了整个系统的构建方式(模块化、服务化)。
控制与用户面分离 架构支柱 SBA理念在控制与转发关系上的具体实践,使能网络灵活性。
网络切片 价值体现 SBA能力的终极展示,通过组合服务实例实现"一网千业"。
NFV/云原生 基础承载 为SBA提供了低成本、高弹性、易运维的物理和运行环境。
软件定义网络 智能管控 作为SBA内部的"指挥系统",实现流量的可编程控制。
移动边缘计算 业务使能 与CUPS紧密结合,利用SBA的灵活性,将能力下沉至边缘。

这个整合清晰地表明:服务化架构是圆心,一切技术都围绕它展开,或支撑其实现,或依赖其能力,共同构成了5G核心网强大而灵活的竞争力。

相关推荐
拥友LikT4 小时前
《5G核心网规划与应用》第四章:5G主要业务场景
5g核心网规划与应用
拥友LikT5 天前
《5G核心网规划与应用》第一章:5G部署及标准发展
5g核心网规划与应用