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3GPP Release 19 5GC核心网架构深度解析:SBA演进、SCP/NWDAF增强与新型网络功能

一、Release 19 核心网全景概览

3GPP Release 19(Rel-19)作为5G-Advanced的第二个版本,于2025年12月完成Stage 3冻结,2026年3月完成RAN4性能规范。SA2(系统架构工作组)的Stage 2冻结于2024年12月完成。Rel-19在核心网领域延续了Rel-18的5G-Advanced路线,在SBA服务化架构、智能数据分析、边缘计算、NTN融合、Ambient IoT等方向进行了全面增强。

Rel-19核心网的关键设计理念可概括为三个维度:架构简化(减少NF间信令交互复杂度)、智能自治(AI/ML原生集成到网络功能中)、场景扩展(支持Ambient IoT、PIN等全新终端类型和通信场景)。

图表1

图表 1

二、SBA服务化架构的关键演进

2.1 SCP(Service Communication Proxy)增强

SCP是5GC SBA架构的核心枢纽组件,自Rel-16引入以来持续演进。在Rel-19中,SCP的增强主要体现在以下方面:

架构模式定义的完善:TS 23.501 Rel-19进一步明确了SCP的两种部署模型——Model D(无NRF直接查询的间接通信)和Model E(带NRF查询的间接通信)。Rel-19新增了SCP间的级联路由能力,支持多级SCP拓扑部署。

图表2

图表 2

关键增强点:

  1. 委托发现(Delegated Discovery)优化:SCP可以代替NF Service Consumer向NRF发起发现请求,并将结果缓存以减少NRF的查询负载。Rel-19增强了缓存策略,支持基于NF Profile变更通知的主动缓存更新。

  2. 负载感知路由:SCP在Rel-19中增加了基于NF实例负载状态的路由决策能力。SCP可以通过NRF获取NF实例的负载信息(nfLoad参数),或通过本地统计实现加权路由。

  3. 多运营商SCP互通:为支持漫游场景中的服务化间接通信,Rel-19增强了SEPP与SCP的协作机制,使得跨PLMN的服务调用可以通过SCP链路完成,同时保持拓扑隐藏。

2.2 NF服务框架的统一增强

TS 23.501 Rel-19对NF服务框架进行了若干基础性增强,主要体现在TS 23.501 Section 6.x中:

增强领域 Rel-18状态 Rel-19变化 影响的NF
NF服务注册 基本负载信息上报 新增nfServiceLoad细粒度指标 所有NF
服务发现 单次查询 支持批量发现+订阅通知模式优化 NRF
服务授权 OAuth 2.0基本流程 增强令牌范围控制 所有NF
间接通信路由 SCP单跳 支持SCP级联多跳 SCP
NF组管理 静态NF Set 动态NF Set调整 AMF/SMF Set

2.3 管理面SBA增强

Rel-19通过TR 28.925 V19.0.0研究了服务化管理架构的增强,重点包括:

三、NWDAF演进:从数据分析到闭环自动化

3.1 NWDAF架构在Rel-19的演进

NWDAF(Network Data Analytics Function)从Rel-15引入以来经历了持续增强。Rel-19在TS 23.288和TS 29.520中进行了重要的架构演进。

图表3

图表 3

Rel-19 NWDAF关键增强:

  1. 闭环自动化(Closed-Loop Automation):这是Rel-19 NWDAF最重要的演进。NWDAF从单纯的数据分析提供者升级为闭环控制的使能者。新增的分析事件通知机制允许NF Consumer订阅分析结果,当分析结果满足预设阈值时,自动触发策略执行(如通过PCF下发策略调整)。

  2. 分析精度校验(Analytics Accuracy Checking):SA5在Rel-19中定义了NWDAF管理面的精度校验能力(参考3GPP SA5 Rel-19页面)。通过对比NWDAF分析预测值与实际观测值,评估ML模型的准确性,并触发模型重训练。

  3. MTLF/AnLF解耦增强:模型训练逻辑功能(MTLF)与分析逻辑功能(AnLF)的解耦更加彻底,支持独立的部署和扩展。一个MTLF可以服务于多个AnLF实例,实现训练-推理的弹性伸缩。

  4. 新增Analytics ID:Rel-19扩展了NWDAF支持的分析类型(Analytics ID),覆盖更多网络场景:

Analytics ID 分析内容 Rel-19新增/增强 消费者NF
nf_load NF实例负载分析 增强 AMF, SMF, SCP
nw_perf 网络性能分析 增强 PCF, AF
ue_mobility UE移动性分析 增强 AMF, PCF
slice_load_level 切片负载分析 增强 NSSF, PCF
qoe_analytics 业务体验质量分析 新增 PCF, AF
edge_computing_analytics 边缘计算分析 新增 AMF, SMF
ntn_analytics NTN覆盖分析 新增 AMF
anomaly_detection 网络异常检测 新增 OAM

