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5GC SBA架构Rel-19核心网四大演进深度解析

3GPP Release 19已于2025年12月完成标准冻结,作为5G-Advanced的第二个版本,它在5G核心网(5GC)的服务化架构(SBA)层面引入了系统性的能力跃升。本文聚焦Rel-19对核心网架构影响最深远的四大领域:NWDAF AI/ML架构增强、Ambient IoT与AIoTF新网络功能、SCP间接通信模型演进以及边缘计算与UPF流量编排增强,深入解读TS 23.501、TS 23.288、TS 29.500等核心规范的具体变更。


一、Rel-19核心网架构全景:从SBA到AI-Native

Rel-19并非对5GC架构的推倒重来,而是在Rel-15/16/17/18奠定的SBA基础上,向AI原生网络和全域融合两个方向深度演进。TS 23.501 V19.x.x在架构参考模型中新增和修改了以下关键要素:

图表1

图表 1

Rel-19 核心网关键时间线

里程碑 时间 内容
Stage 1冻结 2025年3月 TS 22系列需求规范冻结
Stage 2冻结 2025年6-9月 TS 23系列架构规范冻结
Stage 3冻结 2025年12月 TS 24/29系列协议规范冻结
规范可用 2025年12月 完整可实施规范发布

Rel-19在SA2工作组(架构组)下的核心网相关Work Items超过20个,涵盖了从AI/ML原生架构、Ambient IoT、NTN Phase 3到网络切片增强的完整技术栈。以下逐一剖析四大关键演进方向。


二、NWDAF AI/ML架构增强:从数据分析到AI原生

2.1 架构分离:MTLF与AnLF的职责细化

TS 23.288 V19.x.x对NWDAF架构进行了重要重构。Rel-18引入的MTLF(Model Training Logical Function)和AnLF(Analytics Logical Function)分离架构在Rel-19中得到全面强化:

图表2

图表 2

MTLF负责ML模型的全生命周期管理——训练、验证、部署和更新。AnLF则专注于使用训练好的模型执行实时推理分析,输出分析结果供其他NF消费。

Rel-19在此架构上引入了三项关键增强:

(1)联邦学习支持

TS 23.288 Section 6.2A新增了分布式NWDAF实例间的联邦学习协作机制。多个MTLF实例可以在不共享原始数据的前提下协作训练全局模型,这对跨PLMN或多数据中心部署至关重要。具体实现上,MTLF通过Nnwdaf_MLModelProvision服务的参数federated_learning_config协商联邦学习的轮次、聚合算法(如FedAvg)和隐私保护策略(如差分隐私参数ε)。

(2)Analytics ID扩展

Rel-19新增了多个Analytics ID(分析标识),扩展了NWDAF的分析覆盖范围:

Analytics ID 新增/增强 描述
nf_load 增强 细粒度NF负载预测,支持CPU/内存/会话数多维指标
slice_load_level 增强 端到端切片负载分析,含RAN+CN+Transport
ue_mobility 增强 增加轨迹预测能力,支持时间序列预测
qoS_sustainability 增强 QoS退化预测,新增时间窗口参数
dispersion_analytics 新增(Rel-19) UE分散性分析,用于覆盖优化
dn_performance 增强 DN性能分析,增加RTT/丢包/吞吐量维度
red_cap_analytics 新增(Rel-19) RedCap终端行为分析与异常检测

(3)NWDAF与O-RAN的端到端分析协调

TS 23.501 Section 6.2.3新增了NWDAF与RAN智能控制器(RIC)的交互接口,通过Adaptation Function协调核心网侧分析与RAN侧分析,实现真正意义上的端到端网络智能。这一设计考虑了O-RAN架构中A1策略接口和E2数据接口的映射关系。

2.2 现网部署影响

对于运营商而言,NWDAF的MTLF/AnLF分离架构意味着:


三、Ambient IoT与AIoTF:全新网络功能

3.1 Ambient IoT的架构挑战

Ambient IoT(A-IoT,环境物联网)是Rel-19最具突破性的架构创新之一。A-IoT设备无电池,通过能量收集(backscatter通信)工作,其协议栈极简,无法运行完整的NAS协议栈。

3GPP在TS 23.501 Section 4.2.9和Section 6.x中引入了全新的网络功能——AIoTF(Ambient IoT Function),专门处理A-IoT设备的注册、识别和数据传输。

3.2 AIoTF架构设计

图表3

图表 3

AIoTF的核心设计理念是代理模式:由于A-IoT设备无法运行NAS信令,AIoTF代表这些设备与5GC其他NF交互。具体机制包括:

