5G无线技术基础自学系列 | 5G信令流程基础

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由于5G网络架构有NSA组网和SA组网两种模式, 所以信令也分为NSA组网信令流程和SA组网信令流程。NSA组网时控制面在4G侧, 所以NSA组网信令流程遵循4G的信令流程; 5G SA组网采用了独立的5G核心网,信令流程也采用独立的信令流程。同时,信令流程中也会涉及网络架构和用户标识信息。

7.1.1 5G网络基本架构

相比于4G,5G SA网络架构控制面与用户面的分离更为彻底, SA网络架构中包括了NGC和NR-RAN两部分, 其主要网元如图7-1所示。

5G的无线网络称为NR-RAN, 对应的网元是gNodeB, 主要功能和eNodeB基本类似, 包括无线资源管理、无线承载控制、无线准入控制、移动性控制、调度等。5G的核心网称之为NGC, 包含了AMF、UPF、SMF等网元, 具体网元功能如下。

(1) AMF:主要负责注册管理、连接管理、可达性管理、移动性管理、接入鉴权、合法监听、转发UE 和SMF间会话管理的消息。

(2) SMF:主要负责会话管理、UE IP地址的分配和管理、选择和控制UPF、配置UPF的流量定向、转发至合适的目的网络、策略控制和QoS、合法监听、计费数据搜集、下行数据到达通知。

(3) UPF:数据面锚点, 主要负责连接数据网络的PDU会话点、报文路由和转发、流量使用量上报、合法监听。

(4) UDM:主要负责签约数据管理、用户服务NF注册管理、产生3GPP AKA鉴权参数、基于签约数据的接入授权、保证业务/会话连续性。

(5) AUSF:支持鉴权服务功能。

(6) PCF:支持统一策略管理网络行为, 提供策略规则给控制面功能, 访问UDR中与策略决策相关的签约信息。

7.1.2 NR用户标识

1.AS层 UE 标识

表7-1所示为无线网络临时标识(Radio Networ Temporary Iddentifier, RNTI) , 是无线侧RRC连接中用户的临时身份标识, 长度固定为32bit。其中, RA-RNTI和Temporary CRNTI是随机接入过程中的临时标识, 当UE进入RRC Connect状态以后, 临时标识变成C-RNTI, 该标识实际值等于Temporary CRNTI, CS-CRNTI用于半静态调度场景, P-RNTI和SI-RNTI固定用于寻呼和系统广播消息的调度, 在全网范围内为固定值。

2. NAS  UE 标识

表7-2所示为UE和核心网交互信令的非接入层用户身份标识。其中, IMSI和IMEI都是UE的私有身份标识; 5G-GUTI是由AMF分配的用于替代用户的IMSI标识, 用以保证用户私有信息的安全性。