3GPP Release 19 核心网架构演进：5GC迈向AI原生与天地融合

3GPP Release 19作为5G-Advanced的第二版标准，已于2025年底完成Stage 3冻结，标志着5G核心网进入了一个全新的发展阶段。如果说Rel-18是5G-Advanced的开篇之作，那么Rel-19则是对5GC架构的一次系统性重塑——从AI原生网络智能到天地一体化接入，从Ambient IoT新网元到绿色节能架构，核心网正在经历自Rel-15 SBA引入以来最深刻的一次变革。

本文基于TS 23.501 V19.x、TS 23.502 V19.x、TS 23.288 V19.x等核心规范，深入解读Rel-19 5GC架构的六大关键演进方向。

一、总体架构视图：Rel-19 5GC全景

Rel-19的5GC架构在Rel-18的基础上，新增和增强了大量网络功能。下图展示了Rel-19核心网的主要架构变化：

图表 1

TS 23.501 V19.x在Section 6中对网络功能进行了系统性更新。与Rel-18相比，Rel-19 5GC架构的核心理念可以概括为三个关键词：AI原生（AI-Native）、天地融合（TN-NTN Convergence）和极致物联（Ultra-IoT）。

二、eSBA与SCP演进：Service Mesh理念落地核心网

2.1 Service Communication Proxy（SCP）的架构定位

Rel-18首次引入了Service Communication Proxy（SCP）和Service Mesh的概念到3GPP规范中。Rel-19在此基础上进行了实质性增强，体现在TS 23.501 Section 6.2.6对SCP的重新定义。

SCP在5GC SBA架构中承担着三重角色：

Rel-19对SCP的关键增强包括：

1. 服务路由策略（Service Routing Policy）

SCP在Rel-19中支持基于策略的服务路由。当NF Consumer发起服务请求时，SCP可以根据以下维度进行路由决策：

图表 2

2. 无NRF模式（Delegated Discovery）

Rel-19引入了SCP可以代理NRF进行服务发现的能力。在边缘部署场景中，边缘SCP可以缓存NRF的服务注册信息，在本地完成服务发现，避免每次请求都访问中心NRF，显著降低时延。这在TS 23.501 V19 Section 6.2.6.3中详细规定。

2.2 eSBA对现网部署的影响

对于运营商而言，SCP的引入改变了NF间通信模型：

现网部署建议：对于已部署Rel-16/17 5GC的运营商，引入SCP应采用渐进式策略——先在边缘计算场景部署SCP解决NRF查询时延问题，再逐步将中心NF间通信迁移到SCP代理模式。SCP本身应采用高可用部署（Active-Active），避免成为单点故障。

三、NWDAF演进：从数据分析到AI原生网络智能

3.1 NWDAF内部架构拆解

Rel-19中NWDAF的架构演进是最值得关注的核心网变革之一。TS 23.288 V19.x定义了NWDAF的功能拆分模型：

NWDAF在Rel-19中明确拆分为两大逻辑功能：

• MTLF（ML Training Function）：负责机器学习模型的训练和管理
• AnLF（Analytics Logical Function）：负责基于训练好的模型进行推理和提供分析服务

图表 3

3.2 联邦学习（Federated Learning）的引入

Rel-19在TS 23.288 Section 6.2C中定义了多NWDAF之间的联邦学习机制，这是3GPP首次在核心网架构中引入分布式机器学习框架。

联邦学习的核心设计意图：

1. 数据隐私保护：不同PLMN或不同切片的NWDAF之间无需共享原始数据，仅交换模型参数
2. 跨域模型优化：在多运营商漫游场景下，漫游地的NWDAF可以为归属地提供本地化模型增强
3. 合规性：满足数据不出域的监管要求（如GDPR）

联邦学习的信令流程在TS 23.288 V19 Section 6.2C.2中定义，主要包括： - FL协商阶段：参与方协商训练参数、迭代轮次 - 本地训练阶段：各MTLF基于本地数据进行训练 - 参数聚合阶段：Leader MTLF收集各方模型参数进行聚合 - 模型分发阶段：聚合后的全局模型分发给各参与方

3.3 NWDAF分析能力扩展

Rel-19新增的分析ID（Analytics ID）包括：

Rel-19中NWDAF的一个重要增强是其与SCP的联动。SCP可以向NWDAF订阅NF负载分析，实现基于AI预测的动态服务路由——这是"AI-Native"架构理念的直接体现。

四、NTN核心网增强：天地一体化接入管理

4.1 AMF对NTN的适配

Rel-19对NTN的支持从Rel-17的"接入层适配"深入到了"核心网架构级支持"。TS 23.501 V19 Section 5.4.2新增了对卫星接入场景的AMF行为规范。

