5G 网络接口与基础流程
目錄
一. 網絡架構及網元功能
1. 八大網元功能
2. 5G 無線網和核心網功能的劃分
(1) 無線網的功能劃分
(2) 核心網的功能劃分
二. 網絡接口及協議棧
1. 5G 無線拓撲圖
2. NG接口協議
3. Xn 口協議棧
4. F1口協議棧
5. 無線協議棧
6. 端到端（控制面）協議
7. 端到端（用戶面）協議
三. 基本信令過程
1. 5G 網絡關鍵流程
2. 終端狀態
3. RRC(Radio Resource Control)流程
4. F1 - C 口信令流程
5.? F1 - C 口RRC消息傳輸
6. 隨機接入
7. RRC 從連接態轉向非激活態
8. RRC 從連接態向其他狀態轉移
9. RRC 非激活態下 RNA 更新的過程
四. 雙連接流程
1. 專用術語及概念
2. Option3X 拓撲以及協議
4. Option4 拓撲及協議
5. 雙連接基本信令過程?
6. 輔節點添加過程（4G 核心網）
7. 輔助節點添加過程（5G 核心網）
8. 輔節點修改過程
9. 輔節點釋放過程
10. 輔節點的變換過程
11. 主節點與輔節點同時變換
一. 網絡架構及網元功能
1. 八大網元功能
八大網元結構：NSSF(Network Slice Selection Function) 網絡切片選擇功能
NEF(Network?Exposure Function) 網絡開放功能
NRF(NF Repository Function)網絡注冊功能,各個網元連接它才能實現互相通信
PCF(Packet Control Function)分組控制功能
UDM(Unified?Data Management)統一數據管理
AUSF(Authentication?Server Function)認證服務器功能
AMF(Access and Mobility Management?Function)接入和移動管理功能
SMF(Session Management Function)會話管理功能
UPF(User Plane Function)用戶面功能，傳輸數據
2. 5G 無線網和核心網功能的劃分
(1) 無線網的功能劃分
?gNB(Next Generation NodeB) :? 5G基站
ng-eNB:? 升級后的四級基站連到5G核心網
Inter Cell RRM: 小區之間的無線資源的管理
RB Control: 資源塊的控制
Connection Mobility Cont:? 連接的移動性管理
Radio Admission Control: 無線轉入/接入控制
Measurement Configuration & Provision: 測量配置
Dynamic Resource Allocation(Scheduler): 動態資源調度
DC：雙連接，同時跟 4G 和 5G 網絡連接
(2) 核心網的功能劃分
AMF(Access and Mobility Management?Function): 接入和移動管理功能
SMF(Session Management Function): 會話管理功能
UPF(User Plane Function): 用戶面功能
二. 網絡接口及協議棧
1. 5G 無線拓撲圖
5GC(核心網)和 gNB(5G基站)之間由 NG 連接
CU 和 DU之間由 F1 口連接
CU 內部可以分為 CUUP 和 CUCP，由 E1 口連接，E1, Xn, F1, XG都基于SCTP協議
2. NG接口協議
NG - C（N2） 口傳輸信令，使用 SCTP 協議，由于該協議比較可靠（準確性好）
NG - U（N3）口傳輸數據，使用 GTP - U 和 UDP 協議，用以傳輸用戶面的數據
3. Xn 口協議棧
?gNB 與 gNB 或 gNB 與 ngNB之間的接口
控制面傳輸信令使用 STCP 協議，用戶面傳輸數據使用 GTP - U 和 UDP 協議
4. F1口協議棧
控制面傳輸信令使用 STCP 協議，用戶面傳輸數據使用 GTP - U 和 UDP 協議
跨 DU 都會使用到 F1 - C 的功能
5. 無線協議棧
5G 控制面沒有 SDAP 層 （用來做 Qos Flow 映射）
6. 端到端（控制面）協議
?N2 口 = NG - C 口 ，用來控制面傳輸信令
N11 屬于 SBI 接口類型
7. 端到端（用戶面）協議
?N3 口 = NG - U口，用戶面進行數據傳輸
N6 連接外面的服務器終端設備
三. 基本信令過程
1. 5G 網絡關鍵流程
4G 開機注冊為 Attach 過程，5G 開機注冊過程為 Register 過程
4G 續注冊過程為 Detach 過程，5G 續注冊過程為 Deregister 過程
IDLE態：空閑態????? CONNECTED態：連接態????????? ?? Inactive態：非激活態
2. 終端狀態
PLMN(PublicLandMobile Network) :? 公用陸地移動網絡
3. RRC(Radio Resource Control)流程
流程一（RRC連接建立過程）：UE （User Equipment）處于空閑態，向基站發送 RC 連接請求 ，基站向 UE 發送 RC 建立連接，連接完成
流程二（RCC激活過程）：UE 處于非激活態，向基站發送激活請求，基站下達及活命令，RRC 激活完成，UE 向基站發送完成消息
流程三（RRC重配消息）：UE 處于連接態
流程三（釋放 RRC 連接）: UE 處于非激活態或者連接態
4. F1 - C 口信令流程
F1 - C ：CU 和 DU 控制面之間的通道，SCTP 協議
流程一（F1 鏈路建立過程）：DU 向 CU 發送建立請求，CU 回應 DU 的請求
流程二（F1鏈路的更新）：DU 配置發生變化提示 CU，CU 回應 DU?
