目錄

1、5G整體網絡架構

2、5G網絡接口及無線協議棧

2.1 5G網絡接口及協議

2.2 5G無線端到端協議棧

3、5G核心網新架構?

4、5G接入網新架構

4.1 4G到5G基站的演進

4.2 5G基站gNB的功能

4.3 CU-DU的部署形態

5、5G組網架構

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1、5G整體網絡架構

5G網絡架構宏觀上分為接入網和核心網兩部分，5G接入層成為NG-RAN（NR），由5G基站（gNB）組成；5G核心網由控制面（AMF）、用戶面（UPF）分離組成。

圖1 基于5G的IIoT架構

2、5G網絡接口及無線協議棧

2.1 5G網絡接口及協議

5G網絡接口分為Xn和NG兩種接口。

圖2 5G網絡接口拓撲圖 表1 5G的網絡接口功能及協議

接口	功能	協議
Xn	gNB與gNB間的接口，支持數據和信令傳輸 Xn-C：Xn接口管理、UE移動性管理（跨棧切換、上下文轉移和RAN尋呼）、雙連接（DC） Xn-U：提供用戶面PDUs非保證傳遞，主要功能包括數據轉發和流控制	控制面：Xn-C、NG-C、F1-C接口信令連接基于SCTP協議（可靠性高）； 數據面：Xn-U、NG-U、F1-U用戶面傳輸基于GTP-U協議；
NG	gNB與核心網的接口 NG-C(NG2)：NG接口管理、UE上下文管理、UE移動性管理、NAS消息傳輸、PDU會話管理、配置轉換、告警信息傳輸、尋呼 NG-U(NG3)：提供NG-RAN和UPF間的用戶面會話（user plane PUDs）非保證傳遞
F1	gNB-CU和gNB-DU之間的接口 F1-C：F1接口管理、gNB-DU管理、系統消息管理、負載管理、尋呼、F1 UE上下文管理…… F1-U：用戶數據轉發、流控制功能
其他	gNB和UE之間使用NR控制面和用戶面協議

圖3 5G網絡接口協議棧

2.2 5G無線端到端協議棧

1、5G無線協議棧

圖4 5G無線網絡協議棧

?SDAP：QoS flow與無線承載的映射。

?2、5G端到端控制面協議棧

圖5 5G端到端網絡控制面協議棧

?3、5G端到端用戶面協議棧

圖6 5G端到端網絡用戶面協議棧

因此，5G中重要的端口包括：NG2、NG3、NG6、NG9、NG11。

3、5G核心網新架構?

5GC基于服務化架構（網絡功能服務解耦）和SDN/NFV框架（網絡云化），結合網絡切片（端到端邏輯專用網絡）、邊緣計算、5G非公共網絡（NPN）、5G局域網等行業專網使能技術，實現網絡架構開放性、網元虛擬化、資源靈活調度及定制化場景應用。

5G核心網必須滿足低時延業務處理的時效性需求。5G核心網控制面的邏輯功能被進一步細分，AMF和SMF分離為兩個邏輯節點，網絡用戶面進一步下沉，如圖7所示。

與4G網絡架構相比，5G網絡用戶面的接口和服務不變，控制面借鑒IT思想，采用服務化網絡架構，網絡功能拆解為模塊化網絡服務，接口采用服務化網絡接口，實現網絡功能的靈活定制。

圖7 5G核心網控制面邏輯功能 表2 5G核心網網元及其功能

5G網元	功能描述	與4G網元的對應關系
AMF(Access and Mobility Management Function)	NG1、NG2接口終止； 移動性管理、SM消息的路由； 接入鑒權、安全錨點功能（SEA）； 安全上下文管理功能（SCM）	類似MME
SMF（Session Management Function）	會話管理（建立、修改、釋放等）、UP選擇和控制； IP地址分配； 配置UPF的QoS策略	類似PGW-C
UPF（User Plane Function）	用戶平面的業務處理功能 intra-RAT移動的錨點（錨定功能）； 數據報文路由、包轉發、檢測及QoS映射和執行； 上行鏈路的標識識別并路由到數據網絡（流量統計及上報）； 下行包緩存和下行鏈路數據到達的通知出發	類似PGW-U
UDM（Unified Data Management）	產生AKA過程需要的數據； 簽約數據管理、用戶鑒權處理、短消息管理； 支持ARPF	類似HSS
AUSF（Authentication Server Function）	為鑒權服務器，生成鑒權向量，實現對用戶的鑒權和認證	類似HSS中的Auc功能
PCF（Policy Control Function）	應用和業務數據流檢測； UE策略配置（網絡發現和選擇策略、SSC模式選擇策略、網絡切片選擇策略）； 數據流分流管理（不同DN）； QoS控制、額度管理、基于流的計費； 背景數據傳送策略協商； 對通過NEF和PFDF從第三方AS配置進行的PDF進行管理； 具備UDR前端功能以提供用戶簽約信息； 提供網絡選擇和移動性管理相關的策略	類似PCRF
NEF（Network Exposure Function）	網絡能力的收集、分析和重組	類似SCEF
NRF（NF Repository Function）	業務發現，從NF實例接收你發發現請求，并向NF實例提供發現的NF實例信息	全新網元，類似增強DNS