关键变化包括：

1. 卫星覆盖区域与TA映射

在NTN场景中，由于LEO卫星的高速运动，传统的固定TA（Tracking Area）概念不再适用。Rel-19引入了动态TA映射机制——AMF需要根据卫星星历（ephemeris data）动态更新TA与卫星波束的映射关系。

具体而言，AMF从以下来源获取卫星信息： - gNB通过NGAP上报的卫星辅助信息（Satellite Assistance Information） - OAM配置的星历数据 - NEF/AF提供的卫星覆盖预测

2. 条件切换（Conditional Handover）的核心网支持

Rel-19在TS 23.502中增强了AMF对NTN条件切换的处理流程。对于LEO卫星间切换，核心网需要支持：

4.2 SMF/UPF对NTN的适配

1. PDU Session的NTN感知

SMF在Rel-19中新增了对卫星传输时延的感知能力。对于NTN接入的PDU Session，SMF可以：

• 根据卫星类型（GEO/LEO/MEO）调整QoS参数中的时延预算
• 对LEO场景支持基于卫星切换的UPF重定位
• 与PCF联动调整策略，适配卫星链路的带宽波动

2. UPF在卫星上的部署

Rel-19的NTN架构允许UPF部署在卫星载荷上，这对数据面架构有重大影响：

图表 4

当UPF部署在卫星上时，本地流量可以在卫星上进行交换（Local Breakout），减少地面往返时延。SMF需要通过N4接口管理卫星UPF，并处理卫星间切换时的UPF迁移。

现网部署考虑：卫星UPF的部署需要解决N4接口的时延问题。SMF对卫星UPF的管理信令需要适配数百毫秒的传播时延，建议对PFCP会话建立/修改等流程设置合理的超时和重传参数。

五、AIoTF：Ambient IoT Function——5GC全新网元

5.1 一个全新网络功能的诞生

Rel-19引入了一个全新的核心网网络功能——AIoTF（Ambient IoT Function），用于支持环境物联网（Ambient IoT，A-IoT）设备。这是继Rel-15定义5GC基础NF之后，3GPP首次在核心网架构中新增一个完整的网络功能。

AIoTF的引入背景是Ambient IoT设备的特殊性： - 无电池/极低功耗：通过射频能量采集供电 - 极简通信能力：仅支持简单的反射调制或后向散射通信 - 单向或极简双向通信：不适合传统NAS信令 - 海量连接：单小区可支持数万设备

TS 23.501 V19 Section 6.x定义了AIoTF的功能集：

5.2 AIoTF在架构中的位置

AIoTF通过SBI接口与NRF注册，与其他NF（AMF、NEF、UDM、LMF）进行交互。其独特之处在于，A-IoT设备不直接与AMF交互NAS信令，而是通过gNB的中继将A-IoT数据传递给AIoTF处理。

图表 5

设计意图解析：AIoTF不挂在AMF之下的原因是——Ambient IoT设备没有USIM，不执行传统NAS注册流程。gNB通过新的逻辑信道将A-IoT数据直接转发给AIoTF，AIoTF基于设备标识（如EPC编码）进行设备管理和数据路由。这种设计避免了为海量低能力设备引入复杂的NAS/MME处理逻辑。

六、绿色核心网：网络节能的NF级支持

6.1 NF Energy Saving的架构增强

Rel-19在核心网层面引入了系统性的节能框架。TS 23.501 V19 Section 6.x和TS 28.62x系列规范定义了核心网NF的节能能力。

核心思路：NWDAF提供网络级的节能分析建议，各NF据此执行节能动作。

NF级节能操作包括：

6.2 NWDAF Network Energy Saving分析

Rel-19新增的NETWORK_ENERGY_SAVING分析ID允许NWDAF基于历史流量模式和预测模型，为NF生成节能建议。其分析输出包含：

• 推荐进入节能的NF实例列表
• 推荐的节能时间窗口
• 预期的能耗节省比例
• 对服务质量的影响评估

NWDAF通过Nnwdaf_AnalyticsInfo service向OAM系统或PCF提供这些分析结果，触发相应的节能策略。

七、TSC/TSN增强：确定性网络的核心网支撑

Rel-19在TS 23.501 Section 5.27和TS 23.502中增强了对时间敏感通信（TSC）的支持，主要聚焦在SMF和UPF的增强：

1. SMF增强： - 支持更精确的TSCAI（TSN Communication Assistance Information）配置 - 增强了与TSC Central Network Function（TSCTSF）的交互，支持动态QoS调整 - 新增对DetNet（确定性网络）IP流的处理能力

