SBA网络架构关键特征

5GC的设计理念是“Cloud Native”。它利用网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）技术，并在控制面功能间基于服务进行交互。

这些服务部署在一个共享的、编排好的云基础设施上，然后再进行相应地设计最终完成不同业务诉求。5GC网络架构关键特征如下图所示:

 

• 网络功能解耦，抽象为独立的网络服务；

在EPC网络中，PCRF，MME，GW都可以控制QoS，手机用户在激活时，通过协商确定QoS，在5G中，将QoS的控制功能模块化，形成一个功能模块PCF（Policy Control Function）；又如SMF（Session Management Function），就是将MME，SGW，PGW上的会话管理功能模块化。在5G中，就是将这些网络功能解耦，抽象为独立的网络服务，便于后续这些服务灵活支撑网络各种应用。

如下图所示，我们用不同的颜色来类比了解EPC的网元的相关功能在5GC中NF（Network Function）的归属。

图1 传统网元紧耦合架构 VS 基于服务化的5G网络架构

5G将控制面的网元功能进行功能解耦，相同的功能内聚以服务的形式呈现。各解耦后的网络功能抽象为网络的服务后，可独立扩容、独立演进、按需部署。

• 服务化接口；

在基于SBA的架构下，控制面的各NF摒弃了传统的点对点的通信方式，采用了基于服务化架构的SBI(service based interface)串行总线接口协议，传输层统一采用了HTTP/2协议，应用层携带不同的服务消息。

图2 SBI串行总线接口

 

应用到每个NF身上即为服务化接口，也就是上面提到的Nxxx接口（Namf、Nsmf……）。因为底层的传输方式相同，所有的服务化接口就可以在同一总线（如下图中的黑线）上进行传输，这种通信方式可以理解为总线通信方式。

所谓的“总线”在实际部署中是一台或几台路由器。与目前的4G网络中DRA不同的是， DRA本身是感知3GPP层协议的，如基于用户的号段、签约信息等3GPP层消息进行转发，但5G服务化架构中的控制面“总线”只进行基于路由器3/4层协议的转发，而不会感知高层的协议。

图3 服务化接口间通信

在5GC中，协议提供了两种形式的参考点：一种是基于服务化接口的参考点，例如控制面NF之间的交互关系；一种是基于传统点对点通信的参考点，例如NF与无线以及外部数据网络连接时的交互关系。

为了帮助大家按照传统去理解5GC各个NF之间以及对外交互的关系，3GPP协议中也提供了传统拓扑结构的架构图。控制面体现基于服务化接口的参考点，如N11、N12等红色部分。控制面和UPF、5GC和无线侧以及外部网络连接时，仍然是基于传统的点对点通信参考点，如N1、N2等蓝色所示部分。

图4 5GC系统参考点架构图

 

不难看出，5G核心网的移动性管理、会话管理以及数据传输的核心功能都在，只是做了功能解耦，为了让5GC网络更加灵活、开放以及易扩展，从而应对5G灵活的业务场景。

• 网络服务自发现，通过NRF自动发现网络服务，利于自动化部署，实现敏捷网络；

NF的拆分

3GPP为了细化管理，每个网络功能NF在控制平面上又可以提供不同的服务（Netwok Function Service） 后面简称NFS。通过串联不同NFS，最终实现注册、会话管理、移动性管理、鉴权及密钥协商等端到端的移动网络信令流程。

然而每个NFS都有独立自治的特点。以AMF为例，它又包含4个NFS（通信服务、被叫服务、事件开放、位置服务），最终实现接入控制等功能。

图5 NF服务拆分

NFS的自动化管理

每个NF都会有各自的NFS，目前可能是几十个，后面可能会更多。那么多NFS的维护对于维护人员无异于一场灾难。因此3GPP定义了一个仓库管理员NRF（网络功能仓储）来负责所有NFS的自动化管理，包括注册、发现、状态检测。NF上电后会主动向NRF上报自身的NFS的信息，并通过NRF来找到对应的对端NFS。

下图我们以新建一个PDU会话为例，介绍一下NRF如何串联不同NFS来支撑一个业务场景。

首先， AMF、SMF上电后，会主动向NRF请求注册，NRF保存AMF、SMF的信息并标记其为可用。当AMF、SMF提供的服务发生变化或不再提供服务时，向NRF请求更新或注销。

图6 NF/Service注册/更新

当AMF-1收到UE发送的会话建立请求后，向NRF请求发现SMF。NRF查询本地维护的NF信息选择可用的SMF-1，并将SMF-1信息发送给AMF-1。AMF-1获取到SMF-1信息后，通过服务化接口调用相应服务实现会话建立。

图7 NF/Service发现

网络通信路径优化

我们传统网元之间有着固定的通信链路。但是由于SBA架构的引入，各个NFS之间可以根据需求任意通信。以用户位置信息策略为例，PCF提前订阅了用户的位置变更事件，当AMF中的NFS检测到了位置变更时，发布相应的事件，PCF就可以及时接收到该事件。减少了传统网络的中间环节，优化了通信路径。

图8 4G VS 5G网络通信路径优化