【5G核心网】控制面与用户面协议栈

Love The Way You Lie 2023-02-28 11:17 38阅读 0赞

本章节指定 5GS 实体之间的整体网络协议栈，比如在 UE 和 5GC 网络功能，在 5G-AN 和 5GC 网络功能，或者在 5GC 网络功能之间

# 1. 控制平面--5GAN和5G核心网：N2 #

N2 -> NG-C 其定义在 TS 38.413\[34\]

**    在 N2 定义了以下过程：**

>     -  与N2接口管理有关的并且与单独UE不相关的过程，例如用于N2接口的配置或重置。 这些过程旨在适用于任何访问，但可能对应于仅在某些访问中携带某些信息的消息（例如，仅用于3GPP访问的默认寻呼DRX的信息）。
> 
>     -  与单独UE有关的过程
> 
>           -- 与NAS传输相关的过程。 这些过程旨在适用于任何访问，但可能对应于针对UL NAS传输携带一些与访问有关的信息的消息，例如用户位置信息（例如3GPP访问上的Cell-Id或非3GPP访问的其他类型的用户位置信息） ）。
> 
>           --  与UE上下文管理相关的过程。 这些过程旨在适用于任何访问。 相应的消息可以携带：
> 
>                 ---  仅关于某些访问的一些信息（例如仅用于3GPP访问的移动性限制列表）。
> 
>                 ---  一些信息（例如与N3寻址和QoS要求有关）将由AMF在5G-AN和SMF之间透明转发。
> 
>           --  与PDU会话资源相关的过程。 这些过程旨在适用于任何访问。 它们可以对应于携带信息的消息（例如，与N3地址和QoS要求有关），该信息将由AMF在5G-AN和SMF之间透明地转发。
> 
>           --  与 Handover 相关的过程。 这些过程仅适用于3GPP接入。

**    5G-AN与5G核心之间的Control Plane接口支持：**

>     -  通过唯一的控制平面协议将多种不同类型的5G-AN（例如，3GPP RAN，用于对5GC的不可信访问的N3IWF）连接到5GC：单个NGAP协议用于3GPP接入和非3GPP接入
> 
>     -  对于给定的UE，每次访问在AMF中都有一个唯一的N2终结点，而不管UE的PDU会话的数量（可能为零）如何；
> 
>     -  AMF和其他功能（例如SMF）之间的解耦可能需要控制5G-AN支持的服务（例如，控制5G-AN中的PDU会话中的UP资源）。 为此，NGAP可以支持AMF仅负责在5G-AN和SMF之间中继的信息。 该信息在TS 23.502 \[3\]和本规范中可以称为N2 SM信息。

###    1.1 5GAN - AMF ###

>  *      **NG-AP： **NG Application Protocol  在 5G-AN 和 AMF 之间的应用层协议  TS 38.413
>  *      **SCTP： **Stream Control Transmission Protocol，在 AMF 和 5G-AN 之间 N2 传输信令消息  RFC 4960 \[44\]

![20201217104343436.png][] Figure 8.2.1.2-1: Control Plane between the 5G-AN and the AMF

###    1.2 5GAN - SMF ###

>     N2 SM information：NG-AP 消息的一部分，由 AMF 在 AN 和 SMF 之间透传，可以包含在 NG-AP 消息和 N11 相关消息

![20201217110515472.png][] Figure 8.2.1.3-1: Control Plane between the 5G-AN and the SMF

# 2 控制平面--UE和5GC #

,    单独的 N1 NAS 消息连接用来作为 UE 连接的接入，N1 终止点在 AMF，在注册管理和连接管理（RM/CM）都可以使用 N1 NAS 信令连接，针对的时 SM 相关消息和 UE 的流程

NAS 协议 N1 包括 *NAS-MM* 和 *NAS-SM* 部分

在 UE 和核心网还有很多协议，通过 NAS-MM 协议由 N1 传输，这些包括：

>  *     - Session Management Signalling.
>  *     - SMS.
>  *     - UE Policy.
>  *     - LCS

在 NAS-MM 的 RM / CM NAS 消息以及其他类型的 NAS 消息（比如 SM），以及相应的流程，都是解耦的

**    NAS-MM 支持的通用能力如下：**

*     a. 终止在 AMF 的 NAS 流程包括：

a1. 处理注册管理和连接管理状态机和 UE 的流程，其包括 NAS 传输，AMF 支持以下的能力：

a1.1 在 RM/CM流程中决定是否接收 RM/CM 部分的 N1 信令，没有考虑和其他非 NAS-MM 消息混合在同一个NAS 信令

a1.2 知道一个 NAS 消息路由到另一个 NF，或者在 RM/CM 过程中以 NAS 路由能力本地处理

a2. 在 UE 和 AMF 之间提供一个安全 NAS 信令连接（完整性保护，加密），包括传输 payload

a3. 提供接入控制如果适用的话

*      b. 可能传输其他类型 NAS 消息（NAS SM）携带 RM/CM NAS 消息，其支持 NAS 传输不同类型 payload 或者消息终止点 不是 AMF，例如 NAS-SM  SMS  UE Policy 和 LCS，包括：

b1. 关于 payload 类型的信息

b2. 用于转发目的附加信息

b3. Payload（例如 SM 消息）

*      c. 在 3GPP 和非 3GPP 接入应用的 NAS 协议，当 UE 通过多接入连接而 UE 只被一个 AMF 服务，每一个接入都有一个 N1 NAS  信令

