1.2 5G 网元功能与接口
5G 移动通信系统网络架构相比4G 移动通信系统更加细化，网络功能相比4G 移动通信系统更加具体，接口定义也更加明确。5G 移动通信系统网络架构和网络功能对5G 技术的发展影响深远。5G 移动通信系统网络架构的设计原则包括以下几个方面。
5G 移动通信系统采用NFV/SDN 技术，数据连接更加灵活，数据业务更加便捷，基于业务的控制面网络功能实现更加容易。
用户面功能和控制面功能分离，允许独立的可扩展性，可演进性及可灵活部署，比如可选择采用集中式或者分布式的方式。
功能设计模块化，比如采用灵活高效的网络切片。
无论何时何地使用，都可以将相应的过程（网络功能之间的互动）定义为业务以便用。
如果有需要，可以使相应的网络功能和其他的NF 互动。
降低AN（Access Network，接入网）和CN（Core Network，核心网）的耦合度，此时CN 应该作为一个公共接入网连接汇聚的核心网，而不是单纯的5GC；接入网可以是不同的接入类型，例如，3GPP 接入网和non-3GPP 接入网。
支持统一的鉴权架构。
支持“stateless”网络功能，实现网络功能与计算资源和存储资源解耦。
支持能力开放。
同时支持本地化和集中化业务，为了支持低时延业务并访问本地数据网络，用户面功能部署需要尽可能地靠近接入网。
本节将重点对5G 移动通信系统网络架构、网元功能、网元间接口和接口协议进行描述。
1.2.1 5G 移动通信系统整体网络架构
5G 移动通信系统基于服务的架构如图1-8 所示。
图1-8 非漫游5G 移动通信系统架构—SBA
5G 移动通信系统网络基于服务（SBA 方式）进行架构。SBA 借鉴了业界成熟的SOA
（Service-Oriented Architecture，面向服务架构）、微服务架构等理念，结合电信网络的现状、特点和发展趋势，进行革新性设计，实现软件服务重构核心网以及核心网的软件化、灵活化、开放化和智能化。
5G 网络功能之间的信息交互可以基于两种方式：基于服务；基于点对点。实际部署时，经常共同使用这两种方式。在5G网络架构中，不是所有的接口都适合基于服务表示。从图1-8可以看出，控制面内的网络功能，例如AMF（Access and Mobility Management Function，接入和移动管理功能）使其他授权的网络功能能够访问其服务，所以AMF 与其他核心网功能间基于服务进行架构。但是，对于接口N1 和接口N2，由于基站按需分散部署的特点，点对点表示方式更适合这两个接口。
5G 核心网分为控制面和用户面。AMF 负责终端的移动性和接入管理；SMF（Session Management Function，会话管理功能）负责对话管理功能，可以配置多个。AMF 和SMF 是控制面的两个主要节点，与它们配合的网络功能还包括用户数据管理、鉴权、策略控制等。NEF 和NRF用于帮助Expose（公开）和Publish（发布）网络数据，帮助其他节点发现网络服务。核心网用户面的网元是UPF（User Plane Function，用户平面功能）。与4G 移动通信系统网络架构相比，5G 核心网的控制面和用户面进一步分离，为了满足低时延、高速率的网络要求，5G 核心网对用户面的控制和转发功能进行了重构。重构后的5G 网络架构，控制面进一步集中，用户面进一步分化，并且融合SDN 和NFV 的思想，让整个网络更加灵活，满足不同的场景对网络差异化的需求。
5G 无线接入网NG-RAN 有两种表示方式：一是NG-eNB，表示升级后支持5G 接口协议栈的4G 基站；二是gNB，直接支持5G 接口协议栈的5G 基站。NG-eNB 和gNB 均可提
供空口的控制面和用户面协议终止点。NG-eNB 与NG-eNB、NG-eNB 与gNB、gNB 与gNB之间通过Xn 接口连接。接入网与核心网通过NG 接口连接，NG-RAN 与AMF 之间是NG-C接口，NG-RAN 与UPF 之间是NG-U 接口，基站与SMF 之间没有直接接口。5G 移动通信系统点到点表示如图1-9 所示。
图1-9 非漫游5G 移动通信系统架构—点到点表示
N2 接口和N3 接口可以实现AMF/UPF 和NG-RAN 节点的多对多连接，即一个AMF/UPF 可以与多个基站节点相连，一个基站节点可以连接多个AMF/UPF。这种灵活连接有助于减少由终端移动而发生的接口信令交互数量，降低5G 核心网的信令处理负荷。不同运营
商核心网可以连接到同一个NG-RAN 网络，实现不同运营商间共建共享接入网设备和无线资源，并能够获得相同的服务水平，节约建网成本。
5G 无线接入网的基站网元功能拆分为CU 和DU。5G 移动通信系统NG-RAN CU 与DU 分离逻辑图如图1-10 所示。
通常情况下，一个gNB 的DU 只会连接这个gNB 的CU，但是灵活性高是5G 系统的重要特点，所以实际应用时，DU 有可能连接到多个gNB CU。gNB CU 同样实现了控制面和用户面分离。在一个逻辑gNB中，通常只有一个控制面（CU-CP），但是会有多个用户面（CU-UP）。gNB CU 及其连接的若干gNB-DU 作为一个整体逻辑gNB 对外呈现，此时，这个逻辑gNB只对其他逻辑gNB 和与其相连的5GC 可见。
图1-10 5G 移动通信系统NG-RAN CU 与DU 分离逻辑图
在3GPP 历次会议中共提出了8 种CU 与DU 分离方案，如图1-11 所示。
图1-11 CU 与DU 分离方案
CU 与DU 分离方案可以分为高层功能划分方案和低层功能划分方案。分离点越趋向高层，表示更多的协议栈功能位于DU，此时集中化程度越低，实现越容易；分离点越趋向
低层，表示更多的协议栈功能位于CU，此时集中化程度越高，实现越困难。8 种方案中，Option2、Option7 和Option8 是重点讨论内容。截止到2020 年12 月，讨论结果如下。
底层功能划分方案：便于控制面集中，利于无线资源干扰协调，可以采用虚拟化平台。但是由于对传输和时延要求较为苛刻，所以至今没有确定分离方案。但是Option7 最终胜出的可能性最大。
高层功能划分方案：3GPP 已确定采用Option2。理由是PDCP 上移便于形成数据锚点，便于支持用户面的双连接/ 多连接。
从资源集中度、协同性能、传输带宽要求及传输时延要求4 个维度出发，对CU/DU 方案策略进行比较，如表1-1 所示。
表1-1 CU/DU 方案策略比较
