5G移动网络新技术及核心网架构
作者：苟晟
来源：《卷宗》2020年第26期
摘 要：5G实际上是第五代通信技术，是当今科技快速发展的成果。正如我们所知，1G诞生于1980年代，其模拟技术基于蜂窝无线电话。接下来，将2G技术添加到SMS中，而3G技术带来了Internet浏览和其他功能。当前，4G通信技术具有更大的带宽和更快的数据传输速率。随着通信技术的飞速发展，5G时代已经到来，其使用范围的扩大将改变现有的生活方式。5G通信技术的真正定义是指直到第五代的现代通信科学技术的研发。5G通信技术领域强调三大优势：超高速、大容量和低延迟，在人工智能、物联网、智能城市，自动驾驶和智能制造等领域具有广泛的应用潜力。
关键词：5G移动网络;新技术;核心网架构
DOI：10.12249/j.issn.1005-4669.2020.26.332
当前，用于5G移动网络的新技术发展迅速，但是用于5G移动网络的新技术的研究和测试也不容忽视。为此，基于5G网络的实际需求，从早期的基本概念到应用的观点，到5G网络技术、5G通信系统的核心网络架构都需要分析。
1 5GSoftNet移动网络逻辑架构和功能分析
5G移动网络使用SoftNet（一种分散式的网络管理），它主要由统一接入网和基于SDN的核心网组成，其中：统一接入网为所有无线接入点都连接到核心网络边缘的本地LAS，一旦它们进入核心网络，它们便可以由LAS上任何无线接入点或分布式网关服务的移动终端进行访问。基于SDN的核心网主要实现移动性管理和通信管理。基于软件的网络功能可提供移动性管理，它使用网络控制器和网络基础结构来管理网络，并提供网络管理策略和动态，确定QoS控制参数。同时，网络移动性管理过程应集中于移动性锚点的特定位置和方式。LAS可以部署为分布式网关，以支持分布式移动性管理。接入网络中无线资源有效地实现了5G移动网络的管理，包括位置管理和切换管理，并通过监视和管理分布式网关来减轻本地流量的负担，从而可以实现卸载。
5G的基本特点与关键技术
第五代移动通信技术（5G）是目前移动通信技术发展的最高峰，也是人类希望不仅改变生活，更要改变社会的重要力量。
5G是在4G基础上，对于移动通信提出更高的要求，它不仅在速度而且还在功耗、时延等多个方面有了全新的提升。由此业务也会有巨大提升，互联网的发展也将从移动互联网进入智能互联网时代。
5G的三大场景
国际标准化组织3GPP定义了5G的三大场景。其中，eMBB指3D/超高清视频等大流量移动宽带业务，mMTC指大规模物联网业务，URLLC指如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。
通过3GPP的三大场景定义我们可以看出，对于5G，世界通信业的普遍看法是它不仅应具备高速度，还应满足低时延这样更高的要求，尽管高速度依然是它的一个组成部分。从1G到4G，移动通信的核心是人与人之间的通信，个人的通信是移动通信的核心业务。但是5G的通信不仅仅是人的通信，而且是物联网、工业自动化、无人驾驶等业务被引入，通信从人与人之间通信，开始转向人与物的通信，直至机器与机器之间的通信。
5G的三大场景显然对通信提出了更高的要求，不仅要解决一直需要解决的速度问题，把更高的速率提供给用户；而且对功耗、时延等提出了更高的要求，一些方面已经完全超出了我们对传统通信的理解，把更多的应用能力整合到5G中。这就对通信技术提出了更高要求。在这三大场景下，5G具有6大基本特点。
5G的六大基本特点
高速度
相对于4G，5G要解决的第一个问题就是高速度。网络速度提升，用户体验与感受才会有较大提高，网络才能面对VR/超高清业务时不受限制，对网络速度要求很高的业务才能被广泛推广和使用。因此，5G第一个特点就定义了速度的提升。
其实和每一代通信技术一样，确切说5G的速度到底是多少是很难的，一方面峰值速度和用户的实际体验速度不一样，不同的技术不同的时期速率也会不同。对于5G的基站峰值要求不低于20Gb/s，当然这个速度是峰值速度，不是每一个用户的体验。随着新技术使用，这个速度还有提升的空间。
