5G核心网原理与实践

时光荏苒，5G网络在我国商用已有3年了。

笔者从2008年开始在爱立信中国学院负责分组域核心网的教学工作，至2022年已经有14年了，经历了分组域核心网从GPRS到5GC的演进。很多刚刚转型接触核心网专业的朋友反馈说核心网太难了，甚至发出了核心网从入门到放弃的呼声，但在笔者看来，核心网并不像高等数学那样有较高的学习门槛，之所以觉得难是因为核心网(特别是5G核心网)有太多的网元、接口和信令流程，让新手无所适从。

同时5G核心网相关工作岗位又划分得很细，很多从业人员因为工作忙等原因选择了指标驱动型学习，只关心和了解自己所负责的产品或领域，缺乏端到端的理解，因此觉得难。

早些年笔者在对应聘者面试时，问应聘者路由器是什么样的？有应聘者回答路由器都是椭圆形的(因为在某些培训课件里路由器的图标确实是椭圆形的)。其实路由器入门并不难，回答不出也不能说明应聘者笨，只是因为没做过、不了解，仅此而已。

所以笔者认为核心网的难并不是技术层面的难，而是因为分工不同不熟悉对方领域所导致的，因此每当有无线专业的朋友夸我核心网业务厉害时，我总会说： “分工不同，各有所长。互相交流，共同进步。向您多学习。”这是实话，如和无线专业的朋友聊傅里叶变换我甘拜下风。

于是我想到了编写本书，希望本书能够以最通俗易懂的语言、生活化的场景，并结合国内5G商用网络部署情况和报文实战，理论联系实践，让新手读者对5G核心网有一个端到端较为全面的认识。

为了实现上述目标，在本书的编写过程中，我为自己制定了一些原则： 

(1) 不说废话，将与主线无关的文字或句子全部删除，例如一些为了凑篇幅而存在的句子。

(2) 涉及信令流程中的参数必须结合3GPP规范、商用网络中的报文逐一确认，避免在本书的信令流程图中出现未商用或没有商用前景的可选或无关参数，以免误导了学习方向。

(3) 所有信令流程均结合生活化的场景举例介绍，让信令流程更加接地气。

如果读完本书您能发出这样的感慨，“啊，原来5G核心网是这样的！”那就太好了。

感谢我最爱的亲人庹荣莉、尹月兰、易军。没有你们的支持，我无法完成本书。我爱你们。感谢共同执笔和校稿的中国移动5G专家何宇、vivo通信研究院专家刘子琦。感谢爱立信中国学院各位领导和同事长久以来给予的鼓励与帮助。感谢清华大学出版社赵佳霓编辑在本书的编写和出版过程中的指导。

限于笔者的水平与能力，书中还有诸多不足，恳请各位读者和专家提出宝贵的意见和建议。

通信网络早已成为水电气一样的基础设施。通信人更了解通信人的不容易。恭祝所有通信人身体健康，平安快乐！这是我平凡而真诚的祝福。

易飞
2023年6月

本书以3GPP R15.6版本规范为理论基础，结合5G商用网络部署对5G核心网的主要知识点做了较为全面的梳理和介绍。 本书共6章。第1章结合3GPP规范23.501详细介绍5G核心网的架构、接口和主要网元与功能特性。第2章介绍5G核心网使用的协议，包括NGAP、PFCP、HTTP/2、GTP-U等。第3章则详细介绍5G核心网的基本信令流程，主要包括注册管理流程、会话管理流程、连接管理流程和5G内切换流程。第4章详细介绍5G与4G网络长期共存大背景下，5G与4G网络互操作的信令流程。第5章则对目前国内商用网络流行的大区制组网进行了介绍，重点介绍了大区制组网下5G注册和PDU会话建立流程的信令路由及网元的基本局数据配置。第6章通过一个5G用户一天的生活，剖析了生活中常见的信令流程。本书侧重介绍5G核心网的主要协议与信令流程。为了帮助读者更好地理解信令与流程，本书采用了大量生活化的场景进行介绍，让更多的读者了解和喜欢学习核心网知识，而不是因为门槛过高而快速放弃学习。 本书适合5G核心网维护工程师、测试工程师及对5G核心网技术感兴趣的读者阅读，同时也同样适合零基础的朋友阅读。

易飞，爱立信东北亚区学院全球认证资深讲师，从事核心网相关培训超15年，深耕核心网领域，熟悉国内和全球主流核心网商用网络组网及厂家产品原理，常年为中国移动、中国联通、中国电信及海外运营商如软银、KDDI网络运维部门提供课程交付服务，深得学员好评，并多次赴瑞典总部学习交流。擅长使用生活化的场景举例来讲解枯燥的信令流程和特性。目前主要负责爱立信公司5G核心网及NFV相关产品的培训。著有《GPRS网络信令实例详解》和《EPC原理与实践》。

何宇，任职于中国移动集团公司，从事核心网生产维护及生产管理工作14年，在日复一日的实践中积累了纵跨2G、3G、4G到5G核心网的丰富运维经验。

刘子琦，毕业于北京邮电大学，获得通信与信息系统硕士学位。在通信外企500强工作十余年，从事2G、4G、5G网络测试、开发、基站系统架构设计。现就职于vivo通信研究院，主要关注于5G标准化，以及欧盟通信相关政策法规和标准研究。

