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。
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)。
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:
| 角色 | 功能描述 | 规范章节 |
|---|---|---|
| 间接通信代理 | NF间SBI消息的转发代理,支持请求路由 | TS 23.501 §6.2.6.2 |
| 服务发现增强 | 结合NRF实现智能服务实例选择与负载均衡 | TS 29.500 §6.2 |
| 安全策略执行点 | 执行NF间通信的授权、加密策略 | TS 33.501 §13.x |
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。
对于运营商而言,SCP的引入改变了NF间通信模型:
| 对比维度 | Direct Communication (Rel-15/16) |
Indirect via SCP (Rel-18/19) |
|---|---|---|
| 通信模型 | NF→NF 直连 | NF→SCP→NF 代理 |
| 服务发现 | 每次查询NRF | SCP缓存+按需查询 |
| 安全 | NF间直接TLS | SCP可集中执行安全策略 |
| 运维复杂度 | 点对点管理 | 集中化流量管理 |
| 扩展性 | N²连接问题 | 线性扩展 |
| 边缘适用性 | 需要本地NRF | SCP代理发现 |
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。
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:

图表 3
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:
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
Rel-19新增的分析ID(Analytics ID)包括:
| Analytics ID | 描述 | 新增Release | 典型消费者 |
|---|---|---|---|
UE_COMMUNICATION |
UE通信模式分析 | Rel-15 | PCF, AMF |
NETWORK_PERFORMANCE |
网络性能分析 | Rel-15 | OAM |
NF_LOAD |
NF负载分析 | Rel-16 | SCP, AMF |
SERVICE_EXPERIENCE |
业务体验分析 | Rel-16 | PCF, AF |
UE_MOBILITY |
UE移动性分析 | Rel-16 | AMF |
DISPERSION |
分散性分析 | Rel-17 | PCF |
RED_CAP_UES_PARAMS |
RedCap UE参数分析 | Rel-18 | AMF |
NETWORK_ENERGY_SAVING |
网络节能分析 | Rel-19 | OAM, PCF |
NTN_MOBILITY_PREDICTION |
NTN移动性预测 | Rel-19 | AMF |
AI_ML_MODEL_PERFORMANCE |
AI/ML模型性能监控 | Rel-19 | OAM |
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。
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:
| 参数 | 地面网络 | NTN网络(Rel-19) |
|---|---|---|
| 切换触发 | 信号质量下降 | 卫星仰角+信号质量 |
| 切换准备时间 | 毫秒级 | 秒级(卫星预测) |
| TA更新频度 | 低(固定TA) | 高(动态TA) |
| 注册区域 | 固定 | 随卫星运动变化 |
| 寻呼范围 | 固定TA列表 | 卫星覆盖预测区域 |
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:
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。
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:
| AIoTF功能 | 描述 | 对应接口 |
|---|---|---|
| A-IoT设备管理 | 设备注册、鉴权、上下文管理 | Naiotf |
| 数据中继 | 将A-IoT设备数据转发至AF/NEF | Naiotf-to-NEF |
| 群组管理 | A-IoT设备的批量操作 | Naiotf-Group |
| 触发管理 | 处理下行触发指令(如盘点命令) | Naiotf-Trigger |
| 位置关联 | 与LMF协同提供A-IoT设备定位 | Naiotf-to-LMF |
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。
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:
| NF | 节能操作 | 触发条件 |
|---|---|---|
| AMF | 缩小注册区域、合并寻呼、进入节能态 | 低负载时段NWDAF建议 |
| SMF | 批量处理PDU Session操作、延迟非紧急操作 | 负载低于阈值 |
| UPF | 深度休眠模式(Deep Sleep Mode)、流量合并 | 无活跃会话 |
| NRF | 标记NF实例为"节能态"、停止向其路由 | OAM触发 |
| SCP | 避开节能态NF实例路由 | NRF通知 |
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:
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。
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。
| 特性领域 | Rel-18 | Rel-19 |
|---|---|---|
| NWDAF | AnLF/MTLF分离定义,基础联邦学习 | 增强联邦学习,新增节能/NTN/ML性能分析 |
| SCP | 基础间接通信、NRF查询代理 | 路由策略、代理发现、NWDAF联动 |
| NTN 5GC | 基础卫星接入支持 | 动态TA、条件切换、卫星UPF部署 |
| AI/ML | RAN侧AI/ML框架 | 核心网AI-Native架构、ML模型管理 |
| IoT | RedCap增强 | AIoTF新增、Ambient IoT全栈支持 |
| 节能 | RAN侧节能为主 | NF级系统性节能框架 |
| TSC | 基础TSC支持 | DetNet集成、动态TSCAI |
| 定位 | Rel-16/17/18逐步增强 | V2X定位、高精度定位增强 |
| 多USIM | 基础Multi-SIM | 增强Dual SIM并发管理 |
Rel-19核心网架构的变更涉及多个规范的联动更新:
| 主规范 | 关联规范 | 涉及内容 |
|---|---|---|
| TS 23.501 V19 | TS 29.500/501 | SBI接口增强(SCP相关) |
| TS 23.501 V19 | TS 29.518 | AMF服务接口增强(NTN) |
| TS 23.501 V19 | TS 29.502 | SMF服务接口增强(TSC/NTN) |
| TS 23.501 V19 | TS 29.244 | PFCP增强(UPF TSC/节能) |
| TS 23.288 V19 | TS 29.520 | NWDAF服务接口(联邦学习) |
| TS 23.501 V19 | TS 29.571 | 通用数据模型(新增IE) |
| TS 33.501 V19 | TS 29.509 | AUSF安全增强 |
| TS 23.501 V19 | TS 38.331/38.300 | NTN RAN-CN交互 |
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。
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。
[!tip] 51学通信知识星球 星主:爱卫生(微信:gprshome201101)——公众号「51学通信」创办者,19 年通信行业运维与讲师经验,著有《GPRS网络信令实例详解》《EPC原理与实践》《5G核心网原理与实践》三本纸质书(各大电商平台有售)。 星球定位:深耕 5G 核心网、IMS、NFV/AI、云原生等 ICT 领域,主打运维岗位与信令分析。 当前规模:5200 篇主题 / 990 个回答,198 元/年。 加入福利:加入星球后请加爱卫生微信,拉您进知识星球年度陪伴与答疑群——不限量回复您的各种问题,另有群内分享。 AI 加持:51学通信知识星球已作为 skill 接入 WorkBuddy,使用 deepseek-4-flash 在海量星球帖子中精准找贴、找视频、找 FAQ 和案例,做总结、找文档和 PPT 等场景全覆盖。
