5G 网络接口与基础流程_5g接口

目录

一. 网络架构及网元功能

1. 八大网元功能

2. 5G 无线网和核心网功能的划分

(1) 无线网的功能划分

(2) 核心网的功能划分

二. 网络接口及协议栈

1. 5G 无线拓扑图

2. NG接口协议

3. Xn 口协议栈

4. F1口协议栈

5. 无线协议栈

6. 端到端（控制面）协议

7. 端到端（用户面）协议

三. 基本信令过程

1. 5G 网络关键流程

2. 终端状态

3. RRC(Radio Resource Control)流程

4. F1 - C 口信令流程

5.  F1 - C 口RRC消息传输

6. 随机接入

7. RRC 从连接态转向非激活态

8. RRC 从连接态向其他状态转移

9. RRC 非激活态下 RNA 更新的过程

四. 双连接流程

1. 专用术语及概念

2. Option3X 拓扑以及协议

4. Option4 拓扑及协议

5. 双连接基本信令过程 

6. 辅节点添加过程（4G 核心网）

7. 辅助节点添加过程（5G 核心网）

8. 辅节点修改过程

9. 辅节点释放过程

10. 辅节点的变换过程

11. 主节点与辅节点同时变换

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一. 网络架构及网元功能

1. 八大网元功能

八大网元结构：NSSF(Network Slice Selection Function) 网络切片选择功能

NEF(Network Exposure Function) 网络开放功能

NRF(NF Repository Function)网络注册功能,各个网元连接它才能实现互相通信

PCF(Packet Control Function)分组控制功能

UDM(Unified Data Management)统一数据管理

AUSF(Authentication Server Function)认证服务器功能

AMF(Access and Mobility Management Function)接入和移动管理功能

SMF(Session Management Function)会话管理功能

UPF(User Plane Function)用户面功能，传输数据

2. 5G 无线网和核心网功能的划分

(1) 无线网的功能划分

 gNB(Next Generation NodeB) :  5G基站

ng-eNB:  升级后的四级基站连到5G核心网

Inter Cell RRM: 小区之间的无线资源的管理

RB Control: 资源块的控制

Connection Mobility Cont:  连接的移动性管理

Radio Admission Control: 无线转入/接入控制

Measurement Configuration & Provision: 测量配置

Dynamic Resource Allocation(Scheduler): 动态资源调度

DC：双连接，同时跟 4G 和 5G 网络连接

(2) 核心网的功能划分

AMF(Access and Mobility Management Function): 接入和移动管理功能

SMF(Session Management Function): 会话管理功能

UPF(User Plane Function): 用户面功能

二. 网络接口及协议栈

1. 5G 无线拓扑图

5GC(核心网)和 gNB(5G基站)之间由 NG 连接

CU 和 DU之间由 F1 口连接

CU 内部可以分为 CUUP 和 CUCP，由 E1 口连接，E1, Xn, F1, XG都基于SCTP协议

2. NG接口协议

NG - C（N2） 口传输信令，使用 SCTP 协议，由于该协议比较可靠（准确性好）

NG - U（N3）口传输数据，使用 GTP - U 和 UDP 协议，用以传输用户面的数据

3. Xn 口协议栈

 gNB 与 gNB 或 gNB 与 ngNB之间的接口

控制面传输信令使用 STCP 协议，用户面传输数据使用 GTP - U 和 UDP 协议

4. F1口协议栈

控制面传输信令使用 STCP 协议，用户面传输数据使用 GTP - U 和 UDP 协议

跨 DU 都会使用到 F1 - C 的功能

5. 无线协议栈

5G 控制面没有 SDAP 层 （用来做 Qos Flow 映射）

6. 端到端（控制面）协议

 N2 口 = NG - C 口 ，用来控制面传输信令

N11 属于 SBI 接口类型

7. 端到端（用户面）协议

 N3 口 = NG - U口，用户面进行数据传输

N6 连接外面的服务器终端设备

三. 基本信令过程

1. 5G 网络关键流程

4G 开机注册为 Attach 过程，5G 开机注册过程为 Register 过程

4G 续注册过程为 Detach 过程，5G 续注册过程为 Deregister 过程

IDLE态：空闲态      CONNECTED态：连接态             Inactive态：非激活态

2. 终端状态

PLMN(PublicLandMobile Network) :  公用陆地移动网络

3. RRC(Radio Resource Control)流程

流程一（RRC连接建立过程）：UE （User Equipment）处于空闲态，向基站发送 RC 连接请求 ，基站向 UE 发送 RC 建立连接，连接完成

