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5G異構的切換流程

2020-10-25 08:00:29

5GC架構的接入方式


在5G中，網路片被定義為邏輯網路，它由具有不同功能的控制平面和使用者平面網路功能(NFs)組成。

5G網路還需要實現一些基本功能，包括與UE通訊、儲存其訂閱和憑證、允許存取外部網路、管理網路存取以及行動網路存取。

這一架構包括：

AUSF作為生產者為AMF提供UE鑑權服務。 為了提供這個服務，定義瞭如下服務操作：
此服務允許對UE進行身份驗證，並提供一個或多個主金鑰，AMF將這些主金鑰用於派生的後續金鑰。。

UDM，Unified Data Management，統一資料管理功能，支援一下功能：

-  3GPP AKA身份驗證憑證的生成 
-  使用者標識處理（例如5G系統中每個使用者的SUPI的儲存和管理） 
-  支援取消隱藏受隱私保護的使用者識別符號（SUCI） 
-  基於簽約資料的接入認證（例如漫遊限制） 
-  UE 服務的 NF 註冊管理（例如，為 UE 儲存服務 AMF，為  UE PDU 對談儲存服務 SMF） 
-  支援服務/對談連續性（通過保持 SMF / DNN 進行中的對談分配） 
-  MT-SMS 交付支援 
-  合法攔截功能（特別是在出站漫遊情況下，其中UDM是LI的唯一聯絡點） 
-  簽約管理 
-  SMS 管理

AMF承載以下主要功能：
接入和移動管理功能(AMF)包括以下功能。
在AMF的單個範例中可以支援部分或全部AMF功能：

  1. 終止RAN CP介面(N2)。
  2. 該介面協定為F1AP終止NAS(N1)，提供NAS加密和完整性保護。
  3. 註冊管理。
  4. 連線管理。
  5. 可達性管理。
  6. 流動性管理。
  7. 合法攔截(適用於AMF事件和LI系統的介面)。
  8. 為UE和SMF之間的SM訊息提供傳輸。
  9. 用於路由SM訊息的透明代理。接入身份驗證。
  10. 接入授權。
  11. 在UE和SMSF之間提供SMS訊息的傳輸。
  12. 安全錨功能(SEAF)。
  13. 監管服務的定位服務管理。
  14. 為UE和LMF之間以及RAN和LMF之間的位置服務訊息提供傳輸。
  15. 用於與EPS互通的EPS 承載 ID分配。
  16. UE移動事件通知。

無論網路功能的數量如何，UE和CN之間的每個接入網路只有一個NAS介面範例，終止於至少實現NAS安全性和行動性管理的網路功能之一。

除了上述AMF的功能之外，AMF還可以包括以下功能以支援非3GPP 接入網路：

  1. 支援N2介面與N3IWF。 在該介面上，可以不應用通過3GPP 接入定義的一些資訊(例如，3GPP 小區標識)和過程(例如，與切換相關)，並且可以應用不適用於3GPP接入的非3GPP 接入特定資訊。
  2. 通過N3IWF上的UE支援NAS信令。 由3GPP 接入上的NAS信令支援的一些過程可能不適用於不可信的非3GPP(例如尋呼)接入。
  3. 支援通過N3IWF連線的UE的認證。
  4. 管理通過非3GPP 接入連線或通過3GPP和非3GPP同時連線的UE的行動性，認證和單獨的安全上下文狀態。
  5. 支援協調的RM管理上下文，該上下文對3GPP和非3GPP存取有效。
  6. 支援針對UE的專用CM管理上下文，用於通過非3GPP 接入進行連線。
    注意：並非所有功能都需要在網路片的範例中得到支援。

對談管理功能(SMF)包括以下功能：

  1. 對談管理，例如對談建立，修改和釋放，包括UPF和AN節點之間的隧道維護。
  2. UE IP地址分配和管理(包括可選的授權)。
  3. DHCPv4(伺服器和使用者端)和DHCPv6(伺服器和使用者端)功能。
  4. ARP代理和/或乙太網PDU的IPv6 Neighbor Solicitation Proxying。 SMF通過提供與請求中傳送的IP地址相對應的MAC地址來響應ARP和/或IPv6鄰居請求代理。
  5. 選擇和控制UP功能，包括控制UPF代理ARP或IPv6鄰居發現，或將所有ARP / IPv6鄰居請求流量轉發到SMF，用於乙太網PDU對談。
  6. 設定UPF的流量控制，將流量路由到正確的目的地。
  7. 終止介面到策略控制功能。
  8. 合法攔截(用於SM事件和LI系統的介面)。收費資料收集和支援計費介面。
  9. 控制和協調UPF的收費資料收集。
  10. 終止NAS-SM訊息。
  11. 下行資料通知。
  12. AN特定SM資訊的發起者，通過AMF通過N2傳送到AN。
  13. 確定對談的SSC模式。

漫遊功能：

處理本地實施以應用QoS SLA(VPLMN)。

計費資料收集和計費介面(VPLMN)。

合法攔截(在SM事件的VPLMN和LI系統的介面)。

支援與外部DN的互動，以便通過外部DN傳輸PDU對談授權/認證的信令。

PCF：策略控制功能

AF：Application Function ，應用功能，指應用層的各種服務，可以是運營商內部的應用如Volte AF(類似4G的Volte As）、也可以是第三方的AF（如視訊伺服器、遊戲伺服器），如果是運營商內部的AF，與其他NF在一個可信域內，可以直接與其他NF如PCF互動存取，而第三方的AF則不在可信域內，必須通過NEF存取其他NF。

