1. 5G核心网概念

5G核心网是支撑5G移动通信系统的关键组成部分，是实现5G移动通信的重要基础设施，它负责管理和控制移动网络中的各种功能和服务。它提供了丰富的功能和服务，支持高速、低时延、高可靠性的通信体验，并为不同行业和应用场景提供了灵活的网络切片能力。5G核心网的一个关键功能：为用户终端（UE）提供一个到达数据网（DN）的连接。

2. 5G服务架构

5G网络单位介绍：

UE : 用户手机终端

RAN：5G接入网络。包含5G基站gNodeB

AMF：5G核心网中一个组件。负责管理UE的接入和移动性控制

SMF：5G核心网中一个组件。负责设备会话管理。

UPF：5G核心网中一个组件。负责处理用户面数据的转发和处理。

AUSF：5G核心网中一个组件。负责用户设备的认证。

NGAP协议的接口协议栈：

N2 接口在 5G-AN 和 AMF，协议 NGAP，传输层为 SCTP，上层用户可以是 NAS，包括 MM 和 SM

5G设备接入过程介绍：

1. 手机终端UE通过 小区选择、随机接入过程，建立起与基站的连接。

2. 基站 选择 AMF节点，将终端的连接请求透传给AMF，进行后续的鉴权、建立会话等过程。

3. AMF与AUSF进行通信，对设备完成鉴权（验证身份和安全性）。

4. AMF与SMF通信，请求设备的会话建立，并为设备分配会话标识符。

5. SMF与UPF进行通信，请求分配用户面的资源（IP地址、流量控制策略等）。

6. UPF将用户数据转发给设备，并确保数据的质量和有效的路由。

5G网络中各个实体之间的关系和交互方式介绍

1. UE（User Equipment）是指终端设备，也就是我们通常所说的手机、平板电脑、物联网设备等。UE的主要功能包括接收和发送数据、进行呼叫、接收广播、浏览网页等。

2. NG-RAN 是由一系列基站和中央单元等组件构成，包括多个gNB，负责实现5G网络的无线接入功能。简单来说，NG-RAN就是5G移动网络中连接终端设备和核心网的桥梁，它提供了5G网络的无线接入功能，支持用户设备通过5G网络获取各种服务和应用

3. 5G-AN：5G接入网络，是5G网络的一个核心组成部分，包括gNB和其他组成部分，负责UE的接入、鉴权和移动性管理等任务。在5G网络中，UE首先需要连接到5G-AN，通过与gNB建立物理连接和控制连接，完成UE的接入、安全鉴权和服务请求等过程。同时，5G-AN还需要提供移动性管理服务，支持UE在不同的gNB之间进行切换和无缝漫游。除了gNB之外，5G-AN还包括其他组成部分，如MME、SGW等，用于支持UE的移动性管理和承载管理等功能。

4. AMF 是5G核心网中的一个重要组件，负责管理UE的接入和移动性控制。具有以下主要功能：

   1. UE的接入控制：AMF负责对UE进行鉴权、认证和授权等操作，以确保只有合法的UE可以接入5G网络。

   2. 移动性管理：当UE从一个无线接入点移动到另一个无线接入点时，AMF负责管理UE的移动性，并与相应的NG-RAN节点协同工作，以确保UE在移动过程中不会中断服务。

   3. 会话管理：AMF负责管理UE与核心网之间的会话，包括会话的建立、维护和释放等操作，以确保UE可以持续地访问5G网络。

   4. 安全性管理：AMF负责管理5G网络的安全性，包括对UE进行加密和解密操作、验证网络实体的身份、以及执行各种安全策略等。

5. gNB是5G移动通信网络中的一种基站设备。gNB是5G网络中的关键设备之一，它能够支持多种频段和多种接入技术，它扮演着连接UE和核心网的桥梁，支持高速数据传输和多种应用场景，是实现5G网络覆盖和服务的关键组成部分。在5G-AN中，gNB是核心组成部分之一，负责与UE进行物理层和控制层信号的交互，同时还需要与其他网络实体（如AMF、UPF等）进行信令交互，完成5G网络中的数据传输和服务管理等任务。新型基站也就是纯5G基站。

6. ng-eNB（Next Generation Evolved NodeB）是一种与gNB相兼容的基站，用于实现LTE和5G NR（New Radio）无缝切换和融合。4G增强型基站。

