任务2--5G系统组成与架构演进分析

了解5G独立组网方案下的各部分组成及作用，并理解相比于4G来说，5G网络在架构上的差异及在组网架构灵活性上带来的改变。

1，理解5G网络架构的演进思路。
2，了解5G核心网有哪些主要的网络功能（NF），并掌握5G核心网的控制面与用户面分别为哪些NF。l 掌握5G基站由哪些部分组成，各部分的基本功能。
l 掌握5GSA组网的基本架构，并清楚5G网络系统的控制面及用户面的基本路径。

在本任务中，主要针对5G SA系统的组成进行基本了解，并理解5G网络的基本演进思路。本任务主要涉及两个环节，第一个环节主要在软件的认知模块中，通过相关动画了解5G系统架构的演进，第二个环节主要在对5G系统组成与功能的理解基础上，依照“架构设计”模块中给出的待完成的5G拓扑图及相关标注，完成对5G拓扑图的补充，并根据理解进行任务的思路分析与描述。

（1）在“认知学习”模块中，进入“拓扑演进”，了解5G网络架构的演进过程的认识，并根据任务报告的要求，完成过程记录与自己的理解。

（2）在“架构设计”模块中，根据拓扑图上的标注，将5G系统架构补充完整，并在任务报告中阐述自己的理解。

（1）打开“认知学习”---“拓扑演进”，并分别点击“DUCU分离”与“DUCU合设”，请说明这两种部署方式的特点。

（2）点击核心网演进中的“微服务化”，根据拓扑图上的显示，5G核心网中有哪些基本的网络功能？

（3）点击两次核心网演进中的“UPF下沉”，并分别点击“应用3”、“应用2”和“应用1”，查看当前状态下的业务流动画。思考并回答：UPF是什么？UPF下沉有何作用。

（4）点击业务演进中的“边缘计算MEC”，并分别点击VR眼镜和自动驾驶汽车，查看业务处理的动画。思考并回答：对于终端来说，MEC有何作用，带来了什么好处？

（5）进入“架构设计”模块，根据机房的名称，在5G接入网相关机房中添加设备，并将接入网的设备进行互联，完成后进行截图保存。

（6）根据机房名称，在5G核心网相关机房中添加云主机设备，并分别在云主机中添加5GC对应的网络功能（微服务）。完成后截图保存。

（7）如果手机要进行业务，那么基本的业务流是怎样的，请根据业务流路径，完成设备的连线规划，并将连线颜色改为黄色，以标识业务路径。

（8）为保障设备或网络功能间必要的交互需求，将控制面部分的线路补充完整，完成后进行截图保存。

1.进入软件后，选择【任务管理】模块，选择“5G系统组成与架构演进分析”案例，点击“开始”加载案例内容；

2.查看DUCU演进及特点。选择【认知学习】模块，点击“拓扑演进”版块，分别点击DUCU合设分离，理解两种不同架构下的演进历程及各自特点。

Tips：DUCU合设：CU/DU合设在4G网络中广泛使用，部署、规划简单，同时CU/DU合设可以减少无线空口时延，在业务对时延要求非常高的URLLC和eMBB场景，CU/DU应当合设，且尽量靠近天线侧。

DUCU分离：CU/DU分离架构中CU集中部署连接多个DU，可以进一步改善eMBB场景中某些性能：移动性优化、多小区协作。降低了信令开销和切换时延及频率，增加了CU的覆盖范围，对于海量物联网连接业务为主的区域，CU/DU可分离部署，CU部署在普通汇聚机房或更高的机房内，减少核心网信令压力。

3.了解5G核心网微服务的概念及作用。在【认知学习】的“拓扑演进”模块，点击“微服务化”，即可查看5G核心网微服务化的动画示意。

如图所示，可以查看到5G核心网将各网络功能进行细分，采用微服务式的架构，控制面的各个网络功能具备统一接口，“即插即用”，能够灵活快速地进行按需部署。图中展示了主要的5G核心网网络功能实体，包括AMF、SMF、NRF、UDM、AUSF、NSSF等控制面功能以及UPF用户面功能。

AMF：接入及移动性管理；负责用户的移动性和接入管理。

SMF：会话管理；负责用户会话功能

UDM：统一数据管理；负责前台数据的统一处理，包括用户标识、用户签约数据、鉴权数据等

AUSF：鉴权服务器功能；配合UDM专门负责用户鉴权数据相关的处理。

NRF：网络存储功能；负责对NF进行登记和管理。

NSSF：网络切片选择功能；负责用来管理网络切片相关信息。

UPF：用户面功能；负责用户业务数据的分组路由与转发、外部PDU和数据网络互联。

点击两次核心网演进中的“UPF下沉”，并分别点击“应用3”、“应用2”和“应用1”，查看当前状态下的业务流动画。

4.通过业务流动画，了解UPF下沉的作用。

（1）在【认知学习】的“拓扑演进”模块，首先点击“微服务化”，然后点击“应用3”，查看当前的业务流路径。然后分别点击“应用2”和“应用1”，查看当前的业务流路径。

