2.1　5G的网络结构

2.1.1　5G网络的整体结构

2017年3月，3GPP无线接入网络工作组正式开启了5G NR工作项目阶段。同年12月，完成非独立组网的5G新空中接口规范。2018年6月，完成独立组网的5G新空中接口规范，至此完成了5G标准第一阶段的工作，定义了5G接入网的整体架构与接入节点架构。

无线网络整体架构如图2.1所示。

图2.1　无线网络整体架构

3GPP定义了新型无线接入网络NG-RAN，包含两种接入节点：gNB，提供5G控制面和用户面服务的5G基站；ng-eNB，为用户提供LTE/E-UTRAN服务的基站。gNB和ng-eNB间通过Xn接口进行连接，gNB和ng-eNB通过NG接口与核心网（5GC）连接。

gNB和ng-eNB具有以下功能。无线资源管理：无线承载控制、无线接入控制、连接移动性控制、在上行链路和下行链路（调度）中向UE动态分配资源；IP报头压缩、数据加密和完整性保护；当从UE提供的信息中无法推导出AMF（访问和移动性管理功能实体）的路由信息时，为UE选择AMF；将用户平面数据路由到UPF（用户面锚点）；将控制平面信息路由到AMF；连接建立和释放；寻呼消息的调度和传输（由AMF触发）；系统广播信息的调度和传输（由AMF或OAM触发）；针对移动性和调度的测量和测量报告配置；上行链路中的传输级分组标记；会话管理；支持网络切片；QoS流量管理和映射到数据无线承载；支持处于RRC非激活状态的UE；NAS消息的分发；无线接入网络共享；双连接；NR与E-UTRA之间的紧密互通。

AMF承载以下主要功能。NAS信令终止；NAS信令安全；AS安全控制；用于3GPP接入网络之间移动性的CN节点之间的信令；空闲模式UE可达性（包括寻呼重传的控制和执行）；注册区域管理；支持系统内和系统间的移动性；接入认证；访问授权，包括漫游权限的检查；移动性管理控制（签约和策略）；支持网络切片；SMF（会话管理功能）选择。

UPF承载以下主要功能。Intra/Inter-RAT移动性的锚点（适用时）；与数据网络互连的外部PDU会话点；分组路由和转发；分组检查和策略规则实施的用户平面部分；流量使用报告；上行链路分类器，以支持将数据流路由到数据网络；分支点支持多宿主PDU会话；用户平面的QoS处理，例如，分组过滤、门限控制、UL/DL速率实施；上行链路流量验证（SDF到QoS流量映射）；下行链路分组缓冲和下行链路数据通知触发。

SMF承载以下主要功能。会话管理；UE IP地址分配和管理；UP功能的选择和控制；配置UPF的流量指引，将流量路由到合适的目的地；策略执行的控制部分和QoS；下行链路数据通知。

5G gNB可进一步划分为CU（Central Unit）和DU（Distributed Unit），提供低成本部署，支持负载管理、实时性能优化在内的协作。NG-RAN的一个显著特点是可以运行独立组网和非独立组网，运营商可根据网络需求和成本灵活选择5G部署方式。在独立组网方式下，gNB连接到5G核心网络（5GC）；在非独立组网方式下，利用双连接技术将NR和LTE紧密集成，连接到现有的4G核心网（EPC）。在双连接架构中，主节点和辅助节点同时为用户提供无线资源，提高用户的体验速率。