流程二（RCC激活过程）：UE 处于非激活态，向基站发送激活请求，基站下达及活命令，RRC 激活完成，UE 向基站发送完成消息

流程三（RRC重配消息）：UE 处于连接态

流程三（释放 RRC 连接）: UE 处于非激活态或者连接态

4. F1 - C 口信令流程

F1 - C ：CU 和 DU 控制面之间的通道，SCTP 协议

流程一（F1 链路建立过程）：DU 向 CU 发送建立请求，CU 回应 DU 的请求

流程二（F1链路的更新）：DU 配置发生变化提示 CU，CU 回应 DU 

流程三（UE上下文请求）：CU 向 DU 请求上下文信息，DU 向UE 请求上下文信息

流程四（上下文信息更新）：CU 配置发生改变，DU 进行更新并通知CU

流程五（UE 上下文释放）：去注册过程

流程六（UE上下文释放）：与前一个过程比较发起请求的方向不同

流程七（UE 上下文修改请求）：CU 请求 UE 进行上下文修改

流程八（UE上下文信息修改）：DU 向 CU 发送信息表示 UE 上下文修改

5.  F1 - C 口RRC消息传输

流程一（下行 RRC 消息的传递）：信令起于 CU ，终止于 DU

流程二（上行 RRC 消息的传递）：信令起于 DU， 终止于CU

流程三（RRC 消息的透传）：UE 发送 RRC 消息，通过 DU 传输到 CU 上

6. 随机接入

失步：终端和基站之间时频不同步，需要重新建立 RRC ，实现同步

SN（Sequence Number） ：序列号

7. RRC 从连接态转向非激活态

 流程一：CU 向 DU 请求 UE 进行上下文释放

流程二： DU 将 CU 的请求转向 UE

流程三： DU 向 CU 回应上下文释放完毕

8. RRC 从连接态向其他状态转移

9. RRC 非激活态下 RNA 更新的过程

终端位置或者其他属性发生改变，所以该过程是由终端发起的请求，UE 一般处于非激活态或者连接态

四. 双连接流程

1. 专用术语及概念

En - gNB: 作为辅节点

Master node:主节点

MCG（Master cell group）：主小区组

SCG（Secondary Cell Group）: 辅小区组

Split bearer: 分流承载

2. Option3X 拓扑以及协议

eNB 作为主节点，gNB 作为辅节点

Option3 系列只在 eNB 进行数据分流，3X 系列中 gNB 为辅节点

4. Option4 拓扑及协议

gNB 作为控制面的锚点 ，5GC 通过 NG 口传给 gNB

5. 双连接基本信令过程 

双连接基本信令过程用以实现双连接的添加、删除、修改以及切换等，主要流程如上图所示。

6. 辅节点添加过程（4G 核心网）

主节点发起请求 --> 辅节点回应请求 --> 主节点发送 RRC 重配消息给UE --> RRC 重配完成 --> 发起随机接入 --> 随机接入完成后进行承载建立 --> 辅节点成功连接 UE（信令面以及用户面都建立了通道）

7. 辅助节点添加过程（5G 核心网）

主节点发起请求 --> RRC 重配消息 --> RRC 重配完成 --> SN 发起随机接入（面对 5G 核心网）--> 后面过程与 4G 相同

辅节点建立 5G 核心网和 4G 核心网的区别在于建立信令通道和用户通道面对的网元不同

8. 辅节点修改过程

辅节点信息发生变化，并不是更换辅节点

上图为主节点发起的修改，通过定时器，达到相应的时间段后主节点向辅节点发起修改请求

上图为辅节点发起的请求，由于辅节点信息发生改变，辅节点向主节点发起修改请求，主节点发起整个过程的修改

主节点才是控制面的锚点，所以两种修改方式都主要由主节点发起

 

上图为辅节点向 UE 发起请求，没有主节点的参与，这种情况下辅节点和 UE 之间建立起信令通道（SRB3是一个信令承载）

9. 辅节点释放过程

主节点向辅节点发起请求释放辅节点 --> 辅节点回应请求 -->  主节点向 UE 发起释放辅节点请求 --> UE 回应请求 --> 进行上下文释放等操作 --> 辅节点释放完成

上图为主节点发起的请求

上图为 SN 发起的辅节点释放请求，辅节点的释放、连接都需要主节点的参与，即便是辅节点与 UE 之间建立了通道

10. 辅节点的变换过程

辅节点的修改不涉及辅节点小区的变化，但辅节点的变换需要改变辅节点的小区

S - SN：源辅节点       T - SN：目标辅节点

主节点向目标发起请求 --> 目标辅节点回应请求 --> 释放源辅节点 --> 添加目标辅节点

上图为由主节点发起的辅节点的变更（主节点寻找到更优的辅节点）

上图为辅节点发起的变更，由于辅节点自身需要休眠或定时器计时结束

与主节点发起的变更不同的是辅节点需要向主节点发起请求表明需要变更

11. 主节点与辅节点同时变换

源主节点发起切换请求给目标主节点 --> 目标主节点向目标辅节点发送建立请求 --> 目标主节点回应源主节点请求 --> 源主节点向源辅节点发送释放请求 --> UE 与目标主节点建立随机接入 --> UE 与目标辅节点建立随机接入 -->  源主节点与源辅节点释放上下文 --> 目标主节点与目标辅节点建立新的 Path Switch --> 主节点与辅节点变更完成

参考资料

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IUV 官网