UE与gNB之间通过NGAP消息交互，实现UE的接入、鉴权和移动性管理等功能。

gNB与AMF之间也通过NGAP消息进行交互，实现对UE的会话管理、安全管理等控制面功能。

AMF、SMF、UPF之间也通过NGAP消息进行交互，以实现5G网络中的数据传输和QoS控制等功能。

 

5G通信重要的三个流程：

1. RRC连接流程

   1. UE跟gnodeB之间的建立，重配置，释放，重建

      1. RRC Connection request消息，携带UE的相关的标识，stimc这样的标识，以及建立的原因。

      2. gNB为UE建立上下文，并且进行SRB1这样的资源转入和资源配置，并回复setup消息，携带SRB1资源配置详细信息

      3. UE对SRB1资源信息进行无线资源配置，发送RRC complete，携带对PMI的选择，和AMF要求

      4. gNB创建一个，根据选择和要求，选择AMF节点，然后将NAS信息携带的NAS发送给AMF

      5. gNB透传消息，进行身份的鉴权，注册等过程

    b.UE不活动行的管理

2. 上下文建立流程

gnodeb向5G核心网发送Initial UE message，触发核心网建立连接，并接受UE的上写完，建立，修改，释放

1. AMF发送 UE Context setup req消息，通知UE启动初始上下文建立的建立过程

2. gNB发送给UE消息RRC secuity cmd，通知UE启动完整性保护和机密过程，从这个开始，往下的通讯都是加密的。

3. UE根据这个消息中的秘钥算法，派生秘钥，回复secerity complete，告诉配置完成，开始启动上行加密

4. gNB查询UE的能力，然后返回能力信息，包括支持怎样的载波聚合，

5. UE给AMF透传自己的能力

3. PDU会话流程

UE与数据网络之间 的连接，一个PDU会话包含着数个PDU会话流，为QOS修改，建立，修改传输过程

4G手机接入过程，手机附着过程

附着（Attach）：

终端在PLMN中注册，从而建立自己的档案，即终端上下文

进行附着的三种情况：

①终端开机后的附着，初始附着

②终端从覆盖盲区返回到覆盖区

③终端之前没有SIM卡，后来插入SIM卡需要进行附着

附着完成的三个任务：

①终端在PLMN中注册，并驻留到小区

②在MME中建立终端上下文

③为终端建立默认承载

附着的过程：

初始附着流程：

请求附着：

附着请求为Attach Request，是一种NAS信令，由RRC Connection Setup Complete消息来承载（是RRC建立连接的最后一条消息）

获得终端ID：

信令流程：

鉴权：

获得终端相关的鉴权四元组后，MME启动终端鉴权流程；

对于附着过程，鉴权是必须的

NAS：

鉴权成功后，进行NAS加密

接受附着：

MME在确认用户是合法用户后，为用户在eNB中创建相应的终端上下文，并开始建立默认承载

附着消息会在加密完成后，由基站转发给终端

建立默认承载：

Activate Default EPS Bearer Context Request消息，用于建立默认承载

完成附着：

MME收到Attach Complete消息后，表明附着流程结束，默认承载建立完成

初始附着完整流程：

①终端开机接入小区的系统信息，决定开始PLMN注册，进行附着

②、③、④、⑤终端发起竞争性随机接入过程

⑥终端在SRB1上发出初始附着请求

⑦传递到MME

⑧、⑨MME获取终端ID的过程（可选过程）

⑩、⑪终端鉴权过程

⑫、⑬MME启动NAS加密过程

⑭MME接受附着并开始在eNB中建立终端上下文的过程

⑮、⑯eNB启动AS加密过程

⑰、⑱、⑲MME获得终端能力的过程（可选过程）

⑳eNB接受附着，建立SRB2并将默认承载信息发给终端

终端向eNB反馈SRB2和RB已经建立的信息

eNB向MME反馈终端的上下文已经建立的信息

终端向MME反馈附着的已经完成和默认承载已经建立的信息

Step1：处于RRC_IDLE的UE进行Attach过程，首先发起随机接入过程，即Msg1消息；

Step2：eNB检测到Msg1消息后，向UE发送随机接入响应消息，即Msg2消息；

Step3：UE收到随机接入响应后，根据Msg2的TA调整上行发送时机，向eNB发送RRC Connection Request消息；

Step4：eNB向UE发送RRC Connection Setup消息，包含建立SRB1承载信息和无线资源配置信息；

Step5：UE完成SRB1承载和无线资源配置，向eNB发送RRC Connection Setup Complete消息，包含NAS层Attach Request消息；

