大唐杯学习笔记(1)—— 5G网络架构与组网部署

一、名词汇总

1.核心网与接入网

个人理解，核心网和接入网的定义比较好理解，就像是快递公司，会把一座城市的快递收集起来，这部分是接入网，再根据快递的信息处理其下一步应该发往哪个城市，这个快递公司的工作就是核心网。

2.5G网络架构

学习网络就要学习他的发展过程。经济基础决定上层建筑，在建设5G的过程中不可能把3G、4G的基站全拆了换成5G。他是逐步演进逐步替换的过程。因此现在的5G组网也借助了4G的一些物理设备。有部分4G设备构成的5G网络就是NSA了。
从整个网络发展上看，很多新技术新协议的出现都要兼容老的一些协议，主要是我们的互联网过于庞大，想要进行迭代更新，也要考虑一些经济和一些现实问题。
NG接口分为NG-C接口控制面接口和NG-U接口用户面接口。

3.核心网架构演进

(1)2G核心网

(1)3G，4G核心网

4.4G核心网架构

从图中可以很好的看出数据和控制分离。

5.5G核心网架构

6.5G接入网网架构

7.主要网元功能

二、5G主要网元功能

1.用户面功能UPF(User Plane Function)

• gNodeB间切换的本地移动锚点(适用时)
• 连接到移动通信网络的外部PDU会话点
• 基于N接口切换过程中，数据包路由与转发
• 数据包检查和用户面部分的策略计费
• 合法的监听拦截(集合)
• 流量使用情况报告
• Uplink支持路由流量到一个数据网络
• 分支点以支持多类的PDU会话
• 对用户平面的QoS处理，例如包过滤、门控、ul/dl速率执行
• Uplink流量验证(SDF到QoS流映射)
• 上下行链路上传输级别的数据包标记
• 下行数据包缓冲和下行数据通知触发

2.会话管理功能SMF(Session Management Function)

• 会话的建立修改删除
• 包括tunnel maintain between UPF and AN node（UPF和节点之间的隧道维护）
• UE IP地址的分配和管理
• DHCPv4（服务器和客户端）和DHCPv6（服务器和客户端）功能
• 选择控制用户面功能
• QoS策略与控制，终止策略与控制
• 合法监听
• Termination of SM parts of NAS messages（终止NAS消息的SM部分）
• 下行数据的通知
• 漫游功能

3.访问和移动性管理功能AMF(Access and Mobility Management Function)

• NAS信令及信令的加密和完整性保护
• 终止运行RAN网络接口(N2)
• 注册管理
• 连接管理
• NAS移动性管理
• 合法的截距(用于AMF事件和对Ll系统的接口)
• 为在UE和SMF之间的SM消息提供传输
• 路由SM消息的透明代理
• 访问验证
• 在UE和SMSF之间提供SMS消息的传输
• 用户鉴权及密钥管理
• 承载管理功能，包括专用承载建立过程

4.gNB/en-gNB（基站）

• 中央单元-控制面CU-C(Central Unit – Control plane)

• 中央单元-用户面CU-U(Central Unit – User plane)
  主要功能：数据包的处理和转换
• 分布单元(Distributed Unit)
  主要功能：资源的调度 传输模式的转换 信道映射
• 有源天线处理单元 – 天线AAU-RF(Active Antenna Unit – Radio Frequency)
  主要功能：信号的收发 Massive MIMO天线处理 频率与时间同步 AAS实现机制

三、5G接口主要功能

1.NG接口主要功能

NG-U接口主要功能：

• NG-U接口在NG-RAN节点和UPF之间提供非保证的用户平面PDU传送；
• 协议栈传输网络层建立在lP传输上；
• GTP-U在UDPIIP之上用于承载NG-RAN节点和UPF之间的用户面PDU。