2. UPF增强： - 支持时间感知的包调度（Time-Aware Scheduling） - 增强了gPTP（generalized Precision Time Protocol）透明时钟功能 - 支持跨UPF的时间同步精度保障

部署场景：在工业4.0场景中，5G系统作为TSN网络的逻辑网桥。SMF在PDU Session建立时获取TSC辅助信息，并通过N4接口配置UPF的时隙调度参数。UPF作为TSN桥的端口，需要精确到微秒级的调度精度。

八、Rel-18 vs Rel-19 核心网关键特性对比

九、规范关联矩阵

Rel-19核心网架构的变更涉及多个规范的联动更新：

常见问题

Q: Rel-19的SCP和云原生Service Mesh（如Istio）是什么关系？

A: 3GPP SCP和云原生Service Mesh在理念上高度一致——都提供NF间通信的代理、路由、安全和可观测性。区别在于：SCP是3GPP标准化的、感知5GC语义的代理（理解SBI/NRF/Nnrf），而Istio等是通用的服务网格。实际部署中，SCP可以在Kubernetes环境中以Sidecar或独立网关的形式实现，底层可以复用Envoy等开源组件。推荐的做法是SCP作为5GC级别的逻辑功能，底层技术实现可以借鉴Service Mesh生态。

Q: NWDAF的联邦学习在跨运营商场景中如何工作？

A: 跨运营商联邦学习在漫游架构下实现。VPLMN的NWDAF-MTLF和HPLMN的NWDAF-MTLF通过Nnwdaf接口交换模型参数（而非原始数据）。Rel-19定义了Leader-Follower和全对等两种联邦学习拓扑。在漫游场景中，通常由HPLMN的MTLF作为Leader进行参数聚合。关键是SEPP需要在两个PLMN间中转联邦学习信令，TS 33.501对这部分的安全性有明确规定。

Q: AIoTF与传统的物联网架构（如NEF+AF）有何区别？

A: 核心区别在于Ambient IoT设备没有USIM、不执行NAS流程、不建立PDU Session。传统IoT设备通过NAS注册→PDU Session建立→数据传输的路径工作，而A-IoT设备通过gNB的读写器功能直接将数据传给AIoTF，AIoTF完成设备识别、数据路由和应用层对接。AIoTF更像是一个"轻量级的IoT网关+管理平台"，位于5GC内部，享受5GC的安全和管理框架。

Q: 现网从Rel-18升级到Rel-19核心网，最大的挑战是什么？

A: 主要挑战有三方面：（1）SCP的引入改变了NF间通信模型，需要所有NF升级支持间接通信模式；（2）NWDAF的联邦学习功能需要跨域的数据协作机制，涉及安全策略和SEPP配置的更新；（3）NTN动态TA和卫星UPF需要AMF/SMF的协议栈改造。建议采用渐进式升级——先升级SCP和NWDAF（这些对现有业务影响最小），再分阶段引入NTN和AIoTF。

Q: Rel-19的NF节能功能在实际网络中能节省多少能耗？

A: 根据3GPP TR 32.972的评估，在低负载时段（如凌晨），通过NWDAF引导的NF级节能操作，核心网侧可实现约15-30%的能耗节省。但具体效果取决于：（1）NF的虚拟化粒度（细粒度容器化更易于缩容）；（2）流量模式的可预测性；（3）节能策略的激进程度（深度休眠 vs 轻度缩容）。需要注意的是，UPF的节能操作要格外谨慎，因为UPF承载用户面流量，过度节能可能导致业务中断。

延伸阅读

• 3GPP TS 23.501 V19.x — 5G System Architecture (Release 19)
• 3GPP TS 23.288 V19.x — Architecture Enhancements for 5GS to Support Network Data Analytics Services
• 3GPP TS 23.502 V19.x — Procedures for the 5G System
• 3GPP TS 29.500 V19.x — Technical Realization of Service Based Architecture
• 3GPP TR 23.700-07 — Study on 5GS Enhancement for Ambient IoT
• arXiv:2512.03728 — AI/ML in 3GPP 5G Advanced: Services and Architecture
• 3GPP TR 32.972 V19.x — Study on Enhancement of Service Based Management Architecture

本文由「51学通信」技术团队出品。51学通信由通信行业18年老兵爱卫生（微信ID: gprshome201101）维护，聚焦5G/6G核心网、3GPP标准解读、通信前沿技术深度分析。 出版作品有《5G核心网原理与实践》《IMS原理与实践》等4本通信专业书籍。知识星球「51学通信」提供深度技术答疑和行业洞察。

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