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引言

5G核心网架构及关键技术概述

相比于传统4G EPC核心网，5G核心网采用原生适配云平台的设计思路、基

于服务的架构和功能设计提供更泛在的接入，更灵活的控制和转发以及更友好的

能力开放。

5G通过架构和功能重构，实现软件定义的网络功能和网络连接，4G的“网

元”重构为5G的“网络功能”，这些网络功能相互之间解耦，具备独立升级、

独立弹性的能力，具备标准接口与其他网络功能服务互通，并且可通过编排工具

根据不同的需求进行编排和实例化部署。

而5G的关键技术网络切片和边缘计算则提供了可定制的网络功能和转发拓

扑。更有意义的是，5G网络能力不再局限于运营商的“封闭花园”，而是可以

通过友好的用户接口提供给第三方，助力业务体验提升，加速响应业务模式创新

需求。

本篇主要从5G系统架构开始，并展开介绍了5G主要业务流程，关键技术（服

务化架构，网络切片，多接入边缘计算）和4G向5G演进的部署选项和部署路线。

第一章 5G核心网架构和网元介绍

5G系统架构概述

5G系统架构被定义为给数据连接和服务使能提供支持，使之能应用诸如NFV

和SDN等技术，控制面网络功能之间基于服务化接口进行交互。

5G系统架构的关键原则和概念包括：

>>用户面（UP，User Plane）功能与控制面（CP，Control Plane）功能分

离。

>>支持网络切片的模块化功能设计。

>>在适用的情况下，将程序（即网络功能之间的交互集）定义为服务，以便

可以重复使用。

>>使每个网络功能（NF，Network Function）可以按需直接与其他网络功能

交互。

>>最小化接入网络（AN，Access Network）和核心网（CN，Core Network）

之间的依赖关系。

>>支持统一的鉴权框架。

>>支持“计算”资源与“存储”资源解耦的“无状态”NF。

>>支持能力开放。

>>支持并发访问本地服务和远端集中服务，可以在接入网络附近就近部署用

户面功能。

>>支持归属地路由（HR，Home Routed）和本地路由（LBO，Local Breakout）

两种方式的漫游。

5G系统架构-服务化架构视图（非漫游场景）

2017年5月，在3GPPSA2的第121次会上，确定了服务化架构（SBA）作为

5G的基础架构。

5G系统架构-参考点视图（非漫游场景）

参考点视图方式主要用于表现网络功能之间的互动关系，在说明业务流程时

更直观。

5G主要网元-接入管理功能AMF

接入管理功能AMF（Access and Mobility Management Function）具有以

下功能：

>>RAN-CN控制面N2接口信令终止点。

>>UE-CNN1接口的NAS信令终结点，NAS信令加密和完整性保护。

>>接入鉴权。

>>接入授权。

>>注册管理。

>>连接管理。

>>可达性管理。

>>移动性管理。

>>合法监听（提供LI系统的接口监听AMF事件）。

>>传输UE和SMF之间的SM消息。

>>路由SM消息的透明代理。

>>传输UE和SMSF之间的SMS消息。

>>TS33.501[29]中规定的安全锚定功能（SEAF）。

>>位置服务管理。

>>传输UE和LMF之间及RAN和LMF之间的位置服务消息。

>>分配与EPS互通的EPS承载ID。

>>UE移动性事件通知。

5G主要网元-会话管理功能SMF

会话管理功能SMF（Session Management Function）具有以下功能：

>>会话管理：包括会话的建立，修改和释放。

>>UEIP地址分配和管理。

>>DHCPv4（服务器和客户端）和DHCPv6（服务器和客户端）功能。

>>选择和控制UPF。

>>在UPF配置流量导向，将流量路由到正确的目的地。

>>与策略控制功能（PCF）间接口的信令终结点。

>>NAS信令的SM部分的终结点。

>>下行数据通知。

>>合法监听（提供LI系统的接口监听SM事件）。

>>计费数据收集和支持计费接口。

>>控制和协调UPF的收费数据收集。

>>特定SM信息的发起者，经AMF通过N2接口发送到AN。

>>决定会话和服务连续性模式（SSCMode）。

>>支持漫游相关功能：

>>IETF RFC 1027 [53]中定义的的ARP proxying 及IETF RFC4861 [54]中

定义的IPv6 Neighbour Solicitation Proxying功能

5G主要网元-策略控制功能PCF

策略控制功能PCF（Policy Control Function）具有以下功能：

>>支持统一的策略框架来管理网络行为。

>>为控制平面（CP）功能提供策略规则以便执行。

>>访问统一数据存储（UDR）中与策略决策相关的签约信息。

5G主要网元-网络存储功能NRF

网络存储功能（Network Repository Function）具有以下功能：

>>支持服务发现功能。从NF实例接收NF发现请求，并将发现的NF实例信

息提供给其他NF实例。

>>维护可用NF实例及其支持服务的NFProfile。

在NRF中维护的NF实例的NF Profile包括以下信息：

√NF实例ID。

√NF类型。

√PLMN ID。

√网络切片相关标识符，例如，S-NSSAI，NSI ID。

√NF的FQDN或IP地址。

√NF容量信息。

√NF特定服务授权信息。

√支持的服务的名称（适用时）。

√每个支持的服务的实例的终止点地址。

√存储的数据/信息的识别信息。