3.2 NWDAF数据采集架构

Rel-19增强了NWDAF的数据采集框架。DCCF(数据采集协调功能)在Rel-19中获得了更丰富的数据源适配能力:

四、AMF/SMF/UPF核心NF功能增强

4.1 AMF增强

Rel-19中AMF的增强主要体现在以下方面:

NTN移动性管理适配: - 支持基于卫星覆盖预测的Registration Area规划 - 增强的移动性限制(Mobility Restriction)机制适配移动基站场景 - 针对NTN长传播延迟优化的定时器配置

Ambient IoT支持: - 轻量级注册流程:Ambient IoT设备(能量收集型无电池设备)使用简化的注册过程 - 增强的UE Identity处理:支持Ambient IoT设备的特殊标识格式 - 批量注册能力:支持多个Ambient IoT设备通过中继设备批量注册

Personal IoT Network(PIN)支持: - PIN元素(PIN Element)的管理:AMF需要处理PIN中主UE与从属设备的关系 - PIN内设备的本地通信路由 - PIN服务器的注册和发现

4.2 SMF增强

会话管理的Rel-19增强:

  1. Edge Computing Phase 3(Work Item: eEDGE_5GC_Ph3):SMF在边缘计算场景中的会话管理进一步增强,包括: - EAS(Edge Application Server)发现信息在PDU会话建立过程中的传递优化 - UPF重定位与EAS重定位的联合优化 - AF Influence on Traffic Routing的增强(支持更灵活的路由规则)

  2. MBS会话管理增强: - 组播会话的连续性管理 - 广播/组播会话与单播会话的联动 - NTN场景下的MBS适配

  3. Ambient IoT会话管理: - 简化的PDU会话建立流程 - 针对零能量设备优化的会话参数 - 无需完整NAS信令的会话建立能力

4.3 UPF增强

UPF在Rel-19中的增强主要集中在数据处理能力和边缘计算支持:

图表4

图表 4

关键增强细节:

增强功能 TS参考 描述 部署影响
应用检测增强 TS 29.502 增强的应用ID检测规则 UPF需支持新PDR
QoS监控上报 TS 23.501 Sec 5.33 端到端延迟测量增强 需gNB/UPF协同
MBS用户面 TS 23.247 Rel-19 组播数据复制与分发 新增MB-UPF角色
边缘DN路由 TS 23.501 Sec 5.6.7 本地DN路由规则优化 UL CL/BP部署优化
Ambient IoT TS 23.501 Sec 5.44 简化数据面处理 轻量UPF处理

五、关键信令流程分析

5.1 SCP间接通信的NF服务调用流程

以下展示了Rel-19中通过SCP进行间接通信的完整信令流程:

图表5

图表 5

5.2 Ambient IoT设备注册流程

Rel-19为Ambient IoT设备定义了简化的核心网交互流程:

图表6

图表 6

六、Rel-18 vs Rel-19 核心网特性对比

特性领域 Rel-18 Rel-19 增量价值
SBA/SCP SCP基本间接通信 SCP级联路由、负载感知路由、多运营商互通 大规模网络部署能力提升
NWDAF MTLF/AnLF分离、基本分析 闭环自动化、精度校验、新增Analytics ID 网络自治能力质变
边缘计算 Phase 2(EAS发现、AF路由影响) Phase 3(联合优化、边缘重定位增强) 边缘业务连续性提升
NTN 基本NTN接入 核心网深度适配(移动性/会话/注册增强) 卫星通信实用性提升
MBS 5G MBS基本框架 MBS增强(NTN+MBS、组播连续性) 组播广播商用能力成熟
Ambient IoT 无(仅研究阶段) 核心网完整支持(简化注册/会话/数据面) 零能量IoT从概念到标准
PIN 无 个人IoT网络完整架构 消费级IoT新场景
安全 基本SUCI PQC准备、增强SUCI、SCAS扩展 面向量子计算时代

七、Edge Computing Phase 3 深度解读

Rel-19的Edge Computing Phase 3(WI: eEDGE_5GC_Ph3)是对Rel-17/18边缘计算能力的进一步延伸。核心增强包括:

7.1 EAS发现流程优化

Rel-19优化了EAS(Edge Application Server)发现机制。当UE移动到新的边缘区域时,SMF可以主动触发EAS重新发现,而非等待UE发起DNS查询:

7.2 UPF重定位与EAS重定位联合优化

在Rel-18中,UPF重定位和EAS重定位是两个独立的过程,可能导致业务中断。Rel-19通过以下机制实现联合优化:

  1. SMF在触发UPF重定位时,同步触发EAS发现
  2. 新UPF建立完成后,通过DNAI(DN Access Identifier)变更通知AF
  3. AF引导应用层切换到新EAS,SMF在此期间保持双路转发

八、NTN核心网融合的架构考量

Rel-19对NTN的核心网融合是一个系统性工作,涉及多个NF的协同增强。

8.1 AMF对NTN的适配

8.2 SMF对NTN的适配

九、现网部署与迁移建议

9.1 SCP部署策略

对于运营商从Rel-15/16向Rel-19迁移的SCP部署建议:

部署阶段 架构模式 适用场景 注意事项
阶段1 直连模式(无SCP) 小规模试验网 NF间直接通信,简单但缺乏灵活性
阶段2 Model D(单SCP) 中等规模商用网 SCP承担路由+发现委托,降低NRF压力
阶段3 Model E + SCP级联 大规模全国网 多级SCP实现拓扑隐藏+负载均衡
阶段4 Rel-19完整能力 全功能5G-Advanced 闭环自动化+AI驱动

9.2 NWDAF部署考量

9.3 Ambient IoT核心网升级注意事项

十、与其他规范的关联

Rel-19核心网架构不是孤立演进的,需要配合以下规范共同理解:

关联规范 内容 关联点
TS 23.502 5G系统流程 所有核心网流程的定义
TS 23.288 NWDAF架构和分析 NWDAF详细分析框架
TS 29.510 NRF服务接口 NF发现和注册
TS 29.520 NWDAF服务接口 NWDAF SBI接口
TS 33.501 5G安全架构 SUCI增强、PQC准备
TS 33.522 SCP安全规范 Rel-19 SCP安全保证
TS 23.247 5G MBS架构 组播广播核心网架构
TS 29.502 SMF服务接口 会话管理增强
TS 29.244 PFCP接口 UPF控制面协议

常见问题

Q: SCP在Rel-19中是否是必选部署的网络功能?

A: 不是。SCP在3GPP标准中始终是可选部署的。NF之间可以直接通信(直连模式),也可以通过SCP间接通信。但对于大规模商用网络,SCP几乎是事实上的必选组件——它提供拓扑隐藏、负载均衡、委托发现等关键能力。Rel-19的SCP级联路由特性使得SCP在跨省/跨区域部署场景中更加实用。

Q: NWDAF的闭环自动化与SON(Self-Organizing Network)有什么区别?

A: SON主要聚焦于RAN侧的自配置、自优化、自愈合,由OAM系统驱动。NWDAF的闭环自动化是控制面/用户面级别的实时分析-决策-执行循环,延迟更低、粒度更细。例如,NWDAF可以实时检测到某个切片的负载异常,通过PCF动态调整QoS参数,这个过程可以在秒级完成,而传统SON通常需要分钟级的OAM策略下发。两者互补而非替代。

Q: Ambient IoT设备如何与现有的NB-IoT/mMTC设备区分?

A: 核心区别在于能量来源和设备复杂度。NB-IoT/mMTC设备有电池和基带处理器,可以进行完整的NAS信令交互。Ambient IoT设备是"零能量"设备,通过能量收集(RF反向散射、光能、热能等)供电,没有传统意义上的协议栈,只能通过中继UE或专用读取器接入网络。在核心网中,AMF通过UE的Radio Capability和Identity类型来区分处理——Ambient IoT使用简化的注册和会话流程。

Q: Rel-19核心网的升级对现有Rel-15/16网络有什么兼容性影响?

A: Rel-19的核心网设计遵循后向兼容原则。新功能以新增可选特性的方式引入,不改变已有流程的基础行为。例如,SCP级联路由是新增能力,不影响已有的直连或单跳SCP通信。NWDAF的新增Analytics ID对已有的分析能力无影响。但需要注意:如果现网要支持Ambient IoT或PIN,AMF/SMF/UDM需要较显著的功能升级,建议通过NF软件升级+新功能模块加载的方式实现,而非替换设备。

Q: Edge Computing Phase 3在现网中如何与MEC平台协同?

A: 3GPP的Edge Computing框架与ETSI MEC平台是互补关系。3GPP定义了网络如何感知边缘应用(EAS发现、流量路由影响、UPF重定位),ETSI MEC定义了边缘应用平台的运行环境。在Rel-19 Phase 3中,SMF可以通过AF(通常映射为ETSI MEC的MEC Platform)获取EAS部署信息,结合PCF策略和UPF拓扑做出路由决策。实际部署中,建议将3GPP的AF功能与ETSI MEC Platform进行功能整合,避免两套独立系统。


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。

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