系統架構

在5GC中，每個節點稱為網路功能（NF），下面簡要介紹一下每個NF的名稱及功能。

• NSSF（網路切片選擇功能）

管理網路切片相關資訊，比如負責為終端選擇網路切片

• AUSF（認證伺服器功能）

完成使用者接入的身份認證功能，對應4G MME中鑑權功能

• UDM（統一資料管理）

管理和儲存簽約資料、鑑權資料

• AMF（接入和移動性管理功能）

完成移動性管理、NAS MM信令處理、NAS SM信令路由、安全錨點和安全上下文管理等

• SMF（會話管理功能）

完成會話管理、UE IP地址分配和管理、UP選擇和控制等

• PCF（策略控制功能）

支援統一策略框架，提供策略規則

• AF（應用程式功能）

外部應用程式伺服器

• UPF（使用者面功能）

• DN（資料網路）

5GC外部資料網路（Internet等）

再來與4G EPC架構對比一下：

EPC架構

可以發現，5GC的變化似乎並不大，不過增加了一些新節點（比如NSSF），以及一些節點被重新命名（比如原來的PCRF重新命名為CF）。

但這只是你看到的表明！

事實上，兩者在功能方面有很多變化。

下面就簡單說說5GC的6大變化，也是6大關鍵能力......

控制面與使用者面分離

啥叫控制面？啥叫使用者面？簡單說，使用者面負責資料包傳輸，控制面負責連線的建立與斷開等。

控制面與使用者面分離並不是新鮮事，早在4G時代R14標準就定義了CUPS（EPC節點的控制面與使用者面分離），也就是將SGW和PGW的控制平面和使用者平面分離。

R14中的EPC控制面與使用者面分離

但在5GC中，分離更明顯，更徹底...

如上圖，使用者面（UPF）僅負責傳輸資料包，控制面（比如SMF）僅負責處理會話連線的建立和斷開......這種控制面與使用者面分離的架構，允許分別增強控制面功能和使用者面（UPF）功能，更重要的是，可以將使用者面（UPF）下沉到離使用者更近的地方，從而大幅降低網路時延。

不依賴於接入網的統一架構

在4G時代，3GPP接入網（比如LTE、WCDMA）與非3GPP接入網（比如Wi-Fi）以不同的方式連線到EPC。

但5G時代，不管是“3GPP接入網”（比如5G NR、LTE），還是其他“非3GPP接入網”都使用相同的介面連線到5GC。

為此，R15定義瞭如何基於此原理使用N3IWF將“Untrusted non-3GPP access”（比如公共Wi-Fi）連線到5G系統。R16還研究了將有線接入網納入統一的接入，這就是真正的“固網和無線融合”了。

基於服務的架構（SBA）

前面我們講過5GC的系統架構圖，這是我們熟悉的以“參考點表示”的架構圖，這讓我們易於理解核心網的節點之間是如何連線。但事實上，5G標準還給出了另一個更“真實”的5GC系統架構圖......

5GC架構（基於服務的架構）

如上圖所示，5GC控制面引入了基於服務的架構（SBA）。在SBA中，每個NF並非一對一（點對點）連線，而是所有NF共享一條通訊通道，每個NF都可以與任何NF通訊。

為啥要採用SBA？在過去的EPC中，每一個節點單獨定義“參考點”，每個節點之間採用單獨的協議進行通訊，這顯然太複雜，不靈活。5GC認為不能再這麼幹了，於是將每個NF定義為“服務”，任何一個NF都採用相同的協議（HTTP/2），這樣一來NF之間的連線就更彈性了，也大大增強了靈活擴充套件性。

但問題來了，在這樣的SBA架構下，一個NF如何知道另一個NF提供的是什麼服務呢？都提供了哪些服務呢？

於是，NRF（網路儲存庫功能）被引入到5G核心網控制面，其提供“服務註冊”，“服務授權”和“服務發現”功能，具體點講，就是負責對網路功能服務註冊登記、狀態監測等，實現網路功能服務自動化管理、選擇和可擴充套件，並允許每個網路功能發現其它網路功能提供的服務。

另外，還引入了NEF（網路開放功能），其解決了諸如AF（應用功能）之類的外部節點與5G核心網控制面中的節點之間基於SBA架構通訊，比如AF可以透過NEF要求PCF將流量解除安裝到本地伺服器。

NWDAF（網路資料分析功能）

不知你注意到沒有，在上面的5GC SBA架構圖中，還引入了一個新的功能——NWDAF（網路資料分析功能）。顧名思義，NWDAF就是提供網路分析的NF，引入它的目的是實現網路自動化。

NWDAF定義了收集什麼樣的資料，怎樣將分析結果反饋到網路等內容。但是，如何具體分析收集的資料，這很難用標準化來規範。NWDAF從整網收集資料，並與AI結合，可在5G網路中實現從資料收集，到資料分析，再到結果反饋的閉環自動化流程。

分散式UPF

如上所述，在4G EPC中，SGW和PGW被分離為使用者面節點，但在5GC中，只有UPF負責使用者面，這是為了減少使用者面節點數量來進一步減少網路時延。

下面你就能理解僅有一個UPF作為使用者面的簡潔設計所帶來的好處了...

如上圖，通常在面向行業專網的5G組網中會配置兩個（或兩個以上）的UPF，一個透過N6介面連線DN，一個部署於邊緣節點並連線到本地伺服器，負責將本地流量解除安裝到本地，保障資料不出園區和網路低時延。要是使用者面有SGW和PGW兩個網元功能，帶來更多節點，豈不是太累贅？

網路切片

網路切片是個老熟人了，不用做太多介紹。

這裡要介紹的是，透過網路切片，一個終端可以使用多個切片，好像最多可以連線8個切片。在切片網路中，AMF負責終端級的處理，例如使用者身份驗證和終端位置管理，因此，無論終端連線多少個切片，都由相同的AMF來負責處理。不過，每個切片都有單獨的SMF和UPF，並分別連線不同的DN，這樣終端上執行的多個應用可以透過各自的切片來保障網路能力，並且互不影響。