[Cloud native and 5G] Microservices support 5G core network

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目录

• • 1.微服务架构概念
  • • 1.1 单体架构与分布式架构
    • 1.2 微服务架构
  • 2.微服务与5G核心网
  • • 2.1微服务引入5G核心网
    • 2.2 5GC核心网SBA架构
    • 2.3 服务化架构带来的优点
  • 3. 总结

1.微服务架构概念

1.1 单体架构与分布式架构

谈到微服务架构,不可避免的会先想起单体架构和分布式架构.
单体架构是指将所有的功能、模块、数据库等耦合在一个应用中,称之为单体架构应用,理所当然单体架构应用部署在一台服务器上.由于单体架构所有功能模块耦合在一起,若出现问题将导致整个系统应用无法工作,维护成本高.
分布式结构是将一个大的系统进行拆分,将应用和数据等分开部署到不同的服务器上,不同服务器之间通过网络进行通信,体现的更多是物理上的分布部署.实际上分布式架构已经具有了微服务的特性,但它的耦合性强,每个模块缺一不可,另外构建成本高.

1.2 微服务架构

微服务体现在两个词,第一是"微",第二是"服务".微说明了小,简单,在这里我又想到了“单纯”一词,单一纯粹.服务是区别于系统,服务一个或者一组相对较小且独立的功能单元,是用户可以感知最小功能集.
微服务架构是一种架构模式,它提倡将单一应用程序划分成一组小的服务,服务之间相互协调、互相配合,为用户提供最终价值.每个服务运行在其独立的进程中,服务和服务之间采用轻量级的通信机制相互沟通.每个服务都围绕着具体的业务进行构建,并且能够被独立的部署到生产环境、类生产环境等.

传统单体架构与微服务架构

微服务,关键其实不仅仅是微服务本身,而是系统要提供一套基础的架构,这种架构使得微服务可以独立的部署、运行、升级,不仅如此,这个系统架构还让微服务与微服务之间在结构上“松耦合”,而在功能上“高内聚”.

2.微服务与5G核心网

2.1微服务引入5G核心网

随着微服务架构的发展普及,加上5G技术的演进和发展需求,5GC将云原生的微服务架构引入,构建了面向业务的SBA架构,实现了低耦合+高内聚的技术升级.
在面向业务的5G网络架构中,将原本的控制面功能进行了融合和统一,同时控制面功能也分解成为多个独立的网络服务,这些独立的网络服务可以根据业务需求进行灵活的组合.每个网络服务和其他服务在业务功能上解耦,并且对外提供同一类型的服务化接口,向其他调用者提供服务,将多个耦合接口转变为同一类型的服务化接口,可以有效地减少接口数量,并统一服务调用方式,进而提升了网络的灵活性.

2.2 5GC核心网SBA架构

5GC SBA架构

• NSSF:Network Slice Selection Function 　　　　　网络切片选择功能
• NEF:Network Exposure Function　　　　　　　　 网络能力开放功能
• NRF:Network Repository Function　　　　　　　　 网络存储功能
• PCF:Policy Control Function　　　　　　　　　　 策略控制功能
• UDM:Unified Data Management　　　　　　　　 通用数据管理
• AF:Application Function　　　　　　　　　　　　 应用功能
• AUSF:Authentication Server Function　　　　　　 鉴权服务功能
• AMF:Access and Mobility Management Function　 接入与移动性管理功能
• SMF:Session Management Function　　　　　　　 会话管理功能
• SCP:Service Communication Proxy　　　　　　　 服务通信代理
• UE:User Equipment　　　　　　　　　　　　　　 用户终端
• RAN:RadioAccess Network　　　　　　　　　　 无线接入网
• UPF:User Plane Function　　　　　　　　　　　 用户面功能
• DN:Data Network　　　　　　　　　　　　　　　 数据网络

在SBA架构中,每个核心网网元的接口统一命名为“N +小写英文功能名缩写”.例如,网络切片选择功能NSSF的接口为Nnssf;5G核心网网元的服务操作名称以接口名开始,例如,Nnssf_NSSelection表示NSSF的网络切片选择操作.除了统一的服务化接口外,5G网络仍然保留了少量的参考点接口,如下：

• N1:NAS接口,用于发送NAS消息
• N2:AN与AMF之间NG接口
• N3:AN与UPF之间对接接口,采用GTP-U协议
• N4:控制面SMF和用户面UPF分离的设备接口
• N6:内部网络侧与外部网络侧协议接口,采用GTP-U协议
• N9:两个UPF之间接口,采用GTP-U协议

2.3 服务化架构带来的优点

相对于3G/4G的参考点设计,服务化架构使5G核心网各网元的功能模块化,接口统一化,结构简单化以及去中心化.

• 功能模块化是指对网络功能进行细化,不再是一个网元集成多个功能,而是分解为独立的功能模块.各模块可以分租进行独立开发和快速迭代,使测试、发布软件能够更加地快捷、频繁和可靠.
• 接口统一化是指各网元之间的通信不再是传统通信的处理机制,即同一设备与其他不同设备间采用不同的接口,服务化架构屏蔽了同一设备与不同设备之间接口的差异,对所有设备提供统一的服务接口,来自不同网元调用统一的服务接口与该网元进行通信.
• 结构简单化是指提供服务的业务模块可以自注册、发布和发现,取消了传统设备间的耦合,简化了不同网元间的复杂联系,进而缩短了业务流程.将整个控制面功能分解为多个独立的网络服务,客户可以根据实际需求灵活选择不同网元进行切片组合,可以方便的进行扩容和缩容,有效降低了系统复杂度,节省了部署成本.
• 去中心化是指让用户面网元摆脱以往4G“中心化”的限制,既可以部署于核心网（中心数据中心）,也可部署于接入网（边缘数据中心）,实现分布式部署.分布式部署可以缩短用户面数据传输距离,降低传输时延,带来更好的用户体验.

3. 总结

微服务架构是一种架构,更是一种理念,任何先进的理念都将被不同行业和领域融合升级,相互推动,如同4G带来了移动互联网时代,移动互联网的快速发展带来的万物互联需求推动了5G的发展.时至今日,5G上云已经被越来越多的讨论,把传统的单体设备的设计、开发、发布、部署、运维向云上迁移,在边缘计算,网元云部署,海量数据存储和处理等方面,云原生与5G的关系将越来越密切.

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