5G主要网元-统一数据管理UDM和认证服务器功能AUSF

>>统一数据管理UDM一般会与认证服务器功能AUSF（Authentication

Server Function）合设

>>生成3GPPAKA身份验证凭据。

>>用户识别信息处理（例如5G系统中每个用户的SUPI的存储和管理）。

>>支持对隐私保护订阅标识（SUCI）的解密。

>>基于签约数据的接入授权（例如漫游限制）。

>>UE的服务NF注册管理（例如，为UE存储服务AMF信息，为UE的PDU会

话存储服务SMF信息）。

>>为服务/会话的连续性提供支持，例如为正在进行的会话保持指派的

SMF/DNN。

>>MT-SMS投递支持。

>>合法接听功能（特别是在国际漫游情况下，UDM是LI的唯一连接点）。

>>签约管理。

>>SMS管理。

>>实现3GPP和非3GPP的接入认证。

5G主要网元-统一数据存储UDR

统一数据存储UDR（Unified Data Repository）具有以下功能：

>>支持由UDM存储和检索签约数据。

>>支持由PCF存储和检索策略数据。

>>为能力开放存储和检索结构化数据。

>>为NEF存储多UE的AF请求信息和用于应用检测的应用数据（例如数据流

描述（PFD））。

5G主要网元-网络切片选择功能NSSF

网络切片选择功能NSSF（Network Slice Selection Function）具有以下

功能：

>>选择为UE服务的网络切片实例组。

>>确定允许的NSSAI，必要时，同时确定允许的到签约的S-NSSAI的映射。

>>确定已配置的NSSAI，必要时，确定到已订阅的S-NSSAI的映射。

>>确定可用于服务UE的AMF组，或者通过查询NRF来确定候选AMF的列表。

5G主要网元-网络开放功能NEF

网络开放功能NEF（Network Exposure Function）具有以下功能：

>>能力和事件的开放。

>>为外部应用程序给3GPP网络提供信息进行安全保障。

>>内部-外部信息的翻译。

>>从网络功能接收信息，存储到UDR，可以由NEF访问并“重新开放”给其

他NF和AF以用于其他目的。

>>支持PFD功能。NEF中的PFD功能可以在UDR中存储和检索PFD并提供给

SMF，且支持TS23.503[45]中描述的Pull模式（应SMF请求提供）和Push模式

（应NEFPFD管理请求提供）。

5G主要网元-用户面功能UPF

用户面功能UPF（User Plane Function）具有以下功能：

>>RAT内或跨RAT场景下移动性锚点。

>>与数据网络互连的PDU会话点。

>>数据包路由和转发。

>>数据包检测（DPI）。

>>用户面部分的策略实施，例如门控，重定向，流量导向。

>>合法监听（用户面数据收集）。

>>流量使用报告。

>>用户面QoS处理，例如UL/DL速率控制。

>>上行流量验证（SDF到QoSFlow的映射）。

>>上行链路和下行链路中的传输级数据包标记。

>>下行数据包缓冲和下行数据通知触发。

>>将一个或多个“结束标记”发送/转发到源NG-RAN节点。

>>IETFRFC1027[53]中定义的的ARPproxying及IETFRFC4861[54]中定义的

IPv6 Neighbour Solicitation Proxying功能。

第二章 5G业务管理和业务流程

5G用户标识`

5G核心网移动性管理（1）

5G移动性管理与3/4G下的移动性管理相比有很大的改变，为了满足RAN-CN

功能解耦、垂直行业应用、大数据、能力开放等需求，5G移动性管理提出了灵

活化、智能化的移动性管理能力，重点包含轻连接、区域监测和限制、以及用户

行为特征三大方面

5G核心网移动性管理（2）

■5G核心网通过切换限制列表向无线接入网提供移动性限制信息，移动性

限制信息包括：RAT限制、禁止区域和限制服务区域：

>>RAT限制：定义了UE不允许接入的3GPP接入类型。在受限RAT中，UE

基于签约不允许发起任何与网络间的通信。

>>禁止区域：在指定接入类型的禁止区域，UE基于签约不允许发起任何与

网络间的通信

>>限制服务区域

-许可区域：在指定接入类型的许可区域，UE基于签约可以发起与网络间的

通信

-非许可区域：在指定接入类型的非许可区域。无论是处于空闲态或连接态

的UE，都不允许发起UE触发的业务请求（Service Request）或会话管理信令

来获得UE发起的用户业务。UE可以执行周期性和移动性注册更新，如果UE没

有注册，可以完成附着。非许可区域内的UE应通过业务请求（Service Request）

响应核心网的寻呼（Paging）消息

■服务区域限制可能包括一个或多个完整的跟踪区域。用户签约数据可以以

跟踪区域标识来显式的标记许可区域或非许可区域。许可区域也可以限制在最大

许可的跟踪区数量，也可以配置为无限许可区域

■UDM负责保存业务区域限制信息，PCF可以通过调整跟踪区域数量随时配

置区域限制策略。AMF将实时通知处于连接态的UE和RAN区域变更信息，对空

闲态的UE，AMF可以通过寻呼（Paging）或暂存的方式，完成区域变更。当发生

AMF变更时，老的AMF将UE的服务区域限制告知新AMF

5G核心网会话管理（1）—总体描述

■经由3GPP或者非3GPP接入网，UE可与同一或不同数据网络同时建立多

个PDU会话。UE与同一个数据网络建立多个PDU会话，可以由不同的UPF（终结

N6接口）提供服务。建立了多个PDU会话的UE可以与多个SMF建立服务关系。

■属于同一UE的不同PDU会话的用户面路径（AN到数据网络终接的UPF）

