目录 文章目录 目录 UPF 参考文档 UPF UPF(User Plane Function,用户面功能),是 3GPP 定义的 5G Core(核心网)基础设施系统架构的基本组成部分。 CUPS 的主要目标是支持 5G 实现新的无线接入(NR)实现,满足物联网应用和更高的数据传输速率需求。 然而要彻底实现 CP 和 UP 的分离是一项复杂的工程,所以 5G Core 利用 UPF 的优势来实现了网络切片(Network Slicing)的设计。 3GPP 23.501 是这样定义 UPF 的: NOTE: 并非所有上述的 UPF 功能清单都需要在网络切片的 UPF 的实例中得到支持。 (简称:锚 UPF)之间 N6:DN 和 UPF 之间的接口,即连接外部 PDU 和 DN N4:SMF 和 UPF 之间的接口 其中,N3 和 N9 参考点上采用的协议是带 5G 扩展协议头的 GTP
从去年6月国内5G商用牌照正式发放,到今年3月国家提出“新基建”,算是第一阶段。 这一阶段,运营商的建设重点主要集中于5G无线接入网室外宏站方向。 ? 根据3GPP标准组织的定义,5G分为非独立组网(Non-Standalone,NSA)和独立组网(Standalone,SA)两种模式。 NSA,是指无线侧4G基站和5G基站并存,核心网采用4G核心网或5G核心网的组网架构。而SA,是指无线侧采用5G基站,核心网采用5G核心网的组网架构。 ? 而SA架构,毫无疑问是5G网络演进的终极目标。 ? NSA和SA最大的区别,就在于核心网是不是5G核心网。那么,5G核心网到底有什么特别之处呢? 必须要说,5G核心网相比4G核心网,变化是颠覆性的。 MEC与5G核心网 在安全构架上,5G核心网也比4G EPC更有优势。5G核心网具有更强的加密算法,更安全的隐私加密,更安全的网间互联和更安全的用户数据,可全面实现网络安全防护。
概述 演进分组核心(EPC)在4G LTE中起着关键作用,5GC是由3GPP定义的新的5G核心网络(5GC)。与前几代不同,5G部署既可以使用现有的EPC,也可以使用5GC。 最大的好处在于,该方案可以充分发挥5G的能力,只需对现有EPC稍加修改,就可以支持与5G的互通。 3. 5G非独立组网 图2.在现有EPC下部署gNodeB的非独立5G网络(Option 3)。 如果5G应用NSA模式,我们通常会考虑“Option 3”场景。图2描绘了具有双重连接的Option 3,其在UE上同时提供LTE和NR无线接入,并支持基于LTE的NSA架构。 在非独立部署中引入5GC 图3.部署5GC,gNodeB和eLTE的非独立5G网络(Option 7)。 Option 3的迁移路径是引入5GC,称为Option 7。 Option 3无法利用5GC的优势。在图3中,Release-15以后的演进LTE(eLTE)eNodeB通过控制和用户接口连接到新的5GC,而gNodeB仅具有连接到5GC的用户接口。
手机用户建议横屏点击图片观看,效果更佳 我就不加马赛克和水印了,希望大家使用时注明来源。
文中涉及的缩略语: EPC(Evolved Packet Core,演进的分组核心网) NF(Network Function,网络功能) NF Service(Network Function Service
本期我们将介绍一款备受关注的开源核心网软件,是一款基于5G标准的开源核心网软件,包含一系列软件组件和网络功能,实现 4G / 5G NSA 和 5G SA 核心功能,旨在为运营商和企业提供一个灵活、可靠的解决方案 注:5G NSA 概念注释 NSA组网的基本原理是利用4G时代提出的双链接技术,最早在3GPP R12版本中提到。 5G SA组网概念注释 5G独立组网是指完全新建一张新的5G网络,从基站、传输链路及核心网全部独立于4G网络新建。 5G独立组网模式下的协议开发、网络规划、核心网部署、网络内外互联互通等所面临的技术挑战将全面超越3G和4G网络。 这些功能可以帮助用户构建一个完整的5G核心网络,并支持多种应用场景,如增强移动宽带、物联网和边缘计算等。
本文将对5G核心网进行全面介绍,从核心网网络构架→核心网基本概念→5G核心网流程介绍,关于AMF、SMF、UPF、UDM、AUSF、NSSF等都进行了详细介绍,认真读完,可全面掌握“5G核心网基础知识” ,5G新手必读。 核心网网络构架 (点击可查看看大图) ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 核心网基本概念 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 5G核心网基本流程介绍 ? ? ? ? ?