NEF：Network Exposure Function ，網路開放功能，位於5G核心網和外部第三方應用功能體之間（可能也有部分內部AF），負責管理對外開放網路資料的，所有的外部應用，想要存取5G核心網內部資料，都必須要通過NEF。NEF提供相應的安全保障來保證外部應用到3gpp網路的安全，提供外部應用Qos客製化能力開放、行動性狀態事件訂閱、AF請求分發等功能。

NRF：NF Repository Function ，網路儲存功能，用來進行NF登記、管理、狀態檢測，實現所有NF的自動化管理，每個NF啟動時，必須要到NRF進行註冊登記才能提供服務，登記資訊包括NF型別、地址、服務列表等。

NSSF，The Network Slice Selection Function，網路切片選擇功能，支援以下功能：

 -  選擇為UE服務的網路切片範例集 
 -  確定允許的 NSSAI，以及在需要時確定到簽約閱的 S-NSSAI 的對映 
 -  確定已設定的 NSSAI，以及在需要時確定到簽約的 S-NSSAI 的對映 
 -  確定可能用於查詢 UE 的 AMF 集，或基於設定確定候選 AMF 的列表（可能通過查詢NRF）
 -

UPF: User plane Function，使用者面功能，包括使用者封包的路由和轉發、與外部資料網DN的資料互動、使用者平面的QoS處理、流控規則實施（例如門控、重定向、流量轉向）等
與EPC中的情況類似，5G中的應用功能(AF)根據設定的策略使用其他3GPP網路功能提供的服務和資訊。

DN: 資料網路Data Network (DN), 比如運營商業務，網際網路或者第三方業務等

安全邊緣保護代理(SEPP)用於與其他操作符的安全連線。
請注意，在EPC中不存在NEF、NRF、NSSF和SEEP。
另外，非3gpp接入網通過非3gpp互聯功能(N3IWF)連線到5GC，非3gpp互聯功能(N3IWF)分別通過N2介面和N3介面與控制平面功能AMF和使用者平面功能UPF相連。

利用從UE經由源gNB流向5G核心（使用者平面功能/ UPF）的資料平面的資料，採用無線電資源控制（RRC）信令來連續地測量和報告訊號品質。當源節點檢測到需要切換時，它與目標gNB連線以開始切換過程。一旦隧道已經移動到目標gNB，UE就執行切換並連線到同一目標節點。從目標gNB到AMF進行​​路徑切換請求，並且一旦確認，資料就可以從UE流過該目標節點並且流到規定的UPF。

EPC架構的接入方式


這一接入方式總共分為：UE、3GPP接入網/非3GPP接入網、EPC；即終端、接入網和核心網。

UE是我們的手機或CPE，接入網是遍佈城市的各個基站（可以是大的鐵塔基站，也可以是室內懸掛的只有路由器大小的小基站），EPC是運營商（中國移動/中國聯通/中國電信）的核心網伺服器，核心網包括很多伺服器，有處理信令的、資料的、計費策略的等等。

UE到接入網這一段是無線的，我們稱這一段網路叫空中接入網；接入網 和EPC之間都是內部網路，是使用光纖相連線的

NAS，非接入層信令，是UE和核心網EPC之間使用的信令，雖然途徑接入網eUTRAN，但基站不作分析；
AS ，接入層信令，是UE和接入網eUTRAN使用的信令，由基站來處理，核心網看不到

Mobility Management Entity（MME），核心網控制面網元，負責使用者和對談管理，MME主要功能有：
接入控制；行動性管理；對談管理； S-GW 選擇；安全認證。

Home Subscriber Server（HSS），歸屬使用者伺服器，它是核心網中的一個資料庫伺服器，裡面存放著所有屬於該核心網的使用者的資料資訊（即在這開戶的卡資訊）。當使用者連線到MME的時候，使用者提交的資料會和HSS資料伺服器中的資料進行比對來進行鑑權。
功能：使用者註冊；終端位置更新；行動性管理；

一般我們的sim卡都有一個開戶所在地，你的sim卡的註冊鑑權資訊都是存在開戶所在地的HSS伺服器裡面。漫遊時註冊、做業務的區別主要在存取HSS這一塊。

Serving Gateway （S-GW），使用者面接入服務閘道器，相當於傳統SGSN的使用者面功能：
對談管理；路由選擇和資料轉發；Qos控制；計費；

所以可以看出服務能不能做，優先順序怎樣，都是SGW說了算

PDN Gateway（P-GW），分組資料閘道器。是運營商網路和網際網路的閘道器，功能類似傳統中的GGSN。
主要功能包括分組包深度檢查、 IP地址分配；對談管理；路由選擇和資料轉發；PCRF的選擇；Qos控制；非3GPP接入；基於業務的計費

設計PGW有兩大目的：非3GPP網路（如1X、GSM、CDMA、VoWIFI）接入LTE核心網；LTE核心網資料和網際網路的閘道器。

Policy and Charging Rules Function（PCRF），策略與計費規則伺服器，根據使用者套餐和業務需求提供資料業務資源管控。
設定PCC計費規則；執行服務資料流優先順序排隊衝突解決處理；支援控制信令的IP sec安全性保護；向PCEF提供初始預設計費方法；啟用、去啟用、修改PCC規則；策略控制功能；

ePDG: 非3GPP 非信任網路連線到核心網的閘道器，支援LTE與Wifi服務的無縫連線，一般執行在支援EPG或者EWG的SSR硬體架構中 。

參考：
LTE網路架構

Robust and Universal Seamless Handover
Authentication in 5G HetNets