Tips：UPF 作为5G 网络和数据网络之间的连接锚点，所有核心网数据必须经过UPF转发，才能流向外部网络。如上图所示，分别展示了“应用1/2/3”的业务路径，可以看出，无论应用部署在哪个位置，即使比较靠近用户，仍然需要经过核心层的用户面功能进行数据的路由转发，这种中心化的特点使得业务时延增大，并且核心层的UPF以及传输网的压力较大。

（2）在【认知学习】的“拓扑演进”模块，点击两次“UPF下沉”，将用户面功能下沉式部署。

（3）再次分别点击"应用1”、"应用2" 和“应用3",查看不同应用场景下终端动画流程走向；

Tips：由以上业务路径可以看出，UPF下沉到网络边缘部署时，能够在更靠近用户的位置接入业务及应用。这样可以减少传输时延，实现数据流量的本地分流，缓解核心网的数据传输压力，从而提升网络数据处理效率，满足垂直行业对网络超低时延、超高带宽以及安全等方面的诉求。

5.通过动画查看并理解边缘计算MEC作用。

（1）在【认知学习】的“拓扑演进”模块，点击“边缘计算MEC”。

Tips：MEC，是一种运用在移动通信系统(Mobile)，边缘节点(Edge)，并承担大量计算任务(Computer)的应用。随着各种新服务类型的出现，比如AR/VR，connected cars等，传统的网络结构逐渐不堪重负，因此催生了MEC的出现，即将网络业务“下沉”到更接近用户的无线接入网侧，从而使用户感受到的传输时延减小、网络拥塞被显著控制，并且借助MEC，还可以将原本需要在本地计算处理的数据，放在边缘计算平台上进行，既满足业务处理要求，又能够降低对终端性能的要求。

通过前置“认知学习”模块中，我们已经了解5G的基本架构，同时理解了UPF、MEC网元下沉对业务的影响。接下来我们将通过5G网络拓扑的搭建来巩固5G网络的架构。

6.首先进行5G接入网部分的拓扑的搭建。

（1）点击【架构设计】板块，选择“传输与接入”中的AAU设备，将AAU设备添加到‘5G射频与天线单元’机房内；

（2）同样的操作，将DU+CU设备放置到“5G基带处理”机房内；

（3）点击“辅助”模块，选择择该模块中的“辅助”—“线”工具，按照如下进行连线。

Tips：5G基站（接入网）主要分为两个部分：

AAU（有源天线单元）：主要负责射频信号的处理，接收与发射无线信号。AAU相当于4G网络中的“RRU+天线”，还集成了BBU的部分物理层功能。（我们可以简单理解）

CU（集中单元）、DU（分布单元）：相当于4G网络中的BBU（基带处理单元），但是需要注意的是5G基带处理部分可以分离式部署或合设在一起，本拓扑为DU+CU合设的架构。

7.添加云主机设备，并在云主机上规划5G核心网的各网络功能。（注：5G核心网由于其NFV特性，因此可以部署在通用的云主机上。）

（1）选择“核心网设备”，并选中“云主机”，分别在“5G核心网用户面”和“5G控制面功能”的机房中，添加云主机设备。如下图所示：

（2）点击云主机设备，并选择“编辑”，即可规划云主机上所需运行的微服务或网络功能。各云主机规划的网络功能如下图所示：

Tips：AMF、SMF、UDM、AUSF、NRF、NSSF主要为5G核心网的控制面功能，所以放置在5G控制面机房内；UPF负责实现用户面功能，与终端用户进行数据业务交互，所以放置在5G核心网用户面。

8.根据5G业务流路径，建立用户面的业务数据链路。点击“辅助”模块，选择该模块中的“辅助”—“线”工具，按照如下进行连线，并将线条颜色改为黄色。（注：可以选中连线，并使用编辑工具来修改线的颜色）

Tips：当5G终端已经接入了5G网络，那么要去进行业务时，通过UPF来访问相关数据，用户面的路径（一般称为会话）如上图示。

9.基于上述操作，补充控制面的链路。点击“辅助”模块，选择该模块中的“辅助”—“线”工具，按照如下进行连线。

Tips：如上图所示，终端需要通过基站向AMF初始接入请求等消息，AMF收到请求消息后向核心网控制面网元及SMF网元发送相关交互信息等，同时SMF负责会话管理需要与UPF建立会话管理链路。

10.完成所有拓扑设计后，点击“应用”即可保存设计的拓扑图。