可以是完全不相交的，即归不同的SMF管理并经过不同的UPF

■5G核心网支持UE和数据网络间的PDU（Packet Data Unit）连接业务。

PDU连接业务通过PDU会话的形式来体现，PDU会话应UE请求而建立

■每个PDU会话支持单一的PDU会话类型，目前定义的PDU会话类型包括：

IPv4，IPv6，以太网（Ethernet）和Unstructured（UE和数据网之间交互的类

型对5G网络透明）

■PDU会话通过N1接口（UE和SMF间）的NASSM信令实现建立、修改和释

放的操作

■SMF负责检查UE的请求是否与用户签约一致，因此SMF需要从UDM获取

SMF方面的签约数据，主要包括：准许的PDU会话类型、准许的SSC模式等

■建立PDU会话时，UE应提供PDU会话标识，以及PDU会话类型、切片信

息和数据网络名和SSC模式

5G核心网会话管理（2）—支持多会话方案

5G多PDU会话功能

为了支持流量导向和业务连续性，SMF需控制PDU会话的数据路径，使得PDU

会话可以与一个或多个N6接口关联，每个中介N6接口的UPF应支持PDU会话锚

点功能。支持PDU会话的每一个PDU会话锚点为同一数据网络提供不同的接入。

■方案一：插入上行分类功能

针对IPv4、IPv6和以太网的PDU会话，SMF可以决定给会话的数据路径插

入上行分类标记（ULCL），按SMF提供的流量模板匹配业务留的UPF支持ULCL

功能。ULCL提供到不同PDU锚点的业务流前转和下行数据流汇聚功能

ULCL功能插入在网络侧UPF上，UE无感知

■方案二：Multi-home功能

PDU会话可以与多个IPv6前缀关联，即multi-homedPDU会话。PDU会话将

提供多个IPv6PDU锚点来接入数据网络。不同用户平面路径的IP锚点引出特定

的支持“Branching点”的UPF功能。“Branching点”提供到不同IP锚点的上

行流量，汇聚到UE的下行流量

UE来决定不同应用数据包与不同IPv6地址的绑定关系

5G核心网会话管理（3）—SSC模式选择

业务连续性（SSC）种类

>>SSC模式1：Session对应的UPF始终不变

>>SSC模式2：UPF服务一定的区域，当终端离开该区域后，使用新的UPF

先释放掉原有Session在选择新的UPF进行重建Session

>>SSC模式3：允许为同一DN选择新的UPF，可以同时有两个激活的连接，

能够保持业务的连续性

先建立新的Session，然后将Session迁移到新Session的UPF上

5GQoS机制

■5G系统中采用QoSFlowID（QFI）来标识QoS流。一个PDU会话中QFI保

持唯一，具有相同QFI的用户面业务流获得相同的转发处理方式。QFI封装在N3

接口报头内，可以被用于不同类型的净荷，如IP数据包、非IP数据包和以太网

帧

■每一个QoS流（GBRand非GBR）包含下列QoS参数

>>5G QoS Indicator （5QI）

>>Allocation and Retention Priority （ARP）

>>Guaranteed Flow Bit Rate （GFBR）——上行和下行

>>Maximum Flow Bit Rate （MFBR） ——上行和下行

>>Notification control

5G QoS参数分为A-Type和B-Type两种

>>对A-type QoS流，所有的需要的QoS文档（即QoS参数）或者在PDU会

话建立时，或者在PDU会话的用户面激活时，通过N2接口发送到RAN，无需额

外的QoS信令

>>对B-type QoS流，所有需要的QoS文档（即QoS属性和QoS参数）通过

N2、N7和N11接口发送到RAN。B-type QoS流可以在PDU会话中通过信令动态

的增加和移除

5G策略控制

√5G PCC架构在引入PFDF网元进行业务识别规则和路由路径的统一管理，

并向第三方开放识别规则信息的添加、更新和删除能力以及加密流量识别能力

√引入NWDA模块，专注于大数据分析，提供PCF和NWDA之间的接口进行数

据的上报和策略建议的下发

√5G PCC规则将区分MM和SM类型，并采用两个独立的接口分别与AMF和

SMF进行交互

>>PCF关键能力

>>1）PCF（Policy Control Function）必须支持与AMF、SMF、NEF、AF、

OCS之间的接口

>>2）PCF能够正确接受和处理来自AMF、SMF、NEF、AF、OCS的策略请求

>>3）PCF能够提供应用和业务数据流检测规则、门控、QoS和基于流的计费

规则给SMF

>>4）策略架构能够通过NEF和PFDF管理来自第三方AS的应用和业务数据

流描述模板（PFD）。PFDF能够下发应用和业务数据流描述模板（PFD），准确

识别业务并关联从PCF下发的其它相应的PCC规则

>>5）策略架构支持通过NEF与第三方AS协商background data transfer

策略

>>6）PCF须提供UDR前端设备以提供与策略生成相关的签约信息

>>7）通过N6接口实现向DN侧业务分流

>>8）PCF必须支持与AMF的接口

用户注册流程

基本流程

·1 UE发起注册，类型为初始接入，携带身份标识和切片选择信息，上一

次的TAI，5GC能力等；

·2 无线基站可以选择默认AMF，或者根据RAT+NSSAI选择一个AMF；

·3 AMF基于IMSI信息选择一个AUSF，为用户执行接入认证；

·4 一旦成功认证，AMF向UDM发起位置更新请求，这些信息可以存储在UDR

中；

·5 AMF从UDM获取用户签约策略；