5G核心网向云原生演进 目前,5G核心网的设计都是基于NFV虚拟化架构,由VNF(虚拟网络功能)组成。VNF是构建在通用硬件上的软件包,是在虚拟环境中运行的网络功能。 为满足5G应用场景大带宽和低时延的特性要求,5G核心网的用户面在部署时不仅要下沉到边缘或区域数据中心以减少传输时延,而且还要大幅减少用户面报文的转发时延,VNF(虚拟网络功能)已经无法快速需求。 用于 5G 核心网的 DPU/SmartNIC 下图是关于“您的组织是否希望在其 5G 核心用户平面中广泛使用硬件加速( DPU/SmartNIC)?”的用户调查结果。 这样可以使5G网络能够更快、更可靠地传输数据。 虽然DPU/SmartNIC硬件加速在 5G 核心网中具有一定优势,但业界一度对核心网 NFV 的用户面是否需要使用硬件加速持怀疑态度。 因此,总体来看,运营商对5G核心网用户面的硬件加速存在兴趣,但目前形势尚不明确。
我们在追求5G应用创新的同时,背后基础设施的保障往往会获得较少的关注度,这次的新闻也让笔者对5G核心网(5GC)产生了兴趣,究竟5G核心网的该由谁来“守护”? 正值云杉网络发布其面向5G核心网的网络功能服务监控方案,笔者有幸采访了云杉网络COO来源先生,进一步探寻5G核心网的“守护”历程。 ? 在5G网络发展初期,不可避免会出现2/3/4G核心网与5G核心网并存,用户在进行4G与5G网络互操作时,会在两个核心网之间发生切换,很难保持业务连续性。 5G核心网架构图 同时5G在网络架构、实现方式、运维方式均发生了变化。 云杉网络5G核心网监控方案 “DeepFlow 5GC方案是一款面向5G核心网,基于对服务NFS间的通信访问流量进行获取分析,以保障核心网稳定运行的软件产品。
整个5G核心网的虚拟化和云化,使其自身具备很高的灵活性。硬件资源是灵活的,软件部署是灵活的,业务迁移和扩容缩容,也是灵活的。 为了进一步降低运维复杂度,5G核心网还引入了编排器。 5G核心网,离不开高效、强劲的云基础设施 除了控制功能之外,5G核心网的一个最重要指标是转发效率。 5G核心网需要将来自无线接入网的用户数据,转发到互联网。 5G网络庞大的流量,全部都要经过5G核心网。而具体负责转发的网元,就是UPF。 ? UPF是5G核心网性能的关键 所以说,UPF的性能优劣,直接决定了整个5G核心网的性能,甚至整个5G网络的性能。 屠嘉顺分享的中兴通讯5G核心网测试结果,也充分验证了两项技术的实践成效。 ? SST-CP技术引入前后的系统性能对比 从上图可以看出,引入SST-CP技术之后,整体性能提升了大约3%。 了解更多高性能5G核心网技术细节
一、5G核心网网元服务 在介绍检测机制之前,首先明确下我们要检测的目标:5G核心网网元服务。 3GPP TS 23.501[2]将网元之间的交互集定义为服务。 三、全流量分析的挑战 3.1协议多样性 图2,图3分别展示了5G核心网控制面协议栈与用户面协议栈。 图3 用户面协议栈 3.2高并发 如图4所示,核心网需要处理大量用户的不同业务请求,每种请求发送到核心网中会都产生一部分数据包,因此会引发业务高并发运行下的数据包归属问题,即某个数据包是哪个用户在何种业务场景下产生的 这里的用户信息主要是指用户设备在核心网中的身份标识,根据3GPPTS 23.502[3], 用户设备在核心网中的身份标识包括用户永久标识符(SUPI),用户隐藏标识符(SUCI),永久设备标识符(PEI 2.在原型中加入5G领域知识以提升检测的准确性。 3.将时序特征作为新的检测维度加入原型中。 4.实现针对NGAP,PFCP协议的异常检测。
为了满足各种各样新的服务需求,未来5G核心网架构的设计必须要解决以下几个现存的挑战: ☘ 核心网接入独立:对于固定接入和各种各样的无线接入,核心网应该具有汇聚功能,从而保证接入无关。 针对这些待解决的问题,图1所示的5G核心网架构可以被加以参考。 ? ? 从层次概念上划分,该架构可以分为异构接入网络和统一核心网络5GC。 (3)接入独立网络 在未来的5G中,各种装置会使用多种不同的接入方式通过多种接口同时接入网络。 5G核心网应该同时满足使用5G接入、4G接入、wifi接入点接入等多种接入技术的接入,以增加用户的吞吐量,而不是针对每一种接入技术大费周章建立一个独立的核心网络,这就是5G接入独立/接入无关的含义。 这些信令由UE端产生,通过用户或者5G核心网选择的接入网络传输到eUCE端。图3给出了一个按需产生的非接入层信令框架。 ?