Step6：eNB选择MME，向MME发送Initial UE Message消息，包含NAS层Attach Request消息；

Step7：MME向eNB发送Initial Context Setup Request消息，请求建立默认承载，包含NAS层Attach Accept、Activate Default EPS Bearer Context Request消息；

Step8：eNB接收到Initial Context Setup Request消息，如果不包含UE能力信息，则eNB向UE发送UE Capability Enquiry消息，查询UE能力；

Step9：UE向eNB发送UE Capability Information，报告UE的能力信息；

Step10：eNB向MME发送UE Capability Information Indication消息，更新MME的UE能力信息；

Step11：eNB根据Initial Context Setup Request消息中UE支持的安全信息，向UE发送Security Mode Command消息，进行安全激活；

Step12：UE向eNB发送Security Mode Complete消息，表示安全激活完成；

Step13：eNB根据Initial Context Setup Request消息中的ERAB建立信息，向UE发送RRC Connection Reconfiguration消息进行UE资源重配，包括重配SRB1和无线资源配置，建立SRB2、DRB（包括默认承载）等；

Step14：UE向eNB发送RRC Connection Reconfiguration Complete消息，表示资源配置完成；

Step15：eNB向MME发送Initial Context Setup Response响应消息，表明UE上下文建立完成；

Step16：UE向eNB发送UL Information Transfer消息，包含NAS层Attach Complete、Activate Default EPS Bearer Context Accept消息；

Step17：eNB向MME发送上行直传UL NAS Transport消息，包含NAS层Attach Complete、Activate Default EPS Bearer Context Accept消息；

如果 RAN Paging Priority IE 包含在 DOWNLINK NAS TRANSPORT 中，则 NG-RAN node 可以使用它来确定对处于 RRC_INACTIVE 状态的 UE 进行寻呼的优先级。

NAS-PDU IE 中包含一个 AMF – UE 消息，该消息在 NG-RAN node 中直接传输，无需解析。

进一步理解Attach过程

Step1：在已经建立NAS信令连接基础上，UE通过向MME发送 ATTACH REQUEST 消息来发起attach规程；该消息中包含：IMSI或GUTI、last visited TAI、UE network capbility、PDN IP option、connect type等

Step2：如果UE最新连接的（新）MME与最后一次离开网络时连接的（旧）MME相比已经发生改变，新MME就会向旧MME发送一个ID请求来申请当前UE的IMSI，用于为当前UE重新分配GUTI。

Step3：如果新MME和旧MME都不能识别当前的UE，那么新MME会给UE发送一个ID请求，随后，UE应告诉新MME自己的IMSI。

Step4：如果当前网络中没有UE的安全上下文，那么MME会发起一个鉴权规程，UE和MME相互鉴权之后会在两侧产生相关的安全上下文。（漫游情况下，MME应从HSS获取UE的签约信息等内容）

Step5：鉴权结束后，MME可能发送移动设备标识检查请求到EIR（Equipment Identity Register）（MME的经营可能会检查EIR中的移动设备标识，至少在漫游时，MME应将移动设备标识传给HSS）。

Step6：如果MME中有激活的承载上下文（比如之前连接尝试失败时已经创建了承载），那么MME会发送消息到各个P-GW来删除这些无效的承载上下文。

Step7：由于位置已经变化（MME变化），新MME就发送一个位置更新请求到HSS（指明MME标识、IMSI和ME标识等）。

Step8：新MME向HSS发送位置更新请求后，旧的MME就可以删除其中保存的UE的位置信息以及相应的承载上下文。

Step9：HSS向新MME回送一个位置更新响应，来指明位置更新的状态。若HSS拒绝位置更新，那么MME就拒绝UE的attach请求。

Step10：位置更新完毕后，新MME就可以与PDN-GW之间建立默认承载，建立默认承载后P-GW就为UE创建了PDN地址、EPS承载标识、协议配置选项等，并将相关消息返回给MME，S-GW可以缓存一些来自P-GW的下行数据包。

Step11：MME接受attach及附着完成：MME通过eNB将APN、GUTI、PDN地址、TAI列表等信息反馈给UE，并请求UE建立无线承载；UE完成无线承载建立后向MME返回一个完成消息指明attach完成。