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5G关键网介绍
再见MME…5G关键网你彻底变了
想必你已听说，由中国移动牵头提出SBA构架已被3GPP确认为5G关键网基础构架，实在令人欣喜自豪。
不过，相对于传统关键网，这一构架变动之大，不禁让人感叹技术创新步伐之快，有点猝不及防之感。
5G关键网构架主要包含三大关键技术：SBA、CUPS和网络切片，在小编看来，这是最终实现化整为零、由硬变软彻底演进。

什么是SBA？
SBA（Service Based Architecture），即基于服务架构。它基于云原生构架设计，借鉴了IT领域“微服务”理念。
众所周知，传统网元是一个紧耦合黑盒设计，NFV（网络功效虚拟化）从黑盒设备中解耦出网络功效软件，但解耦后软件依然是“大块头”单体式构架，需深入分解为细粒度化模块化组件，并经过开放API接口来实现集成，以提升应用开发整体灵敏性和弹性。
为此，业界提出了基于Cloud Native设计标准。
Cloud Native使命是改变世界怎样构建软件，其主要由微服务架构、DevOps和以容器为代表灵敏基础架构几部分组成，目标是实现交付弹性、可重复性和可靠性。

微服务就是指将Monolithic（这个词太难传神翻译了，本文翻译成单体式应用程序）拆分为多个粒度更小微服务，微服务之间经过API交互，且每个微服务独立于其余服务进行布署、升级、扩展，可在不影响客户使用情况下频繁更新正在使用应用。

正是基于这么设计理念，传统网元先是转换为网络功效（NF），然后NF再被分解为多个“网络功效服务”。

SBA=网络功效服务+基于服务接口。网络功效可由多个模块化“网络功效服务”组成，并经过“基于服务接口”来展现其功效，所以“网络功效服务”能够被授权NF灵活使用。
其中，NRF（NF Repository Function，NF贮存功效）支持网络功效服务注册登记、状态监测等，实现网络功效服务自动化管理、选择和可扩展。

CUPS
CUPS（Control and User Plane Separation），即控制与用户面分离。目标是让网络用户面功效摆脱“中心化”囚禁，使其既可灵活布署于关键网（中心数据中心），也可布署于接入网（边缘数据中心），最终实现可分布式布署。
实际上，关键网一直沿着控制面和用户面分离方向演进。比如，从R7开始，经过Direct Tunnel技术将控制面和用户面分离，在3G RNC和GGSN之间建立了直连用户面隧道，用户面数据流量直接绕过SGSN在RNC和GGSN之间传输。到了 R8，出现了MME这么纯信令节点。
PS：移动性管理实体（MME）:MME主要功效是支持NAS（非接入层）信令及其安全、跟踪区域（TA）列表管理、P-GW和S-GW选择、跨MME切换时进行MME选择、在向2G/3G接入系统切换过程中进行SGSN选择、用户鉴权、漫游控制以及承载管理、3GPP不一样接入网络关键网络节点之间移动性管理（终止于S3节点），以及UE在ECM_IDLE状态下可达性管理（包含寻呼重发控制和执行）。

只是到了4.5G和5G时代，这一分离趋势愈加彻底，也愈加必要。
其中一大原因就是，为了满足5G网络毫秒级时延KPI。

光纤传输速度为200km/ms，数据要在相距几百公里以上终端和关键网之间往返传送，显然是无法满足5G毫秒级时延。物理距离受限，这是硬伤。
所以，需将内容下沉和分布式布署于接入网侧（边缘数据中心），使之更靠近用户，降低时延和网络回传负荷。
网络切片
5G服务是多样化，包含车联网、大规模物联网、工业自动化、远程医疗、VR/AR等等。
这些服务对网络要求是不一样，比如工业自动化要求低时延、高可靠但对数据速率要求不高；高清视频无需超低时延但要求超高速率；一些大规模物联网不需要切换，部分移动性管理对之而言是信令浪费等等，为此5G要像一把瑞士军刀一样，多功效满足差异化网络服务。
于是，我们就要把网络切成多个虚拟且相互隔离子网络，分别应对不一样服务。
当然，这么灵活切片工作岂是传统大块头黑盒设备能担当，自然要虚拟化、软件化，再将网络功效深入细粒度模块化，才能实现灵活组装业务应用。
所以，3GPP就确认了由中国移动牵头26家企业提出SBA构架为5G关键网基础构架。
5G系统构架
构架以下：

•Authentication Server Function (AUSF)
•Core Access and Mobility Management Function (AMF)
•Data network (DN), 比如运行商服务、互联网接入和三方服务
•Structured Data Storage network function (SDSF)
•Unstructured Data Storage network function (UDSF)
•Network Exposure Function (NEF)
•NF Repository Function (NRF)
•Policy Control function (PCF)
•Session Management Function (SMF)
•Unified Data Management (UDM)
•User plane Function (UPF)
•Application Function (AF)
•User Equipment (UE)
•(Radio) Access Network ((R)AN)
这个5G关键网基础构架正是基于云原生微服务构架设计标准，以模块化、软件化构建方式来构架5G关键网，以高效执行不一样服务类型网络切片。我们看到上图中网络节点名称后面都带有Function（功效），这些功效是基于软件化，方便动态灵活调整网络。
遵照控制面和用户面分离标准，在此简单介绍一下：
控制面
控制面被分为AMF和SMF：单一AMF负责终端移动性和接入管理；SMF负责对话管理功效，能够配置多个。
基于灵活微服务构架AMF和SMF对应不一样网络切片...

AMF和SMF是控制面两个主要节点，配合它俩还有UDM、AUSF、PCF，以执行用户数据管理、鉴权、策略控制等。另外还有NEF和NRF这两个平台支持功效节点，用于帮助expose和publish网络数据，以及帮助其余节点发觉网络服务。
用户面
5G关键网用户面由UPF（用户面功效）节点掌控大局，UPF也代替了原来4G中执行路由和转发功效SGW和PGW。
比较一下2/3/4G关键网构架...

到了4G时代，关键网构架再次发生了改变，这一次引入了移动管理实体（MME）和分组数据网关（PGW）等网元。

▲通用LTE网络构架
4G关键网中MME、SGW和PGW消失了。4G中MME功效被分解到AMF（接入和移动管理功效）和SMF（会话管理功效）中，SGW和PGW被UPF代替。

网络注册流程也变成了这么…

从2G时代MSC/HLR到软交换，再到4G时代引入MME和GW，总得来说，关键网一直沿着分离和软件化方向演进。
这一次愈加彻底。传统“黑盒”硬件被解耦，网络功效软件深入分解为微服务，以灵活构建网络功效，网络功效运行于通用COTS服务器或迁移至云，实现灵活网络切片。总来说，是一次化整为零、由硬变软彻底演进。
传统关键网网元物理形式从此在我们眼前消失了？

▲2/3时代关键网机房
2G时代，我们一走进交换机房，能够清楚分辨出哪些设备是MSC或HLR，不过到了5G时代，它们虚拟化存在于通用物理/虚拟资源之中，我们或许极难经过物理特征来分辨。
不过，不论怎么演进，关键网三大功效：服务管理、会话管理和移动管理一直存在。躯壳不存，灵魂犹在。
赶快学学写代码吧！