在过去几年里,5G基础设施建设的高峰已经过去,运营商对于基站核心网集采的支出降温,设备商的收入线一条条往下走,虽然说行业没彻底熄火,但热度已经退了大半。 就在当下西伯利亚寒冷影响通信行业的时候,爱立信和HPE联合宣布,要在瑞典成立一个联合验证实验室,专门验证一套双模5G核心网的解决方案。 他们打算用爱立信的Dual-Mode 5G Core做核心软件,把4G EPC和5G SA核心网功能放在一个云原生架构中。 简单说,他们要构建的是一个完整的5G核心网生态闭环,从硬件、操作系统、虚拟化、容器管理到网络自动化,全部打通。 过去,运营商部署4G核心网和5G核心网是两套系统,现在合并到一起,不仅节省资源,也为未来的AI化、自动化运维提供了统一基础。
考虑全球运营商在之前的核心网络技术上投入了庞大的资金,大幅改变会影响服务持续性及收益,因此在3G阶段的核心网络技术革命,还很贴心地允许两种交换模式共存并行了一整个世代,也就是运营商可以自由选择采用电路抑或分封交换的技术 目前4G/5G核心网络上最重要的功能除了EPC之外就是IMS,其虚拟化方案分别被称为vEPC及vIMS,由于IMS功能相对单纯的多,亦常常也将其视为vEPC的一部分看待。 vEPC趁势崛起 促进4G/5G核心网络有效利用 vEPC为近年网络通讯产业的热门议题,有多家全球性大型营运商看好其发展潜力,已经共同成立NFV标准及推动组织。 3. vEPC可靠性与高可用性 目前3GPP标准组织研议中的诸多5G新型态之服务模式,所须处理的高密度、大量通讯联结等问题,都在在显示出5G核心网络需要能够承受之系统容量与稳定度不可同日而语。
二、5G关键技术与安全问题 结合3GPP TS 23.501[1],5G整体网络架构如图1所示。 移动通信网络,尤其是核心网,是由很多网元设备组成的。在5G到来之前,这些网元都是各个厂家自行设计制造的专用设备。专用设备费用较高且硬件资源无法得到充分利用,这大大提高了运营商的组网成本。 此外,为了方便对不同网络环境中NF的管理,每个NSI还会分成多个网络切片子网实例(Network Slice Subnet Instance, NSSI),比如图4中的NSI包含了接入网NSSI与核心网 此外,目前关于服务管理请求授权的3GPP规范还没有最终确定。那么在实行上,也可能会暴露出一些安全问题。 此外,欧盟网络安全局(ENISA)在2020年12月发布的5G网络安全风险报告[3]中更加详细地列出了网络切片的安全风险,如表1所示。
在深入研究5G核心网业务层面的安全问题之前,首先需要了解5G核心网中的经典业务场景。 一、5G核心网简介 5G时代要解决的问题不只是人与人之间的通信,还有物与物之间的通信。 因此5G核心网进行了重构,以网络功能(NF)的方式重新定义了网络实体,产生了5G核心网的SBA架构。图1为3GPP[1]标准下的5G核心网架构图。 ? 核心网模拟环境搭建 目前常用的5G核心网开源项目为free5gc[2]和open5gs[3],这里笔者利用了free5gc进行核心网模拟环境的搭建,将网元以容器的方式部署在虚拟机中。 查看启动后的容器IP,如图3所示。 ? 图3 free5gc网元容器IP地址 三、NG-RAN和UE模拟器构建与配置 核心网环境就绪后,若要对5G的业务场景进行还原,还需要对基站和UE进行模拟。
近期有报道一家名为Athonet的初创公司在亚马逊Marketplace上正式开售它们的核心网产品——BubbleCloud。那这个BubbleCloud到底是个啥?研究它有什么用呢? ? 3 想要得到这种服务需要啥呢 需要从亚马逊平台上购买核心网服务,还需要购买边缘节点和SIM卡。 Athonet的边缘节点有两款产品,价格分别为999美元和1998美元;SIM卡每张为5.99美元。 目前5G是一个很热的市场,各类玩家都在积极努力尽快将5G技术投入商用。最近英特尔推出多模5G调制解调器,预计2020年推出手机。 Verizon已经推出了5G品牌的固定无线服务,并计划明年推出移动5G服务。T-Mobile的高管们已经承诺到2020年在全国范围内提供5G服务,而Sprint正在为明年在九个市场推出5G服务做准备。 AT&T的高管们表示,该公司将在数周内,在十几个城市推出移动5G服务。现在我们是不是要考虑快点攒钱,准备过两年买个5G的Iphone或其他的小玩意儿呢?