流程三（UE上下文請求）：CU 向 DU 請求上下文信息，DU 向UE 請求上下文信息
流程四（上下文信息更新）：CU 配置發生改變，DU 進行更新并通知CU
流程五（UE 上下文釋放）：去注冊過程
流程六（UE上下文釋放）：與前一個過程比較發起請求的方向不同
流程七（UE 上下文修改請求）：CU 請求 UE 進行上下文修改
流程八（UE上下文信息修改）：DU 向 CU 發送信息表示 UE 上下文修改
5.? F1 - C 口RRC消息傳輸
流程一（下行 RRC 消息的傳遞）：信令起于 CU ，終止于 DU
流程二（上行 RRC 消息的傳遞）：信令起于 DU， 終止于CU
流程三（RRC 消息的透傳）：UE 發送 RRC 消息，通過 DU 傳輸到 CU 上
6. 隨機接入
失步：終端和基站之間時頻不同步，需要重新建立 RRC ，實現同步
SN（Sequence Number） ：序列號
7. RRC 從連接態轉向非激活態
?流程一：CU 向 DU 請求 UE 進行上下文釋放
流程二： DU 將 CU 的請求轉向 UE
流程三： DU 向 CU 回應上下文釋放完畢
8. RRC 從連接態向其他狀態轉移
9. RRC 非激活態下 RNA 更新的過程
終端位置或者其他屬性發生改變，所以該過程是由終端發起的請求，UE 一般處于非激活態或者連接態
四. 雙連接流程
1. 專用術語及概念
En - gNB: 作為輔節點
Master node:主節點
MCG（Master cell group）：主小區組
SCG（Secondary Cell Group）: 輔小區組
Split bearer: 分流承載
2. Option3X 拓撲以及協議
eNB 作為主節點，gNB 作為輔節點
Option3 系列只在 eNB 進行數據分流，3X 系列中 gNB 為輔節點
4. Option4 拓撲及協議
gNB 作為控制面的錨點 ，5GC 通過 NG 口傳給 gNB
5. 雙連接基本信令過程?
雙連接基本信令過程用以實現雙連接的添加、刪除、修改以及切換等，主要流程如上圖所示。
6. 輔節點添加過程（4G 核心網）
主節點發起請求 --> 輔節點回應請求 --> 主節點發送 RRC 重配消息給UE --> RRC 重配完成 --> 發起隨機接入 --> 隨機接入完成后進行承載建立 --> 輔節點成功連接 UE（信令面以及用戶面都建立了通道）
7. 輔助節點添加過程（5G 核心網）
主節點發起請求 --> RRC 重配消息 --> RRC 重配完成 --> SN 發起隨機接入（面對 5G 核心網）--> 后面過程與 4G 相同
輔節點建立 5G 核心網和 4G 核心網的區別在于建立信令通道和用戶通道面對的網元不同
8. 輔節點修改過程
輔節點信息發生變化，并不是更換輔節點
上圖為主節點發起的修改，通過定時器，達到相應的時間段后主節點向輔節點發起修改請求
上圖為輔節點發起的請求，由于輔節點信息發生改變，輔節點向主節點發起修改請求，主節點發起整個過程的修改
主節點才是控制面的錨點，所以兩種修改方式都主要由主節點發起
?
上圖為輔節點向 UE 發起請求，沒有主節點的參與，這種情況下輔節點和 UE 之間建立起信令通道（SRB3是一個信令承載）
9. 輔節點釋放過程
主節點向輔節點發起請求釋放輔節點 --> 輔節點回應請求 -->? 主節點向 UE 發起釋放輔節點請求 --> UE 回應請求 --> 進行上下文釋放等操作 --> 輔節點釋放完成
上圖為主節點發起的請求
上圖為 SN 發起的輔節點釋放請求，輔節點的釋放、連接都需要主節點的參與，即便是輔節點與 UE 之間建立了通道
10. 輔節點的變換過程
輔節點的修改不涉及輔節點小區的變化，但輔節點的變換需要改變輔節點的小區
S - SN：源輔節點?????? T - SN：目標輔節點
主節點向目標發起請求 --> 目標輔節點回應請求 --> 釋放源輔節點 --> 添加目標輔節點
上圖為由主節點發起的輔節點的變更（主節點尋找到更優的輔節點）
上圖為輔節點發起的變更，由于輔節點自身需要休眠或定時器計時結束
與主節點發起的變更不同的是輔節點需要向主節點發起請求表明需要變更
11. 主節點與輔節點同時變換
源主節點發起切換請求給目標主節點 --> 目標主節點向目標輔節點發送建立請求 --> 目標主節點回應源主節點請求 --> 源主節點向源輔節點發送釋放請求 --> UE 與目標主節點建立隨機接入 --> UE 與目標輔節點建立隨機接入 -->? 源主節點與源輔節點釋放上下文 --> 目標主節點與目標輔節點建立新的 Path Switch --> 主節點與輔節點變更完成
參考資料
IUV 官網
與50位技術專家面對面20年技術見證，附贈技術全景圖總結
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