·6 AMF选择PCF，请求接入策略；

·7 如果UE在注册请求中携带会话信息，AMF更新之前SMF的会话信息

·8 AMF向UE发送注册接受消息，携带5G-GUTI，切片标识信息，UE-AMBR。

5G鉴权流程

基本流程

·根据RAND，AUTN，XRES*，和KAUSF生成5GHEAV并发送至AUSF；

·可选择保存XRES*一定时间，可选同时保存KAUSF，

并根据XRES*计算出HXRES*，推导KSEAF，生成5GAV（RAND，AUTN，HXRES*，

andKSEAF）

·将KSEAF从5GAV中删除，并将删除KSEAF后的5GSEAV（RAND，AUTN，

HXRES*）发送回SEAF（即AMF）；

·将在NAS消息中将RAND，AUTN发送给UE；

·根据RES计算RES*并返回至SEAF；

·基于UE返回的RES*计算HRES*，并与AUSF提供的HXRES*进行比

较，如两者一致，则认证成功；

·将RES*与从UE接收到的相应SUCI或SUPI一起发送给AUSF；

·可以验证AV是否过期。将收到的RES*与存储的XRES*进行比较。

如果RES*和XRES*相等，则AUSF将从本地网络的角度认为认证成功，并指示SEAF。

接入和移动性管理策略关联建立流程

基本流程

·决定建立AM策略关联

·没有UE的AM策略，AMF请求PCF关于UE的策略，包括SUPI，组

信息，签约通知指示，业务区限制，RFSP索引，GPSI，接入类型，位置信息，

拜访地网络，原先策略信息，等等

·提供给AMFAM策略信息，以及策略触发器参数

·部署AM策略给UE，并且将RFSP索引和业务区限制发给NR

去注册流程—用户发起

基本流程

·发起去注册，去注册类型为关机，携带身份标识和接入类型；

·通知SMF释放PDU会话；

·释放PDU会话，通知UPF，收回会话IP地址；

·向AMF应答，释放用户PDU会话；

·向PCF发送PCC策略终止消息；

·向UDM解约会话管理签约信息，UDM删除SMF标识和IP地址，DNN

和PDU会话ID；

·向PCF发起接入和移动性策略关联终止消息，删除与PCF的用户策

略关联；

·向UE发送去注册接受消息，携带5G-GUTI，切片标识信息，UE-AMBR。

去注册流程—网络发起

基本流程

·发起去注册，去注册类型取消注册，携带身份标识和接入类型；

·将注销请求发送到UE侧，执行注销流程；

·向UDM发去注册应答消息，并向UDM取消该用户的订阅；

·4.（可选）如果被去注册的用户此时具有已建立的PDU会话，则执行UE

启动的注销过程的步骤2～步骤5；

·向PCF发起接入和移动性策略关联终止消息，删除与PCF的用户策

略关联；

·向AMF发送去注册接受消息。

·和AMF之间拆除信令连接。

PDU会话建立流程

基本流程

·请求建立会话，携带切片信息，DNN信息，以及PDUsessionID、相

关数；

·选择SMF，发送会话建立消息；

·到UDM获取用户签约的会话参数信息；

·选择UPF，对PDU会话进行授权和认证；

·5.认证成功，SMF选择PCF，获取PCC 策略；

·选择SSC模式，分配IP地址；

·向PCF更新用户会话策略信息；

·将会话信息和策略信息下发给UPF

·发送会话建立接受给AMF

·通知基站建立无线承载

·11.无线分配承载，并通知SMF相应隧道信息，SMF通知UDF下行隧道信

息

会话管理策略的建立流程

基本流程

·决定PDU会话需要进行PCC授权，与PCF建立SM策略关联，SMF

发送策略控制消息，携带IMSI，PDU会话ID，PDU会话类型，DNN，接入类型，

AMF实例ID，IPv4/Ipv6地址，QoS信息，位置信息，CC等参数

·没有用户签约参数，会向UDR获取用户会话策略信息。PCF也会向

UDR订阅用户会话策略签约改变事件

·3.如果PCF发现用户策略与计费相关，PCF向CHF发送用量使用策略查询

·发送策略授权消息给SMF。之后PCF会向SMF订阅PDU会话相关事

件报告

终端发起的业务请求流程

基本流程

·发起业务请求消息，请求建立到AMF的连接，用于信令发送，数据

发送，或响应寻呼消息；

·和UE之间建立安全上下文，UE的信令受到加密保护

·3.如果UE要发送数据，AMF向SMF发送PDU会话ID，请求SMF返回该会

话的空口参数信息；

·通知无线基站为UE建立相关PDU会话的无线承载；

·5.无线基站与终端建立好PDU会话的无线承载

网络触发的业务请求

基本流程

·收到下行数据，发现没有到基站的隧道信息，缓存数据，发送DDN

给SMF；

·向AMF发送N11消息，携带用户身份，PDU会话ID，以及寻呼策略

信息；

·3.如果用户可以寻呼，AMF发送寻呼消息；

·4.无线基站按照AMF携带的寻呼策略，寻呼UE；

·5.在空闲态的UE收到寻呼，将发起业务请求过程。

第三章 5G核心网关键技术

5G核心网关键技术-服务化架构

2017年5月，在3GPP SA2的第121次会上，确定了服务化架构（SBA）作

为5G的基础架构。

服务化架构是云化架构的进一步演进，对应用层逻辑网元和架构进一步优化，

把各网元的能力通过“服务”进行定义，并通过API形式供其它网元进行调用，

进一步适配底层基于NFV和SDN等技术的原生云基础设施平台。

5G网络功能服务管理

服务化架构的重要功能在于每个网元在控制平面上提供不同的“服务”，通

过串联不同网元提供的“服务”，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。每个网元都可以在作为服务请求者的