![20201217111158764.png][] Figure 8.2.2.1-1 NAS transport for SM, SMS, UE Policy and LCS

###    2.1 UE - AMF ###

>     **NAS-MM:**  MM 功能的 NAS 协议支持注册管理功能，连接管理功能以及用户面连接的激活和停用。也负责加密和完整性保护 NAS 信令，5G NAS 协议定义在 TS 24.501
> 
>     5G-AN 协议层：这套协议/曾取决于 5G-AN。在 NG-RAN 的场景，在 UE 和 NG-RAN 的无线协议（eNodeB / gNodeB）定义在 TS 36.300 和 TS 38.300

![2020121711145126.png][] Figure 8.2.2.2-1: Control Plane between the UE and the AMF

###    2.2 UE - SMF ###

NAS-SM 支持在 UE 和 SMF 之间处理会话管理，SM 信令消息在 UE 和 SMF 的 NAS-SM 曾进行处理，SM 信令消息不会被 AMF 解析

NAS-MM 如下处理 SM 信令：

>  *     2.2 a 用于 SM 信令的传输
> 
>          NAS-MM 层创建 NAS-MM 消息，包括安全头，指示 SM 信令的 NAS 传输，对于接收 NAS-MM 的附加信息，怎样以及往哪转发 SM 信令消息
> 
>  *     2.2 b 用于接收 SM 信令
> 
>          接收 NAS-MM 处理 NAS-MM 部分消息，例如执行完成性检查，解析附加信息来获得咋样以及往哪转发 SM 信令消息

![20201217112245588.png][] Figure 8.2.2.3-1: Control Plane protocol stack between the UE and the SMF

# 3. 控制平面--在5GC网络功能 #

###    3.1 对于 SBI 的控制面协议栈 ###

定义在 TS 29.500 章节 4.2.6

###    3.2 SMF 和 UPF N4 接口的控制面协议栈 ###

SMF-UPF N4 参考点定义在 TS 29.244

# 4. 控制平面--不可信非3GPP接入 #

![20201217113717616.png][] Figure 8.2.4-1: Control Plane before the signalling IPsec SA is established between UE and N3IWF

![2020121711392317.png][] Figure 8.2.4-2: Control Plane after the signalling IPsec SA is established between UE and N3IWF

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3pob25nbGluemhhbmc_size_16_color_FFFFFF_t_70][] Figure 8.2.4-3: Control Plane for establishment of user-plane via N3IWF

# 5. 用户平面协议栈 #

###    5.1 用于 PDU 会话的用户名协议栈 ###

>      **PDU layer: **该层对应于通过在 UE 和 DN 之间承载的 PDU 会话，当 PDU 会话类型是 IPv4 IPv6 或者 IPv4v6，对应与 IPv4 包或者 IPv6 包，或者这两种，当 PDU 会话类型是以太网，则对应于以太网针
> 
>      **GPRS Tunnelling Protocol for the user plane：**该协议支持在骨干网通过 N3 （在 5G-AN 和 UPF）和 N9 （在 5GC 的不同 UPF）传输用户数据，详情在 TS 29.281。GTP 封装所有端点用户 PDU，在每一个 PDU 会话层提供封装。这些层携带与 Sos 流相关的标记，其定义在 TS 23501 5.7 章节，这个也写也可以用在 N4 接口，定义在 TS 29.244
> 
>     5G-AN 协议栈：这套协议/层取决于 AN
> 
>  *      5G-AN 是 3GPP NG-RAN，这些协议/层定义在 TS 38.401，在 UE 和 5G-AN （eNodeB / gNodeB）的无线协议定义在 TS 36.300 和 TS 38.300
>  *      当 AN 是不可信非 3GPP 接入，5G-AN 接口 N3IWF 定义在 TS 23501 4.3.2 章节，5G-AN 协议栈定义在 TS 23501 8.3.2 章节

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3pob25nbGluemhhbmc_size_16_color_FFFFFF_t_70 1][]** Figure 8.3.1-1: User Plane Protocol Stack**

**                                                           **

###    5.2 用户平面--不可信非 3GPP 接入 ###

![watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3pob25nbGluemhhbmc_size_16_color_FFFFFF_t_70 2][]**Figure 8.3.2-1: User Plane via N3IWF**

**                                                                       **

### 缩写解释： ###

**NG-AP： **NG Application Protocol  在 5G-AN 和 AMF 之间的应用层协议  TS 38.413

**SCTP： **Stream Control Transmission Protocol，在 AMF 和 5G-AN 之间 N2 传说信令消息  RFC 4960 \[44\]

**GTP-U： **GPRS Tunnelling Protocol for the user plane  用于用户平面的 GPRS 隧道协议

**IE：** information element  信息元素

**PFCP：** Packet Forwarding Control Protocol  包转发控制协议

**SEID：** SEID Session Endpoint Identifier  会话端点标识符

**参考： **

3GPP TS 23.501:  "System architecture for the 5G System (5GS);Stage 2"

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[2020121711392317.png]: /images/20230209/21d7d2e3156946d9bb92da3c7a235d6c.png
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