(1)设备标识与认证

TS 23.501 Section 5.9.12定义了A-IoT设备的标识体系。A-IoT设备使用简化的设备标识符(A-IoT Device ID),由AIoTF映射为5GC内部的GMPI(Guami-based Mobile Equipment Identifier)。认证方面,A-IoT设备无需USIM,AIoTF基于预配置的密钥或backscatter信号特征进行轻量级认证。

(2)数据传输模式

AIoTF支持两种数据传输模式:

模式 描述 适用场景
透明传输 A-IoT数据通过gNB中继,经UPF转发至AF 物流追踪、资产盘点
AIoTF代理模式 AIoTF解析A-IoT数据,通过NEF暴露给AF 智能零售、环境监测

(3)Naiotf服务接口

AIoTF定义了新的SBI接口Naiotf,包含以下服务操作:

3.3 与现有NF的交互

AIoTF与AMF的交互是Rel-19架构设计的精妙之处。当gNB检测到A-IoT设备的backscatter信号时,gNB通过N2接口将A-IoT特定的NAS承载信息(含A-IoT Device ID和负载payload)发送给AMF。AMF根据A-IoT标识路由选择规则(TS 23.501 Section 6.3.15),将请求转发至对应的AIoTF实例。

AIoTF随后执行: 1. 向UDM查询A-IoT设备订阅信息 2. 创建/更新A-IoT设备上下文 3. 通过SMF建立数据传输通道(PDU Session复用或专用承载) 4. 将数据通过UPF/NEF路由至AF


四、SCP间接通信模型演进

4.1 四种通信模型的演进路径

TS 29.500 V19.x.x定义了NF服务消费者与生产者之间的四种通信模型。Rel-19在此基础上对Model D(间接通信+委托发现)进行了关键增强。

模型 发现方式 通信路径 Rel-19变化
Model A 直接(NRF) 直接(Consumer→Producer) 无变化
Model B 直接(NRF) 间接(Consumer→SCP→Producer) 增强SCP链式路由
Model C 委托(SCP) 间接(Consumer→SCP→Producer) 增强负载均衡
Model D 委托(SCP) 直接(Consumer→Producer) 新增多SCP协调

Rel-19对SCP架构的增强主要体现在三个维度:

(1)多SCP协调与链式路由

在大规模部署中,不同NF实例可能注册在不同的SCP域中。Rel-19引入了SCP Chaining机制(TS 29.500 Section 6.1.2.3),允许请求跨越多个SCP实例路由。当SCP-A收到请求但目标NF不在其服务范围内时,SCP-A可以转发至SCP-B,形成路由链。

SCP间的路由信息通过3gpp-Sbi-Target-Scope Header和3gpp-Sbi-RouteInfo Header传递,避免了每个SCP需要维护全量NF路由表的问题。

(2)委托发现的增强

Model D中,SCP代替消费者向NRF发起发现请求(Nnrf_NFDiscovery),然后将发现结果(目标Producer的URI)返回给消费者。Rel-19增强了此流程:

(3)SCP安全增强

TS 33.522 V19.0.0(5G SCAS for SCP)对SCP安全提出了新要求: - SCP必须支持OAuth 2.0 token的中继和验证 - 支持mTLS双向认证 - SCP间通信需要独立的安全通道

4.2 SCP通信模型对比

图表4

图表 4

4.3 现网部署建议

场景 推荐模型 理由
小规模单数据中心 Model A 简单直接,无额外组件
多数据中心 Model C SCP集中路由,减少跨域NRF查询
边缘+中心混合 Model D 边缘Consumer发现后直连,减少SCP转发延迟
运营商间漫游 Model C + SCP Chaining 跨PLMN路由由SCP链处理

五、边缘计算与UPF流量编排增强

5.1 EAS发现与重定位增强

Rel-19在TS 23.558和TS 29.556(V19.4.0)中对Edge Application Server(EAS)发现和重定位机制进行了系统性增强。

EAS Discovery增强要点:

5.2 UPF流量编排增强

TS 23.501 Section 6.4.3和TS 29.244(PFCP协议)在Rel-19中引入了以下UPF增强:

特性 Rel-18 Rel-19增强
ULCL/BP 静态配置 动态按需创建,支持会话内切换
Traffic Steering 基于FAR规则 增加计算负载感知路由
QoS Monitoring 基本QoS监控 增加实时QoS预测
Multi-access PDU MA-PDU基本框架 增强ATSSS多路径编排
Data Collection 基于N4报告 增强与NWDAF的数据对接

动态ULCL创建流程是Rel-19边缘计算的核心场景:

图表5

图表 5

5.3 UPF与NWDAF的数据闭环

Rel-19的一个重要设计理念是建立UPF数据收集→NWDAF分析→SMF/PCF策略调整的闭环。具体机制:

  1. UPF数据收集增强:TS 29.244 PFCP协议新增Measurement Method = COMPUTING_LOAD,UPF可上报关联EAS的计算负载
  2. NWDAF分析输入:NWDAF通过DCCF(Data Collection Coordination Function)订阅UPF的QoS监控报告和流量统计
  3. 策略闭环:SMF订阅NWDAF的dn_performance Analytics ID,根据分析结果动态调整ULCL/BP规则

这一闭环使得边缘计算从"静态配置"走向"动态优化",是实现自驱动网络的关键技术基础。


六、其他重要架构变更

6.1 Personal IoT Network (PIN)

Rel-19引入了个人IoT网络(PIN)概念(TS 23.501 Section 4.2.13)。PIN是一组由用户管理的IoT设备集合,通过PIN Element(具有5GC连接能力的网关设备)接入5G网络。架构上:

6.2 NTN Phase 3核心网支持

Rel-19的NTN增强对核心网的影响主要集中在AMF和SMF:

6.3 网络切片增强

Rel-19对网络切片的增强(TS 23.501 Section 5.15)主要体现在:


七、规范关联与迁移路线图

7.1 核心规范关联矩阵

主规范 关联规范 Rel-19关键变更
TS 23.501 (架构) TS 23.502 (流程) 新增AIoTF/PIN架构、NTN增强
TS 23.288 (NWDAF) TS 29.520/29.521 MTLF/AnLF分离、联邦学习
TS 29.500 (SBA实现) TS 29.510 (NRF) SCP Model D增强、多SCP协调
TS 29.244 (PFCP) TS 23.501 UPF计算感知路由、NWDAF数据闭环
TS 29.556 (EAS发现) TS 23.558 (边缘架构) 计算感知EAS发现
TS 33.522 (SCP安全) TS 33.501 (安全架构) SCP安全增强

7.2 从Rel-18升级到Rel-19的迁移考量

对于计划从Rel-18升级到Rel-19的运营商,以下关键点需重点关注:

第一阶段:基础架构升级(3-6个月) - SCP升级:支持Model D和多SCP协调,需更新SCP软件和配置 - NRF增强:支持Rel-19的NF Profile新增字段(如AIoTF注册信息) - 升级PFCP协议栈:支持新增IE

第二阶段:AI/ML能力部署(6-12个月) - 部署NWDAF MTLF/AnLF分离架构 - 训练初始ML模型,建立数据管道 - 配置DCCF数据采集策略

第三阶段:新特性引入(12-18个月) - 按需部署AIoTF(如有A-IoT业务需求) - 启用边缘计算增强功能 - 开启NTN Phase 3支持


常见问题

Q: NWDAF的MTLF和AnLF必须分离部署吗?

A: 不是必须的。规范允许MTLF和AnLF合设于同一NWDAF实例中(TS 23.288 Section 5.1)。分离部署是推荐的最佳实践,适用于大规模网络或多数据中心场景。对于中小规模网络,合设部署可降低运维复杂度。

Q: AIoTF是必选的网络功能吗?运营商没有A-IoT业务需求是否需要部署?

A: AIoTF是可选网络功能。只有运营商计划提供Ambient IoT服务时才需要部署。但需注意,如果终端厂商推出A-IoT设备,gNB侧的软件需要升级以支持backscatter信号的中继处理。

Q: SCP的Model D和Model C在实际部署中如何选择?

A: Model C适合集中管控场景,所有NF间通信经过SCP,便于统一监控和策略执行。Model D适合对时延敏感的场景,Consumer在SCP辅助发现后直接与Producer通信,减少一跳转发延迟。混合部署也是可行的——核心NF间用Model C,边缘NF用Model D。

Q: Rel-19的边缘计算增强对现有MEC平台有什么影响?

A: Rel-19主要增强了EAS发现和UPF流量编排的智能化水平。现有MEC平台需要升级以支持计算感知发现接口(暴露computing_status),UPF需要支持动态ULCL/BP创建。如果现有部署使用静态ULCL配置,需要规划向动态编排的迁移路径。

Q: Rel-19核心网升级是否需要终端配合?

A: 大部分核心网增强(如SCP、NWDAF、UPF流量编排)不需要终端升级。但A-IoT、PIN、NTN增强等特性需要终端支持相应的Rel-19协议栈。建议运营商根据业务需求分阶段推进终端生态。


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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