4.6.4 移动通信网架构

移动通信网为移动互联网提供了强有力的支持,尤其是5G网络为个人用户、垂直行业等提供了多样化的服务。5G常用业务应用方式包括:5GS(5G System)与DN(Data Network,数据网络)互联、5G网络边缘计算等。

1.5GS与DN互连

5GS在为移动终端用户(User Equipment,UE)提供服务时,通常需要DN网络,如Internet、IMS(IP Media Subsystem)、专用网络等互连来为UE提供所需的业务。各式各样的上网、语音、AR/VR、工业控制和无人驾驶等5GS中UPF网元作为DN的接入点。5GS和DN之间通过5GS定义的N6接口互连,如图4-19所示。 图4-19 5G网络与DN网络连接关系 5G Network属于5G范畴,包括若干网络功能实体,如AMF/SMF/PCF/NRF/NSSF等。简洁起见,图中仅标示出了与用户会话密切相关的网络功能实体。 在5GS和DN基于IPv4/IPv6互连时,从DN来看,UPF可看作是普通路由器。相反从5GS来看,与UPF通过N6接口互连的设备,通常也是路由器。换言之,5GS和DN之间是一种路由关系。UE访问DN的业务流在它们之间通过双向路由配置实现转发。就5G网络而言,把从UE流向DN的业务流称之为上行(UL,UpLink)业务流;把从DN流向UE的业务流称为下行(DL,DownLink)业务流。UL业务流通过UPF上配置的路由转发至DN;DL业务流通过与UPF邻近的路由器上配置的路由转发至UPF。 此外,从UE通过5GS接入DN的方式来说,存在两种模式:透明模式和非透明模式。 1)透明模式 在透明模式下,5GS通过UPF的N6接口直接连至运营商特定的IP网络,然后通过防火墙(Firewall)或代理服务器连至DN(即外部IP网络),如Internet等。UE分配由运营商规划的网络地址空间的IP地址。UE在向5GS发起会话建立请求时,通常5GS不触发向外部DN-AAA 服务器发起认证过程,如图4-20所示。N6(UPF连接数据网接口) 图4-20 UE透明接入5G网络 在此模式下,5GS至少为UE提供一个基本ISP服务。对于5GS而言,它只需提供基本的隧道QoS流服务即可。UE访问某个Intranet网络时,UE级别的配置仅在UE和Intranet网络之间独立完成,这对5GS而言是透明的。 2)非透明模式 在非透明模式下,5GS可直接接入Intranet/ISP或通过其他IP网络(如Internet)接入Intranet/ISP。如5GS通过Internet方式接入Intranet/ISP,通常需要在UPF和Intranet/ISP之间建立专用隧道来转发UE访问Intranet/ISP的业务。UE被指派属于Intranet/ISP地址空间的IP地址。此地址用于UE业务在UPF、Intranet/ISP中转发,如图4-21所示。 图4-21 UE通过5GS非透明接入DN原理图 综上所述,UE通过5GS访问Intranet/ISP的业务服务器,可基于任何网络如Internet等来进行,即使不安全也无妨,在UPF和Intranet/ISP之间可基于某种安全协议进行数据通信保护。至于采用何种安全协议,由移动运营商和Intranet/ISP提供商之间协商确定。 作为UE会话建立的一部分,5GS中SMF通常通过向外部DN-AAA服务器(如Radius,Diameter 服务器)发起对UE进行认证。在对UE认证成功后,方可完成UE会话的建立,之后UE才可访问Intemet/ISP的服务。

2.5G网络边缘计算

5G网络改变以往以设备、业务为中心的导向,倡导以用户为中心的理念。5G网络在为用户提供服务的同时,更注重用户的服务体验QoE(Quality of Experience)。其中5G网络边缘计算能力的提供正是为垂直行业赋能、提升用户QoE的重要举措之一。 5G网络的边缘计算(Mobile Edge Computing,MEC)架构如图4-22所示,支持在靠近终端用户UE的移动网络边缘部署5GUPF网元,结合在移动网络边缘部署边缘计算平台(Mobile Edge Platform,MEP),为垂直行业提供诸如以时间敏感、高带宽为特征的业务就近分流服务。于是,一来为用户提供极佳服务体验,二来降低了移动网络后端处理的压力。 图4-22 5G网络边缘计算架构 运营商自有应用或第三方应用AF(Application Function)通过5GS提供的能力开放功能网元NEF(Network Exposure Function),触发5G网络为边缘应用动态地生成本地分流策略,由PCF(Policy Charging Function)将这些策略配置给相关SMF,SMF根据终端用户位置信息或用户移动后发生的位置变化信息动态实现UPF(即移动边缘云中部署的UPF)在用户会话中插入或移除,以及对这些UPF分流规则的动态配置,达到用户访问所需业务的极佳效果。 另外,从业务连续性来说,5G网络可提供SSC模式1(在用户移动过程中用户会话的IP 接入点始终保持不变),SSC模式2(用户移动过程中网络触发用户现有会话释放并立即触发新会话建立),SS[C]{.underline}模式3(用户移动过程中在释放用户现有会话之前先建立一个新的会话)供业务提供者ASP(Application Service Provider)或运营商选择。

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