5G Core 简单介绍
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发布时间：2022-12-28 12:23
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时间：2023-10-23 01:37
本文主要介绍 5GS 的几个特征，5GC 中几个重要的 Network Function。简单介绍 SDF，QoS Flow，DRB，PDU Session，QFI，AN 和 CN Tunnel。
以下是23.501中描述的5GS的 high-level architecture。
其中有许多相对于4G EPC的改进
以下是一些 control plane Network Function 的功能介绍：
当 UE 在 5G cell 或 tracking area 内开机的时候，UE 执行 Registration Procere，AMF 在 UDM 和 AUSF 的帮助下认证 UE 的 SIM 卡，确认它是否在 5GS 中有 valid subscription。
当 UE 的 Registration Procere 完成后，UE 将向 AMF 发起一条 PDU Session Establishment request，以在 UE 和 DN 建立 default QoS Flow。然后 UE 就可以使用 established PDU Session 中的 default QoS Flow 与 DN (如Internet) 进行 traffic 交换，或者通知 DN 内的其他应用 (如 Voice server) 去建立额外的 QoS Flow 以支持需要更多 QoS 的 traffic 等等。 在 5G 中，QoS Flow 是可以应用 QoS 和计费的 traffic flow 的最小粒度。这与 4G 的 EPS Bearer 很相似。
下图展示了 3个成功与 DN 建立 PDU Session 并进行 traffic exchange 的 UE。
在成功建立 PDU Session 后，default Qos Flow 被创建用于 UE 与 DN 之间交换 traffic。gNB 和 UE 之间建立 DRB (Data Radio Bearer) ，以将 UPF 的 N3 GTP-U tunnel 拓展到 UE。
default QoS Flow 是 non-GBR (non-Guaranteed Bit Rate) QoS Flow，不带 Packet Filter，它在 traffic mapping 方面也只有最低优先级。 也就是说，在UE 的 PDU Session 中，若 UL/DL traffic 与其他 QoS Flow 中的所有 Packet Filter 都匹配不上，才会用 default QoS Flow 转发 UE traffic 到 DN，反之同理。
default QoS Flow 也可被 UE 用于通知 AF (Application Function) 如 voice or video server 建立 GBR QoS Flow 以支持需要更多 QoS 的 network application， 如视频会议。
上图中，3个 UE 都有通向 DN 的 default QoS Flow。 SDF (Service Data Flow) 即 UE 和 DN 之间的 traffic stream。
假设 UE1 是台 5G手机，正用 Firefox 浏览器打开 4个页面访问4个不同的网站。因为 default QoS Flow 在 UE 和 UPF 都没有 Packet Filter，因此对 UL/DL traffic 没有分类功能，所以浏览器的 traffic 都被 map 到 default QoS Flow 中的单个 SDF 上。 Qos Flow 用 SMF 分配的 QFI (QoS Flow Identifier) 进行标识。假设这里说的 default QoS Flow 的 QFI 是 102。
除了 default QoS Flow，UE1 也许还需要 GBR QoS Flow 来携带诸如视频会议的 traffic。它会通过 default QoS Flow 通知视频会议服务器或 AF (Application Function) ，AF 将向 PCF 发起 QoS Flow Setup，以便它为 SMF 生成 PCC 规则。然后，SMF 使用 PDU Session Modification Request 更新 UPF，以增强 UE 的 PDU 会话，修改现有的或创建适合视频会议流量 的新 QoS 流。 在上图中，一条 GBR QoS Flow 被创建了出来。
在 GBR QoS Flow 被创建出来，满足了 UE1 的视频会议需求后，假设现在 UE1 又要玩在线 VR 游戏，且假设 VR 游戏的 QoS 需求与视频会议的一样，SMF 可以通过 PDU Session Modification Procere 修改当前的 GBR QoS Flow 为支持 2条 SDF。将 SDF 映射到合适的 QoS Flow 上的流程称为 SDF Binding。
当 UE 和 DN 之间建立起 PDU Session 时，同时会建立以下 tunnel：
这两条分别通向 Access Node (AN such as gNB) 和 Core Node (CN such as UPF) 的单向 GTP-U tunnel，分别被称为 AN tunnel 和 CN tunnel。
简单地记，即一个与5GS建立QoS Flow 的 UE，对应一个 TEID_an 和 TEID_cn。
当 UE 从旧 gNB 漫游到新 gNB 时，SMF 会通知 UPF 新 AN Tunnel，让 UPF 通过这条 tunnel 发送要给 UE 的 DL traffic。SMF 也会将 CN Tunnel 通知给新gNB，因此新 gNB 可以发送 UL traffic 到 UPF。
因为漫游的过程中 CN Tunnel 保持不变，因此 UPF 的 IP 和 UE 的 TEID_cn 又被合称为 UE 的 PDU Session Anchor (PSA)。
PCF 给 SMF 发送 PCC rule 后，SMF 会制定不同的 QoS 结构并顺着 QoS Flow 发送给需要的 entity。主要有：
下图即为了建立 QoS Flow 发送的 QoS 结构
若 UE，gNB，UPF 能满足 SMF 发来的 QoS 结构的需求，则 QoS 结构中携带的 QFI 将成为当前的 QoS Flow 的特征。
现在再回头看上面三个UE的图，UE1有一个 non-GBR QoS Flow 和一个 GBR QoS Flow。gNB 决定创建2个 DRB 用于分别携带 UE1的 non-GBR QoS Flow 和 GBR QoS Flow。 由于这2个 DRB 都使用 AN Tunnel-a，因此 QoS 流中的 QFI 就成为了给 DRB 分配流量的指标。 换句话说，是 QFI 将 GBR 和 non-GBR traffic 与 DRB1 和 DRB2 绑定了起来。