第1章5GC基础00

1.15GC网络架构及网元00

1.1.15G的规范时间表00

1.1.25G规范的阅读建议00

1.1.35G网络的构成00

1.1.45GC的十大主要变化0

1.2移动性管理0

1.2.1注册管理模型0

1.2.2连接管理模型0

1.2.3用户标识(UE ID)0

1.2.45G NAS移动性管理主要信令流程0

1.2.5移动性限制0

1.2.6ULI参数0

1.2.7RRC Inactive态0

1.2.8重要的移动性管理计时器0

1.3会话管理0

1.3.15G和4G会话管理的对比0

1.3.2会话管理的新概念或术语0

1.4QoS0

第2章5GC协议0

2.1N2接口NGAP0

2.1.1NGAP简介0

2.1.2NGAP流程与消息分类0

2.1.3常见NGAP流程与业务的串联0

2.2N4接口PFCP0

2.2.1PFCP规范概述0

2.2.2PFCP基本概念0

2.2.3UPF如何完成报文处理0

2.2.4N4接口规则之PDR0

2.2.5N4接口规则之FAR0

2.2.6N4接口规则之QER0

2.2.7N4接口规则之BAR0

2.2.8N4接口规则之URR0

2.3SBI HTTP/20

2.3.1HTTP/2概述0

2.3.2HTTP/2的基本概念0

2.3.3HTTP/2的数据传送0

2.3.4HTTP/2特性之服务器推送0

2.3.5HTTP/2特性之头压缩0

2.3.6HTTP/2数据部分之JSON封装0

2.3.75GC中的HTTP会话0

2.3.8RESTful API概述0

2.3.95GC资源URI的结构0

2.4用户面协议GTPU0

2.4.15G的GTPU协议简介0

2.4.2GTPU包头结构0

2.4.3N3接口GTPU消息封装举例0

第3章5GC基本信令流程0

3.1注册管理流程0

3.1.1初始注册流程0

3.1.2移动性注册更新流程0

3.1.3带AMF重选的5GC初始注册流程0

3.1.4周期性注册更新流程

3.1.5UE发起的去注册流程

3.1.6网络侧发起的去注册流程

3.2会话管理流程

3.2.1PDU会话建立流程

3.2.2PDU会话修改流程

3.2.3PDU会话释放流程

3.3连接管理流程

3.3.1AN释放流程

3.3.2UE发起的业务请求流程

3.3.3网络侧发起的业务请求流程

3.45G内切换流程

3.4.1Xn切换流程

3.4.2N2切换流程

第4章4G和5G互操作流程

4.15G到4G的TAU流程

4.24G到5G的MRU流程

4.35G到4G的切换流程

4.44G到5G的切换流程

4.5EPS Fallback流程

第5章网络实战

5.1大区制下的5G注册流程信令路由

5.1.1大区制场景举例

5.1.2大区制5G注册流程信令路由说明

5.2大区制下的PDU会话建立流程信令路由

5.35GC网元局数据配置概述

5.3.1局数据配置的说明

5.3.2业务地址规划

5.3.3AMF局数据配置概述

5.3.4SMF局数据配置概述

5.3.5UPF局数据配置概述

第6章生活中的5G： 美美的一天

6.1数据发放

6.2开机

6.3生活中的信令流程

6.4PCC管控

附录A怎样查规范来确定信令流程图中的参数

本书以3GPP R15.6版本规范为理论基础，结合5G商用网络部署对5G核心网的主要知识点做了较为全面的梳理和介绍。 本书共6章。第1章结合3GPP规范23.501详细介绍5G核心网的架构、接口和主要网元与功能特性。第2章介绍5G核心网使用的协议，包括NGAP、PFCP、HTTP/2、GTP-U等。第3章则详细介绍5G核心网的基本信令流程，主要包括注册管理流程、会话管理流程、连接管理流程和5G内切换流程。第4章详细介绍5G与4G网络长期共存大背景下，5G与4G网络互操作的信令流程。第5章则对目前国内商用网络流行的大区制组网进行了介绍，重点介绍了大区制组网下5G注册和PDU会话建立流程的信令路由及网元的基本局数据配置。第6章通过一个5G用户一天的生活，剖析了生活中常见的信令流程。本书侧重介绍5G核心网的主要协议与信令流程。为了帮助读者更好地理解信令与流程，本书采用了大量生活化的场景进行介绍，让更多的读者了解和喜欢学习核心网知识，而不是因为门槛过高而快速放弃学习。 本书适合5G核心网维护工程师、测试工程师及对5G核心网技术感兴趣的读者阅读，同时也同样适合零基础的朋友阅读。

易飞，爱立信东北亚区学院全球认证资深讲师，从事核心网相关培训超15年，深耕核心网领域，熟悉国内和全球主流核心网商用网络组网及厂家产品原理，常年为中国移动、中国联通、中国电信及海外运营商如软银、KDDI网络运维部门提供课程交付服务，深得学员好评，并多次赴瑞典总部学习交流。擅长使用生活化的场景举例来讲解枯燥的信令流程和特性。目前主要负责爱立信公司5G核心网及NFV相关产品的培训。著有《GPRS网络信令实例详解》和《EPC原理与实践》。

何宇，任职于中国移动集团公司，从事核心网生产维护及生产管理工作14年，在日复一日的实践中积累了纵跨2G、3G、4G到5G核心网的丰富运维经验。

刘子琦，毕业于北京邮电大学，获得通信与信息系统硕士学位。在通信外企500强工作十余年，从事2G、4G、5G网络测试、开发、基站系统架构设计。现就职于vivo通信研究院，主要关注于5G标准化，以及欧盟通信相关政策法规和标准研究。