,赋予了软银这次核心网现代化改造升级所需的技术力量。这不仅是一次核心网技术上的升级,更是软银在5G及未来通信技术上布局云原生技术发展的深远布局。 首先,软银的核心网升级并非单纯的设备替换,而是一次全面的架构重塑。爱立信提供的双模5G核心网和云原生基础设施(CNIS)将软银的网络从传统堆硬件的网络转向“云原生”网络。 然而,5G SA布站和双模核心网并不是终点,而是迈向更高层次技术的跳板。软银在5G核心网建设上的投资,实际上是在为5G-Advanced和未来6G的到来铺路。 随着3GPP标准的不断演进,5G-Advanced将在现有5G基础上进一步深化AI原生应用、实现通感一体化等功能,而这些特性依赖的正是云化和服务化的核心网络。在这一点上,软银的布局显得尤为战略性。 软银的核心网升级为双模5G核心网不仅是对硬件的更新换代,更是对运营模式、人员技能、组织流程、AI自动化等方面的深刻重构。
上期,我给大家解释了一下,为什么核心网被称为通信里面最难的产品(文章链接),获得了广泛的共鸣。 今天,我会具体介绍一下,从2G到5G,核心网的发展演进过程,以及其中的思路。 尤其会重点说一说,马上进入5G时代了,我们的核心网究竟会变成什么样子。 ? 首先我们从2G开始说起吧。 当年小枣君刚刚入职的时候,学习的就是2G核心网。 那时候的核心网设备,是这样的: ? 也就是说,并不是只有5G才能用虚拟化平台。也不是用了虚拟化平台,就是5G。 按照惯例,设备商先在虚拟化平台部署4G核心网,也就是,在为后面5G做准备,提前实验。 硬件平台,永远都会提前准备。 ? 好了,上面说了5G核心网的硬件平台,接下来,我们仔细说说5G核心网的架构。 到了5G,网络逻辑结构彻底改变了。 部分核心网功能,“下沉”到了MEC 下沉不仅可以保证“低时延”,更能够节约成本,所以,是5G的一个杀手锏。 以上,就是从2G到5G,核心网整个的演进过程和思路。并不难理解吧?
为什么5G核心网和电信云需要可观测性?在过去的2021年,其实5G核心网在全球发生了多次影响范围大、持续时间长、社会影响广的故障。 5G核心网的运维困境云杉网络通过对多个运营商的一线运维技术人员调研和交流之后,发现现阶段5G核心网的运维痛点集中在:(1)云网络“黑盒化”:(2)运维技术难度高;(3)故障定责定界难;(4)云平台面向业务的保障难 5G核心网可观测性能力,应对云原生特点,紧密结合5G服务,解决5G核心网生产中遇到的监控、运维、保障等难题。 多维度、深层次5G核心网全景性能监控在5G核心网中,自身运行的网络IP节点数量已经百倍以上规模的增长,容器化微服务POD形成一个Full-Mesh的网络,网络的虚拟化、弹性变化,使得整个5G核心网的内部网络 3. 业务访问从应用到网络端到端追踪除了全栈链路追踪,DeepFlow对每一次业务访问的应用层实现了应用+网络的端到端追踪。运维人员可以通过系统检索、分析、追踪任意一次访问,快速洞察应用异常。