5G网络整体架构及功能
1、5G网络的整体架构
5G的网络架构主要包括5G接入网和5G核心网,其中NG-RAN代表5G 接入网，5GC代
表5G核心网。
2、5G接入网(NG-RAN)
5G接入网主要包含一下两个节点：
gNB: 为5G网络用户提供NR的用户平面和控制平面协议和功能
ng-eNB：为4G网络用户提供NR的用户平面和控制平面协议和功能
其中gNB和gNB之间，gNB和ng-eNB之间，ng-eNB和gNB之间的接口都为Xn接口
2.1、gNB和ng-eNB的主要功能
1、无线资源管理相关功能：无线承载控制，无线接入控制，连接移动性控制，上行链路和
下行链路中UE的动态资源分配（调度）
2、数据的IP头压缩，加密和完整性保护
3、在用户提供的信息不能确定到AFM的路由时，为在UE在附着的时候选择到AMF路由;
4、将用户平面数据路由到UPF
5、提供控制平面信息向AMF的路由
6、连接设置和释放 7、寻呼消息的调度和传输
8、广播消息的调度和传输
9、移动性和调度的测量和测量报告配置
10、上行链路中的传输级别数据包标记;
11、会话管理
13、QoS流量管理和无线数据承载的映射
14、支持处于RRC_INACTIVE状态的UE
15、NAS消息的分发功能
16、无线接入网络共享
17、双连接
18、支持NR和E-UTRA之间的连接
3、5G核心网（5GC）
5G的核心网主要包含以下几部分：
AMF：主要负责访问和移动管理功能(控制面)
UPF：用于支持用户平面功能
SMF：用于负责会话管理功能
3.1、AMF的主要功能
1、NAS信令终止
2、NAS信令安全性
3、AS安全控制
4、用于3GPP接入网络之间的移动性的CN间节点信令
5、空闲模式下UE可达性（包括控制和执行寻呼重传）
6、注册区管理
7、支持系统内和系统间的移动性
8、访问认证、授权，包括检查漫游权
9 、移动管理控制
5G 核心网网络安全研究与分析
摘要：5G核心网相对于4G网络在架构、功能、业务能力提供方面有较大的革新，同时也带来了安全风险和挑战，本文重点对5G核心网安全进行了风险因素的识别，提出了具体的安全解决方案以及核心网隔离方案，对未来5G网络安全研究方向进行了展望分析。
关键词：5G核心网、网络安全、虚拟化、切片、NFV
引言
5G核心网相比于传统3G/4G网络在架构和功能上提供更泛在的接入支持、更灵活的控制和转发机制，能与云化基础设施结合，为普通消费者、应用提供商和垂直行业提供网络切片、边缘计算等新型业务能力。5G核心网基于NFV的核心架构，在提供多种网络新业务的同时，也带来了安全风险和挑战。如何识别网络的安全风险以及提出网络安全防护措施已是网络建设重要关注的问题。
1 5G安全风险分析
5G面临的新安全风险和挑战主要包括：基础设施基于虚拟化池建设，设备安全边界模糊，开放端口成为数据泄露的脆弱点，多样化终端的安全能力差异大，容易成为新的攻击目标以及新业务场景下安全责任归属问题等。
1.1虚拟化基础设施安全
基础设施虚拟化云化给网络安全带来了突出挑战，具体表现在以下几个方面：虚拟化服务化架构模糊了传统网络边界，给虚拟化软件及虚拟机间的通信安全带来风险；集中的控制点容易成为网络攻击的“重灾区”；分层解耦、多厂商集成导致安全问题快速定位和溯源困难；开源软件的脆弱性及安全漏洞，给自动化安全评估和修复带来挑战。
1.2边缘计算安全
移动边缘计算（MEC）基础设施通常部署在网络边缘，客观缩短了攻击者与MEC物理设施之间的距离，使得攻击者更容易接触到MEC网络基础设施，被攻击后可能会造成物理设备毁坏、服务中断、用户隐私和数据泄露等严重后果。
1.3网络切片安全
5G不同的网络切片承载不同的5G业务，但网络切片共享网络基础设施，这就对切片的安全隔离能力带来挑战。若网络切片的认证和授权能力不足，则可能造成敏感信息和/或隐私信息泄漏，并且被攻击者所利用。