同时为其它NF提供服务。

网络功能间的基本通信框架

在5G的服务化网络架构中，控制面功能被分解成多个独立的NF，NF间在业

务功能上解耦，对外呈现单一的服务化接口。

NF的注册、发现、授权、更新、监控等由网络存储功能（NRF）负责，NF

相互独立，在新增或升级某一个NF的过程中其余的NF不受影响，只需要NRF

针对单个NF进行相应的更新即可。

相比现有的紧耦合网络控制功能，服务化的控制面架构通过NF的灵活编排

大大简化了新业务的拓展及上线流程，通过服务的注册、发现和调用构建NF间

的基本通信框架，为5G核心网新功能部署提供了即插即用式的便捷方式。

服务化架构下基本通信流程

服务化架构实现高效网络运营

独立扩缩容

各网络功能以更细粒度独立扩缩容，不影响其他网络功能

独立生命周期

各网络功能独立部署，独立升级，独立演进，独立发布

服务化接口协议栈

服务化结构提供了基于服务化的调用接口，3GPP 在Release 15选定的SBA

接口协议栈为：TCP+HTTP 2.0+ Restful+JSON+ OpenAPI 3.0。

SBA接口基于 TCP/HTTP 2.0 进行通讯，使用 JSON 作为应用层通信协议的

封装。基于 TCP/HTTP 2.0/JSON 的调用方式，使用轻量化 IT 技术框架，可以

适应 5G 网络灵活组网、快速开发、动态部署的需求。

新协议栈的优点包括：

1.采用最新的、且在IT/互联网技术中广泛使用的协议；

2.面向未来、实现快速部署；

3.支持连续的集成和发布新的网络功能和服务；

4.新型RESTAPI接口便于运营商或第三方调用服务。

SBA的协议将持续优化，如HTTP2.0承载于IETFQUIC/UDP、采用二进制编码

方法（如CBOR）等是后续演进的可能的技术方向。

5G核心网关键技术-网络切片

网络切片（Network Slicing）是指运营商在一个硬件基础设施之上切分出

多个端到端的逻辑网络，每个网络都包含逻辑上隔离的接入网，传输网和核心网，

每个逻辑网络可以对应不同的服务需求，比如时延、带宽、安全性和可靠性等，

以灵活地应对不同的网络应用场景，适配各种类型服务的不同特征需求。

网络切片不是一个单独的技术，它是基于云计算、虚拟化、软件定义网络、

服务化架构等几大技术群而实现的。

网络切片在5G中的关键作用

5G的新用例和服务将在功能方面对网络提出不同的要求，并且它们的性能

要求会有很大差异，因此网络切片有望在5G网络中发挥关键作用，因为无需构

建多张5G网络就能满足这些多样化的需求。

网络切片（Slicing）定义

网络切片是基于服务特定商业目的或用户的逻辑网络。每个切片包含了所有

的网络资源。由切片管理功能负责其生成、变化及删除。

切片是端到端网络，包括RAN，传输网和核心网，需要跨域的切片管理系统

切片需要实现资源隔离，安全隔离和OAM隔离，不同域可以采用不同的技术，

如CN采用虚拟化技术

网络切片管理架构

网络切片管理架构自上而下包含三层，分别为通信服务管理功能（CSMF）、

网络切片管理功能（NSMF）、网络切片子网管理功能（NSSMF）。

自动化的切片编排部署流程

在自动化的切片编排部署流程中，CSMF面向垂直行业，通过用户订购的通

信服务内容，完成用户需求到SLA的转化，NSMF进行跨域管理，将SLA解析为

无线，传输，核心网三个子切片的具体需求，NSSMF负责根据各自子切片的需求

进行资源申请，并对子切片进行生命周期管理，最终由MANO在NFVI上完成各子

切片以及其所需要的计算、网络、存储资源部署。其流程可以表示为下图：

核心网子切片典型组网

就核心网子切片来说，切片典型组网是NSSF和NRF作为5G核心网公共服务，

以PLMN为单位部署；AMF、PCF、UDM等NF可以共享为多个切片提供服务；SMF、

UPF等可以基于切片对时延、带宽、安全等的不同需求，为每个切片单独部署不

同的NF。

5GC网络切片共享类型

网络切片实例的生命周期管理

网络切片实例的管理方面可以通过四个阶段来描述：

1）准备：准备阶段包括网络切片模板设计、网络切片容量规划、on-boarding

和评估网络切片需求、准备网络环境和在创建网络切片实例之前需要做的其他必

要准备。

2）调试：调试阶段的配置包括创建网络切片实例。网络切片实例的创建可

以包括网络切片实例组件的创建和/或修改。

3）运维：包括激活、监控、性能报告（例如KPI监视）、资源容量规划、

修改和网络切片实例的去激活。在运维阶段中的服务供给涉及网络切片实例的激

活、修改和去激活。

4）退网：退网阶段的网络切片实例配置包括：如果需要，取消非共享组件，

并从共享组件中移除网络切片实例的特定配置。在退网阶段之后，网络切片实例

终止并且不再存在。

网络切片的价值

通过5G切片可以为终端用户、租户和运营商带来以下价值：

>>终端用户：通过端到端切片网络的端管云协同提供的可保证的SLA，终端

用户获得最佳的业务体验。

>>租户：通过资源共享为基础可以降低网络使用成本，通过隔离技术和按需

部署可以实现端到端可保障的网络SLA，通过按需功能定制可以快速业务需求和

业务的升级、演进，通过切片网络提供的开放能力实现简单的运维和网络能力的

使用。

>>运营商：最大化网络基础设施的价值，使能和开拓庞大的垂直行业用户群；

通过资源共享、动态部署实现高效、快速建网，同时，业务上线和业务创新更加

快捷，将促进新的产业生态环境的形成

网络切片的应用场景

虚拟现实VR：作为公认的5G未来杀手级应用之一，VR在近几年一直是业界

的热点话题。VR的异地交互需要数据连接具备低延时、高吞吐量两大特性。通

过5G网络切片，可以实现超低时延的VR4K直播，还可以实现VR直播互动的在