5G核心網發展的趨勢是核心網下移及云化，其最終架構演進分為兩個階段：1、核心網設備虛擬化和架構云化，主要特點是VNFs分層架構、靜態網絡切片以及軟硬件解耦等；2、原生云架構和核心網網元云化，包括EPC云化、IMS云化等，主要面向業務的動態端到端切片，控制面和用戶面分離以及功能模塊原子化。?

4、5G接入網新架構

4.1 4G到5G基站的演進

圖8 4G到5G基站的演進

4.2 5G基站gNB的功能

表3 5G基站的功能

關鍵功能	IP頭壓縮、數據加密和完整性保護； 到UPF的用戶面數據路由； 到AMF的控制面路由； 支持網絡切片，支持雙連接； QoS flow管理和到DRB的映射；（類似細流水管，由圖4無線協議棧中SDAP處理） 支持UE RRC_INACTIVE態； NAS消息轉發；
其他	無線資源管理：無線承載控制，無線準入控制，動態資源分配，連接移動性控制； AMF選擇； 連接建立和釋放； 尋呼消息和系統廣播消息的調度和傳輸； 測量和測量上報配置；

4.3 CU-DU的部署形態

根據3GPP，5G的BBU功能被重構為中央單元CU和分布單元DU兩個功能實體，控制面集中為多業務提供靈活的擴展能力，為mMTC提供高效的處理能力；DU更靠近用戶，滿足uRLLC業務需求。CU與DU按處理內容的實時性進行區分：

• CU：主要包括非實時的無線高層協議棧功能，同時支持部分核心網下沉和邊緣應用業務的部署。
• DU：主要處理物理層功能和實時性需求的層2（參考圖4中的層級劃分）功能，考慮節省RRU與DU之間的傳輸資源，部分物理層功能也可上移到RRU實現。?

圖9 CU-DU分離架構

CU與DU之間的部署形態多樣化，方案1主要用于URLCC場景，有理想前傳，可有效控制時延。方案2可用于eMBB場景，有理想前傳條件，可同時兼容FWA和mMTC場景。方案3與方案2相似，但方案3無理想前傳，需要將DU和AAU放在一個站點。方案4可用于小站，熱點覆蓋場景。

圖10 CU-DU部署形態

5、5G組網架構

5G提出了非獨立組網（NSA）和獨立組網（SA）兩種組網方案，具體見工業5G概述、應用與測試床建設。NSA作為過渡方案，以提升熱點區域帶寬為主要目標，依托4G基站和4G核心網工作。

表4 NSA和SA的優劣比較

對比維度		NSA	SA
業務能力		僅支持大帶寬業務	較優，支持大帶寬和低時延業務，便于拓展垂直行業
4G/5G組網靈活度		較差：option 3x同廠商，option 3a可能不同廠商	較優，可以不同廠商
基本性能	終端吞吐量	下行峰值速率優（4G/5G雙連接，NSA比SA優7%），上行邊緣速率優	上行峰值速率優（終端5G雙發，SA比NSA優87%），上行邊緣速率低
	覆蓋性能	同4G	初期5G連續覆蓋挑戰大
	業務連續性	較優，不涉及4G/5G系統間的切換	略差，初期未連續覆蓋時，4G/5G系統間切換多
對4G現網改造	無線網	改造較大：4G軟件升級支持Xn接口，硬件基本無需更換，但需與5G基站連接	改造較小，4G升級支持與5G互操作，配置5G鄰區

總結

以上是生活随笔為你收集整理的5G网络架构、网络接口及协议栈的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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