【原】基于服务架构的5G核心网

现代网络和服务核心通常都是基于云和虚拟化的平台，5G网络也是如此。这些平台是可编程的并允许在给定时间以所需的规模构建、配置、连接和部署许多不同功能。

3GPP定义了基于服务(SBA-Service-Based Architecture)的架构，其中5G 网络控制面功能和公共数据存储库通过一组互连的网络功能(NF)提供，每个网络功能都有权访问彼此的服务。基于服务的架构提供了一个模块化框架，可使用来自不同来源和供应商的组件来部署通用应用程序。

 图1.SBA架构的5G核心网

引入SBA是为了提高网络系统的模块化，让5G中的网络元素或网络功能(NF)通过基于服务接口相互通信。它允许将NF与更精确的功能解耦。每个NF向SBA中的另一个NF提供一组服务。这些NF使用更开放的基于REST的接口而不是传统的电信协议(如Diameter)相互通信。

SBA架构益处

• 部署为由Kubernetes编排的容器，允许核心在非专有基础设施上运行；

• 让新的软件供应商即插即用他们的NF，以获得最佳服务的方法；

• 支持网络切片，动态高效地利用资源；

• 使用应用程序编程接口(API)简化操作；

• 利用协调协议的如HTTP/2使用，完善安全机制；

• 促进第三方应用程序与核心网络的无缝集成。

REST和HTTP2

为了能够理解各种5GC中NF(网络功能单元)之间的消息传递，理解REST的概念和各种HTTP2很重要。与4G不同，5GC中的大部分控制面信令是通过 HTTP2协议进行的传递，不再承载GTPv2和Diameter等传统协议消息。

5GC进程中所有控制面通信都是通过REST ful API使用HTTPv2方法进行。

什么是REST？

REST通常表示状态传输，这是一种架构风格用于在网络上的计算机系统之间提供标准，使系统更容易相互通信。符合REST的系统通常称为 RESTful系统，其特点是它们是无状态的，并且将客户端和服务器的关注点分开。

REST原则

REST是围绕能够无状态、基于HTTP并具有标准的创建、读取、更新和删除 (CRUD)操作而构建的一组原则。能够拥有网络规模的性能和效率，具有可扩展性，并且通常简单、可读、直观且基于客户端-服务器模型。

图1.REST Principles

1. 客户端-服务器:一种客户端-服务器实现，其中5G NF(即客户端)向服务器请求服务，以便能够与上述SBA概念相关联。RESTful API是实现SBA的方法。这是两者融合的地方，客户端是消费者，服务器是特定服务的生产者。

2. 无状态:REST的下一个指导原则是服务器不保留请求中发送的任何信息，因此是无状态的。

3. 可缓存:这个指导原则概括了这样一个事实，即服务消费者应该能够缓存来自服务器的响应内容以备后用。这提高了应用程序的效率。

4. 分层系统:根据这个原则，客户端完全从所联系的服务器之外的东西中抽象出来。例如为了向客户端提供服务，服务器可能需要联系其他服务器，但这对消费者/客户端来说是完全隐藏的。这使得架构变得简单。

5. 统一接口：

统一接口REST原则是：

• · 资源标识:与网络服务相关的资源(文档、文件、图像)被唯一寻址;

• · 基于表示的资源操作:客户端可以通过一组标准操作更新资源。

• · 自描述消息:消息必须包含服务器完成请求所需的所有相关信息。

• · 超媒体作为应用程序状态引擎(HATEOAS):允许客户端通过响应中的超链接了解可以针对资源采取哪些进一步行动。

统一接口是5GC实现中严格遵循的准则,与服务相关联的所有资源都是唯一标识的。其中:HTTP2对资源的操作是通过一组标准操作进行的，如下所示：

• POST:请求服务器创建一个新资源。

• GET:检索请求中由URI寻址的资源。

• PUT:用请求的有效负载(JSON格式)替换(完全)由URI寻址的资源。

• PATCH:更新资源(部分)。

• DELETE:删除请求中URI寻址的资源。

基于3GPP API通信类型

通常有以下基于HTTPv2的通信：

                                                  图2.3GPP API

• 请求/响应(Request/Response):这是最简单的基于HTTPv2的通信类型，其中客户端简单地从生产者请求特定服务——例如,订阅者从UDM获取。

• 订阅/通知(Subscribe/Notify):在这种类型的通信中，消费者可以通过回调URI 订阅来自生产者的通知。因此，当触发某些事件时，生产者会通知消费者。例如，当其他NF出现故障时，SMF可以订阅NRF以获取通知。

RESTful SBA程序示例

在5G的SBA网络架构中功能拆分包括后：访问和移动管理功能(AMF)，作为用户设备(UE)所有通信的单入口点。一旦用户决定使用其中一项服务,如为了浏览网页，AMF需要分配一个会话管理功能(SMF)来管理用户会话上下文。

与5G一样，虚拟网络功能(VNF)可以随时实例化和删除，AMF首先需要发现可用且合适的SMF，这是通过AMF和网络存储库功能(NRF)之间执行的服务发现过程实现的。

为了成功实现,SMF必须事先向NRF注册，其有三种不同的流程：

                            图3.Simplified API calls for example SBA procedures

• 服务注册:SMF向NRF注册它提供的服务;

• 服务发现:AMF向NRF查询合适的SMF，然后接收在步骤1中注册SMF地址;

• 会话建立:请求的会话由AMF通过SMF在控制平面级别建立。

根据https:///5g-core-based-on-sbarest-and-http2/翻译整理