线购买等功能。

增强现实AR：当前主流的AR游戏包括基于实时地图定位以及AR的多样化

场景，融合现实与游戏场景，为人们带来极致的沉浸式业务体验。网络时延以及

带宽成为流畅游戏的决定性因素，需要端到端的服务质量保障。网络切片是5G

业务的关键使能技术，并带来切片即服务的创新理念，通过网络切片和手机终端

切片资源，可以保障AR游戏流畅所需的低时延、高带宽。

自动驾驶汽车：依赖于V2X通信，这需要低延迟但不一定需要高吞吐量。在

汽车行驶时观看的媒体服务需要高吞吐量并且容易受到延迟的影响。两者都可以

通过虚拟网络切片上的相同公共物理网络传送，以优化物理网络的使用。

无人机：5G无人机控制网络切片，在网络边缘采取了AI技术，使得位于切

片中的所有无人机都相互独立、安全，具备及时响应不断变化的环境的能力。无

人机所需的连接密度很低，但要求网络具备广域覆盖和低时延。

网络切片的应用场景

智能电网：用5G网络切片来承载电网业务是一种新的尝试，将运营商的网

络资源以相互隔离的逻辑网络切片，按需提供给电网公司使用，可以应用在智能

电网用电信息采集、分布式电源、电动汽车充电桩控制、精准负荷控制等关键业

务中，满足电网不同业务对通信网络能力的差异化需求。同时兼顾高性能、高可

靠、隔离和低成本，成为智能配电网的有效解决方案。

从虚拟现实、增强现实、4K/8K超高清视频，到自动驾驶、车联网、远程医

疗、智能交通及无人机，再到物流仓储，工业自动化，作为信息化的基础设置，

5G将提供适配不同领域需求的网络连接特性，推动各行业的能力提升及转型。

5G核心网关键技术-多接入边缘计算

多接入边缘计算（Multi-access Edge Computing，MEC）作为云计算的演进，

将应用程序托管从集中式数据中心下沉到网络边缘，更接近消费者和应用程序生

成的数据。

MEC是实现5G低延迟和带宽效率等的关键技术之一，同时MEC为应用程序

和服务打开了网络边缘，包括来自第三方的应用程序和服务，使得通信网络可以

转变成为其它行业和特定客户群的多功能服务平台。

5G系统对MEC的支持

3GPP的5G标准中，有一组新功能可作为边缘计算的使能者。这些新功能对

于5G网络中的MEC部署至关重要，包括：

>>支持本地路由和流量导向：5G核心网络提供了将特定的流量指向本地数

据网络（LADN）中的应用程序的方法，包括PDU会话可以具有朝向数据网络的多

个N6接口和UPF支持PDU会话锚定功能。

>>支持应用功能（AF）直接通过策略控制功能（PCF）或间接通过网络开放

功能（NEF）影响业务对UDF的选择（或重选）和话务导向的能力，具体取决于

运营商的策略。

>>支持针对不同UE和应用移动性场景的会话和服务连续性（SSC）模式。

>>支持在部署应用的特定区域中连接到LADN（Local Area Data Network，

本地数据网络），对LADN的访问仅在特定的LADN服务区域中可用，该服务区域

被定义为UE的服务PLMN中的一组跟踪区。

MEC在5G网络中的部署

MEC平台作为AF，可以与NEF交互，或者在某些场景下直接与目标NF交互。

NEF一般和其他核心网NF集中部署，但也可以在边缘部署NEF的实例以支持来

自MEC主机的低延迟、高吞吐量服务访问。

MEC参考架构

MEC主机由MEC平台、MEC应用和虚拟化基础设施组成。

虚拟化基础设施可以为MEC应用提供计算、存储和网络资源，并且可以为

MEC应用提供持续的存储和时间相关的信息，它包含一个数据转发平面来为从

MEC平台接收到的数据执行转发规则，并在各种应用、服务和网络之间进行流量

的路由。

MEC平台从MEC平台管理器、MEC应用或MEC服务处接收流量转发规则，并

且基于转发规则向转发平面下发指令。另外，MEC平台还支持本地域名系统

（domain name system，DNS）代理服务器的配置，可以将数据流量重定向到对

应的应用和服务。MEC平台还可以通过Mp3参考点与其他的MEC平台进行通信，

在分布式MEC系统的协作机制中，Mp3参考点可以作为不同MEC平台互联的基础。

MEC主机可行的物理部署选项

MEC的应用场景（1）

MEC的主要应用可分为四类：网络能力开放、本地内容缓存、本地内容转发

和基于无线感知的业务优化处理。

适用的场景主要是数据量大、时延敏感、实时性要求高的场景，例如车联万

物（V2X）、AR、移动内容分发网络（mCDN）、企业、IoT等。

MEC的应用将伸展至交通运输系统、智能驾驶、实时触觉控制、增强现实等

领域，MEC平台的广泛部署将为运营商、设备商、OTT和第三方公司带来新的运

营模式。

MEC的应用场景（2）

本地内容缓存类应用

MEC服务器与业务系统对接，获取业务中的热点内容，包括视频、图片、文

档等并予以本地缓存。在业务进行过程中，MEC服务器对基站侧数据进行实时的

深度包解析，如果终端申请的业务内容已在本地缓存中，则直接将缓存内容定向

推送给终端。

增强现实AR是一种利用计算机产生的附加信息对使用者所看到的真实世界

景象进行增强或扩展的技术。AR系统使用了不同研究领域的多种技术，包括虚

拟现实技术、计算机视觉技术、人工智能技术、可佩戴移动计算机技术、人机交

互技术、生物工程学技术等。针对AR技术，MEC解决方案的技术手段主要有Cache

（AR内容）、视频分析等。MEC服务器缓存需要推送的AR音视频内容，基于定

位技术和地理位置信息一一对应。根据终端发起的应用请求，MEC服务器通过深

度包解析判断应用内容，结合位置信息确定推送AR内容并发送给用户。MEC解

决方案一方面通过内容本地化降低了内容时延，提升用户体验；另一方面基于位

置，大大增强了AR的应用效果和价值。

MEC的应用场景（3）

业务处理与优化类应用