2.Xn接口主要功能

Xn-U接口主要功能：

• Xn-U接口提供用户平面PDU的非保证传送，并支持分离Xn接口为无线网络功能和传输网络功能，以促进未来技术的引入；
• 数据转发功能，允许NG-RAN节点间数据转发从而支持双连接和移动性操作；
• 流控制功能，允许NG-RAN节点接收第二个节点的用户面数据从而提供数据流相关的反馈信息。

3.E1接口主要功能

E1接口管理功能：

• 错误指示（gNB-CU-UP或者gNB-CU-CP向gNB-CU-CP或者gNB-CU-CP 发出错误指示)；
• 复位功能用于gNB-CU-UP与gNB-CU-CP建立之后和发生故障事件之后初始化对等实体；
• gNB-CU-UP与gNB-CU-CP之间应用层数据的互操作；
• gNB-CU-UP配置更新: gNB-CU-UP将NRCGl、s – nssai、PLMN-ID和gNB-CU-UP支持的QoS信息通知给gNB-CU-CP。

E1上下文管理功能：

• 上下文承载建立（ gNB-CU-CP ) ;
• 上下文承载修改与释放（可以由gNB-CU或gNB-DU发起)；
• QoS流映射(gNB-CU执行)；
• 下行数据通知（ gNB-CU-UP发起)；
• 承载不活动通知；
• 数据使用情况报告（gNB-CU-UP发起)。

TE ID分配功能(gNB-CU-UP)：

• F1-U UL GTP TEID、S1-U DL GTP TEID、NG-U DL GTP TEID X2-U DL/UL GTP
  TEID、Xn-D DL/UL GTP TEID

4.F1接口主要功能

F1接口管理功能：

• F1接口管理功能错误指示；
• 复位功能用于在节点建立之后和发生故障事件之后初始化对等实体；

系统信息管理功能：

• 系统广播信息的调度在gNB-DU中执行，gNB-DU负责NR-MIB、SIB1的编码，gNB-CU负责其他SI消息的编码。

F1 UE上下文管理功能：

• 基于接纳控制准则、由gNB-CU发起并由gNB-DU接受或拒绝F1 UE上下文的建立；
• UE上下文的修改(可以由gNB-CU或gNB-DU发起)；
• QoS流和无线承载之间的映射(gNB-CU执行)；
• 管理建立,修改和释放DRB和SRB资源（DRB资源的建立和修改由gNB-CU触发)。

RRC消息传送功能：

• RRC消息通过F1-C传送，gNB-CU负责用gNB-DU提供的辅助信息对专用RRC消息进行编码。

F1-U接口主要功能功能：

• 用户数据传输(Transfer of user data)；
• CU和DU之间传输用户数据；
• 流量控制功能（Flow control function)；
• 控制下行用户数据流向DU。

5.Uu接口主要功能

四、SA与NSA组网

1.常用的NSA组网方式

2.NSA与SA组网方案对比

五、MR-DC技术

MR-DC(Multi-RAT Dual Connectivity，多接入网技术双连接)是指一部终端可以同时连接4G网络和5G网络，同时使用两个网络进行业务，此时终端需要具备至少两个MAC实体，支持双发双收。对应不同的网络架构，双连接有不同的名称。

六、总结

2021年参加过一次大唐杯，基本没准备，随便玩了玩。今年把比赛准备时间调到了寒假，也算是给了一定的复习和准备时间。（主要是考研太累了学会别的放松放松哈哈哈）去年的学习过程中感觉出干听课的效率极低，今年稍微下点功夫，多百度、多记笔记，不管怎样多学点知识，毕竟以考研为主，不指望能拿什么奖。另外感觉我大三的专业课水平并不能支撑我学习5G的知识，对我来说有种空中楼阁的感觉，尽量做到有据可考，但是难免写出来的东西也很幼稚，轻喷~

七、参考资料

• 5GC中名词解释_蟹老板不会CPP的博客
• 5G系统中无线接入网中接口的定义和功能
• LTE网络主要接口信息
• 老猿学5G随笔：RAN、RAT以及anchor移动性锚点的概念
• 5G网络结构核心网侧接口介绍

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