5G輕量化核心網設備作為5G網絡的核心部分,主要負責實現網絡接入控制、用戶接入、會話管理、鑒權管理、QOS管理、網絡切片、網絡能力開放、數據控制與轉發,并支持相應行業的數據與多媒體業務應用。采用分離式架構設計,可實現網絡功能的分離,以軟件化、模塊化、服務化的方式構建網絡,同時使能分離控制面和用戶面,實現用戶面功能的去中心化,增強設備部署的靈活性,提升系統性能。系統架構及接口組成如下:
5G輕量化核心網包括:控制面認證服務(AUSF)、接入和移動性管理(AMF)、策略控制(PCF)、會話管理(SMF)、統一數據管理(UDM)、計費管理網元(CHF)、網絡切片選擇網元(NSSF)、UDSF、NRF、UDR及用戶面網元(UPF)管理幾部分。
1)、AUSF:鑒權服務功能(Authentication Server Function)。AUSF用于接收AMF(access and mobility management function,AMF)對UE進行身份驗證的請求,通過向UDM請求密鑰,再將UDM下發的密鑰轉發給AMF進行鑒權處理。
2)、AMF:接入及移動性管理功能 (Access and Mobility Management Function)。是RAN信令接口(N2)的終結點,,NAS(N1)信令(MM消息)的終結點,負責NAS消息的加密和完保、負責注冊、接入、移動性、鑒權、透傳短信等功能,此外在和EPS網絡交互時還負責Eps Bearer Id的分配。AMF可以類比于4G的MME實體。
3)、PCF:策略控制功能(Policy Control function )。支持統一的策略框架去管理網絡行為,提供策略規則給網絡實體去實施執行,訪問統一數據倉庫(UDR)的訂閱信息
4)、SMF:會話管理功能(Session Management Function)。SMF的主要功能有:0)NAS消息的SM消息的終結點;1)會話(session)的建立、修改、釋放;2)UE IP的分配管理;3)DHCP功能;4)ARP代理或IPv6鄰居請求代理(Ethnet PDU場景下);5)為一個會話選擇和控制UPF;6)計費數據的收集以及支持計費接口;7)決定一個會話的SSC模式;8)下行數據指示;
5)、UDM:統一數據管理功能(Unified Data Management)。負責用戶標識、簽約數據、鑒權數據的管理、用戶的服務網元注冊管理(比如當前為終端提供業務的AMF、SMF等,如當用戶切換了訪問的AMF時,UDM還會向舊的AMF發起注銷消息,要求舊的AMF刪除用戶相關信息)。
6)、CHF:CHF網元主要由AGF、CDF、CGF三部分組成,支持在線計費、離線計費和融合計費三種場景。
7)、NSSF:網絡切片選擇功能(Network Slice Selection Function)。支持以下功能:選擇為UE服務的網絡切片實例集;確定允許的 NSSAI,以及在需要時確定到簽約閱的 S-NSSAI 的映射;確定已配置的 NSSAI,以及在需要時確定到簽約的 S-NSSAI 的映射;確定可能用于查詢 UE 的 AMF 集,或基于配置確定候選 AMF 的列表(可能通過查詢NRF);
8)、UDSF:非結構化數據存儲功能(Unstructured Data Storage Function),任何NF可以存儲和檢索它的非結構化數據,非結構化數據是指未在3GPP規范中定義其結構的數據,一般與UDR部署在同一個位置;
9)、NRF:網絡存儲功能(NF Repository Function),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進行注冊登記才能提供服務,登記信息包括NF類型、地址、服務列表等
10)、UDR:統一數據倉儲功能(Unified Data Repository),支持以下功能:UDM 存儲和檢索簽約數據、PCF 存儲和檢索策略數據、結構化服務的存儲和檢索、NEF 的應用數據(包括用于應用程序檢測的分組流描述(PFD),多個UE的AF請求信息); UDR 與 NF 服務使用者位于同一 PLMN 中,而 NF 服務使用者使用 Nudr 在其中存儲數據并從中檢索數據, 網絡功能(即UDM,PCF和NEF)使用Nudr接口訪問存儲在 UDR 中的特定數據集
11)、UPF:用戶平面功能(User Plane Function)。最主要的功能是負責數據包的路由轉發、Qos流映射。其類似于4G下的GW(SGW+PGW)。用于RAT內/ RAT間移動性的錨點 ;外部PDU與數據網絡互連的會話點;分組路由和轉發;數據包檢查;用戶平面部分策略規則實施;用戶平面的QoS處理等功能。
功能
技術參數 | 功能列表 |
標準兼容性 | 符合3GPP R15 5GC技術標準 |
硬件要求 | 支持通用X86服務器 |
網元列表 | 控制面認證服務(AUSF)、接入和移動性管理(AMF)、策略控制(PCF)、會話管理(SMF)、統一數據管理(UDM)、網絡切片選擇網元(NSSF)、UDSF、NRF、UDR及用戶面網元(UPF)管理 |
AMF用戶容量 | 10000用戶 |
SMF用戶容量 | 10000用戶 |
UPF要求 | 支持UPDK,DPDK開發中 |
UPF吞吐量 | 20Gbps |
產品特性 | 虛擬化,支持Docker虛擬化環境部署 |
微服務化,采用3GPP推薦的微服務架構,降低各個網元的復雜性,便于各個網元的獨立開發,同時便于獨立部署 | |
易于配置,采用Restful配置接口,用于配置和監控各個NF | |
支持CUPS,采用標準的PFCP接口,便于數據面的靈活部署 | |
可擴展性,允許部署多個相同的NF,可靈活擴容和縮容 | |
無狀態化,將計算資源與存儲資源分離,從而達到1+N冗余,支持不間斷升級 | |
易于部署,應支持基于通用服務器的虛擬化方式部署組網,組網方案可以基于邏輯的數據中心配置,數據中心用于承載網絡功能,如切片編排和管理、虛擬化系統功能、核心網網絡功能和儀表功能等 | |
易于監控,具備可視化監視系統,可實時監控系統狀態以及性能指標 | |
負載均衡,支持負載均衡和再均衡能力 |
硬件規格
輕量化5GC核心網硬件規格典型配置推薦(20基站,2000用戶)。
數量 | 軟硬件配件參數 |
1 | PowerEdge R340 MLK 主板 |
2 | 英特爾至強 E-2224 3.4GHz, 8M 緩存, 4C/4T, turbo (71W) |
1 | iDRAC Group Manager, 啟用 |
1 | 3.5" 機箱含高達 4 熱插拔硬盤和軟件RAID |
1 | PCIe Riser, 1x FH x8 PCIe Gen3 插槽, 1x LP x4 PCIe Gen3 插槽, R340 |
1 | PowerEdge R340 運輸材料 適用于 3.5英寸 硬盤 機箱 |
2 | 32GB 2666MT/s DDR4 ECC UDIMM |
1 | iDRAC9,企業版 |
2 | 2TB 7.2K RPM SATA 6Gbps 512n 3.5英寸熱插拔硬盤(RAID1) |
2 | Dell EMC PowerEdge SFP+ SR Optic 10GbE 850nm |
1 | 散熱器 適用于 80W 或更少的 CPU |
1 | 單熱插拔電源 350W |
1 | 電源線- C13,2M, 250V,10A (中國) |
1 | 英特爾 X710 雙端口 10GbE 直連 SFP+ 適配器, PCIe 全高 |
1 | 主板集成 LOM |
1 | 標準風扇 |