业务优化通过靠近无线侧的MEC服务器，可以对无线网络的信息进行实时采

集和分析，基于获得的网络情况对业务进行动态的快速优化，选择合适的业务速

率、内容分发机制、拥塞控制策略等。

业务优化处理的典型应用是视频监控。当前的视频监控所采用的两种典型的

数据处理方式主要有两种。

1.在摄像头处理——缺点：要求每个摄像头都具备视频分析功能，会大大提

高成本。

2.在服务器处理——缺点：需要将大量的视频数据传到服务器，增加核心网

负担且延迟较大。

使用具有较高计算能力的MEC服务器来处理，不仅降低摄像头的成本，而且

也不会对核心网造成负担且延迟较低，监控设备的视频数据可以借助本地分流解

决方案直接传递到数据中心，提升视频监控部署的便利性，监控摄像头获取的视

频可以在本地进行分析，基于实时事件监测来进行更高级的决策判决。连接到网

络的摄像头可以提供更强的灵活性和更低的时延，摄像头的业务保持稳定并私有

化，具有更低的时延并缓解回传压力。

MEC的应用场景（4）

本地分流类应用

用户可以通过MEC平台直接访问本地网络，本地业务数据流无需经过核心网，

直接由MEC平台分流至本地网络。本地业务分流可以降低回传带宽消耗和业务访

问时延，提升业务体验。

在视频直播中，热点区域的视频直播类业务，包括赛车场、球场的多个角度

的视频直播以及热点区域实时路况视频转发，用户可以随意选择观看各个角度的

直播高清视频，此类业务如果采用经过核心网的传统解决方案，可能时延较高，

远不能满足用户实时性需求。热点区域的现场视频业务流不经过核心网，直接由

MEC平台分流至本地网络，用户可以通过MEC平台直接访问本地网络。可以降低

回传带宽消耗和业务访问时延，提升业务体验，有效减轻核心网负担。

本地分流类业务另一个典型应用是企业解决方案。企业用户访问公司内网

（包括内部网站、论坛、FTP业务等），处理内网邮件、内部IM通讯等，免费

访问且业务体验更佳。在企业内部署网络需要与物业所有者之间进行协商。MEC

解决方案把服务器和企业网打通，通过深度包解析识别本地和非本地业务，从而

保持企业业务本地化，本地业务不会传送到核心网也就不会收费，非本地业务转

发至核心网。一方面避免了路由迂回，降低了用户访问时延，缓解网络压力；另

一方面强化了本地内容的安全性，可开展相关增值服务。

MEC的应用场景（5）

网络能力开放类应用

通过MEC平台，移动网络可以面向第三方提供网络资源和能力，将网络监控、

网络基础服务、QoS控制、定位、大数据分析等能力对外开放，充分挖掘网络潜

力，与合作伙伴互惠共赢。

网络能力开放类业务的典型应用是智慧商场。商场的业务主要关注盈利模式，

通过对用户的实时定位，进行室内导航及周边商铺查询，车库辅助智能找车等，

以及与用户位置或消费区域相关的广告、优惠券等信息进行推送，或者基于对用

户的行为数据分析实现精准营销。为了给用户提供更好的服务，MEC服务器可以

位于商场内，离用户较近，便于分析用户位置以及给用户提供本地的个性化服务。

顾客进入商场时，先对用户进行实时定位，使用户了解最新产品信息，商家视频

等。同时，商场可以根据用户的定位信息插入高相关度和本地化广告，提供手机

上免费观看的电影和优惠券。

第四章 5G部署选项和演进路线

演进架构选项

在2016年6月制定的3GPP标准中，共列举了Option1、Option2、Option3

／3a、Option4／4a、Option5、Option6、Option7／7a、Option8／8a等8种5G

架构选项。其中，Option1、Option2、Option5和Option6属于独立组网方式，

其余属于非独立组网方式。

在2017年3月发布的版本中，Option6和Option8被舍弃，保留（并同时

增加了2个子选项3x和7x）Option2、Option3／3a／3x、Option4／4a、Option5、

Option7／7a／7x等5种5G架构选项。独立组网方式还剩下Option2和Option5

两个选项。

演进架构选项-Option1Option2

演进架构选项-Option3

Option3/3a/3x（Non-standalone NR in EPS）：

Option3场景下，升级后的EPC为唯一核心网，LTE作为主站（Master Node）

提供连续覆盖，同时作为控制面锚点，处理和转发与核心网间的控制面消息；NR

作为从站（Secondary Node）在热点区域部署，需要升级EPC核心网以实现增强

的eMBB业务体验。

opiton3、opiton3a和opiton3x的主要区别在于用户面路径不同，用户面

分别经由LTE、EPC、NR进行媒体分流。

演进架构选项-Option7

Option7/7a/7x（Non-standalone NR in NextGen System）：

Option7场景下，新建5GC和NR，LTE基站升级改造为eLTE接入5G核心网。

eLTE作为主站提供连续覆盖，同时作为控制面锚点，处理和转发与核心网间的

控制面消息，NR作为从站在热点区域部署；

opiton7、option7a和option7x的主要区别在于用户面路径不同，用户面

分别经由eLTE、5GC、NR进行分流。

演进架构选项-Option4

Option4/4a（Non-standalone Evolved E-UTRA in NextGen System）：

Option4场景下，5GC为唯一核心网，NR作为主站（Master Node）提供连

续覆盖，同时作为控制面锚点，处理和转发与核心网间的控制面消息；LTE作为

从站（Secondary Node）提供流量补充。

opiton4、opiton4a的主要区别在于用户面路径不同，用户面分别经由NR、

5GC进行媒体分流。

演进架构选项-Option5Option6

SA选项比对和分析

选

Option2

项

Option5

架

构

优能够有效利用现有大规模LTE资

最短；全新的NR和5GC，能够实现全部的5G新特性，能够

势 源

支持5G网络引入的所有相关新功能和新业务

劣

劣势：5G频点相对LTE较高，初期部署难以实现连续覆盖，eLTE涉及现网LTE无线的改造量

一步到位引入NR和5GC，不依赖于现有4G网络，演进路径

会存在大量的NR与LTE系统间切换；初期部署成本相对较相对较大；升级现网LTE为eLTE，

势

高，无法有效利用现有LTE基站资源 厂商绑定

option2与option5比较：差别主要在空口层面，5GNR采用新型波形和多址、

新帧结构、新信道编码等技术，能实现更高速率、更低时延和更高效率，改造后

的eLTE与NR相比在峰值速率、时延、容量等方面有明显差距。NR底层的优化

和后续的演进，eLTE也不一定支持。因此不推荐现网部署option5架构。

Option2架构作为5G系统的目标架构和最终形态，适合在整个5G商用周期

内进行部署。

NSA选项比对和分析

选

Option3

项

Option4 Option7

架

构

标准化完成时间最早，可较早

提供5G高速率，有利于市场宣

优传；对NR覆盖无要求，支持5GNR

势 和LTE双连接，可以带来流量

增益；网络改动小，建网速度

快，前期投资相对少。

新建5GNR与现有LTE基站的设

劣

备厂商强绑定；由于连接到EPC

对NR覆盖无要求，能够有效利

支持5GNR和LTE双连接，带来用现有大规模LTE资源；支持

流量增益；引入5G核心网，支5GNR和LTE双连接，带来流量

持5G新功能和新业务。 增益；引入5G核心网，支持5GC

新功能和新业务。

eLTE涉及现网LTE无线的改造涉及LTE基站的改造较大，并

量较大，且产业成熟时间可能可能涉及硬件的改造或替换并

会相对较晚；新建5GNR可能需需要升级协议栈、支持5GQoS

核心网，无法完全支持5G核心

势 要与升级的eLTE设备厂商绑等，且产业成熟时间可能会相

网引入的相关新功能和新业

定。升级现网LTE为eLTE，厂对较晚；新建5GNR可能需要与

务，如网络切片。

商绑定。 升级的eLTE设备厂商绑定。

选择NSA路线演进时，建议分别选择option3x、option4、option7x架构选

项（原因是NR作为用户面锚点，可以降低对于LTE基站用户面转发要求和改造

成本），其中option3x因为对现网改动最小（初期不需要部署5GC），可以实

现最快速部署商用，是目前比较热门的NSA选项。

SA和NSA路线比对和分析

选

SA

项

采用崭新设计思路的全新架构，在引入全新

优

网元与接口的同时，还将大规模采用网络虚

NSA

协议发布早，产业链成熟度高，初期投资较SA架

构低，支持双连接，能提供比单纯NR更高的上下

拟化、软件定义网络等新技术，再与全新的

势 行速率，有利于运营商以较低风险，快速推出基

5GNR空口技术结合，全面支持5G新功能，

于5G的移动宽带业务

新特性

不管采用option3，option4还是option7，都面

劣协议发布晚，产业链成熟度较NSA低，初期临对现网核心网或无线的大量升级改动，无法全

势 投资大 面支持5G新特性，新功能，同时NR与现网LTE

面临绑定厂商情况，影响运营商议价能力

NSA仅是从4G向5G的过渡选项，而SA架构才是5G发展的真正目标。虽然

NSA架构在启动阶段的风险较小，但后续向SA架构的过渡仍需大量工作，也存

在相当的不确定因素。而且，NSA架构5G接入网实际上是自现有4G系统的直接

升级，将影响运营商选择供应商的灵活度，可导致供应商锁定的现象，这将不利

于运营商进行有效的成本管理。

SA演进路线：Option1->Option2+option5->Optin2

NSA演进路线：Option1->Option3/3a/3x->Option4/4a->Option2

演进步骤：

1.对现网EPC（含MME、SAE-GW、PCRF、HSS、CG等网元进行升级，主要包

含支持双连接、QoS扩展、5G签约扩展、NR接入限制、计费扩展等方面），引

入NR（覆盖热点）并接入到升级后的EPC+，同时升级现网LTE站点以支持NSA

相关功能，eLTE作为主站处理和转发与核心网间的控制面消息，即Option3形

态；

NSA演进路线：Option1->Option3/3a/3x->Option4/4a->Option2

2.新建5GC，接管无线站点，逐步演进为Option4形态，此时NR作为主站

处理和转发与核心网间的控制面消息，EPC退网或平滑改造为5GC，NR利用eLTE

进行容量补充；

（如EPC是云化vEPC，此时可以选择由云化vEPC平滑升级至5GC，减少无

线侧割接工作量）

3.逐步完善5G覆盖，在保证覆盖的前提下逐步下线4GLTE站点，最终演进

为纯5G网络

多选择的演进路线

不管起步时选择SA还是NSA，迈向5G的演进路线都不是唯一的，在实际操

作过程中，各个运营商可以根据自身网络的特点，制定相应的演进计划。以下列

出其他的一些可行的演进路线选项：

回顾

第一章 5G核心网架构和网元介绍

SBA系统架构

AMF/SMF/UDM/UPF等网元介绍

第二章 5G业务管理和业务流程

接入管理/会话管理/策略控制等

注册流程/会话建立流程/业务请求流程等

第三章 5G核心网关键技术

服务化架构/网络切片/多接入边缘计算

第四章 5G部署选项与演进路线

Option1～8/4G到5G演进路线