5G-Advanced核心网架构演进：从SBA增强到智能化自治网络

一、引言：核心网演进的驱动力

3GPP Release 18（2024年冻结）正式开启了5G-Advanced时代，而Release 19（2025年底Stage 3完成）作为5G-Advanced的第二阶段，将核心网演进推向了前所未有的深度。如果说Rel-15/16/17定义了5GC的"骨架"，那么Rel-18/19则在为其注入"灵魂"——数据驱动的智能自治。

核心网演进面临三大驱动力：

1. 业务复杂度爆炸：NTN、Ambient IoT、TSN等垂直场景对核心网提出了截然不同的需求，传统"一刀切"的架构已无法胜任
2. 运维成本压力：全球5GC网元数量较4G EPC增长3-5倍，人工运维模式不可持续
3. 能效目标约束：GSMA报告指出，5G核心网能耗占全网5-15%，双碳目标要求核心网必须走向"绿色"

本文将从SBA服务化架构增强、NWDAF智能化闭环、网络数据层NDL、能量感知核心网四大维度，深度解析5G-Advanced核心网的架构演进原理。

二、SBA服务化架构的深度演进

2.1 从"服务化"到"服务网格"

Rel-15定义的SBA架构将NF（Network Function）之间的交互从传统的点对点接口（如4G中的S6a、S11）转变为基于HTTP/2的RESTful服务调用。但Rel-15/16的SBA存在一个关键瓶颈：服务发现与路由的静态性。

在Rel-15中，NRF（Network Function Repository Function）通过Nnrf_NFDiscovery服务提供NF实例的注册与发现，但这个过程本质上是一个"查询-响应"模式：

// Rel-15 NRF发现流程（简化）
GET /nnrf-disc/v1/nf-instances?
    target-nf-type=AMF&
    requester-nf-type=SMF&
    service-names=namf-comm

Rel-18/19对此进行了三层增强：

第一层：服务化接口的精细化控制（TS 29.510增强）

Rel-19引入了条件化服务注册（Conditional Service Registration），NF实例可以基于自身负载、能力、地理位置等多维度属性进行注册，消费者NF在发现时可以附加更细粒度的过滤条件：

// Rel-19 增强的NRF发现
GET /nnrf-disc/v1/nf-instances?
    target-nf-type=AMF&
    requester-nf-type=SMF&
    service-names=namf-comm&
    amo=local&                          // 亲和移动性区域
    snssai-list=0101ABCD&               // 网络切片精确匹配
    tai=46000-1ABCD23&                  // 跟踪区精确匹配
    preferred-locality=DC-East&         // 数据中心亲和性
    load-level-threshold=70             // 负载低于70%的实例

第二层：SBI（Service-Based Interface）协议栈扩展（TS 29.500增强）

Rel-19开始研究SBI从纯HTTP/2向多协议适配演进的可能性，包括：

第三层：服务编排与生命周期自动化

Rel-19的eEDGE_5GC_Ph3（Work Item #1040036）将NF的生命周期管理从手动触发升级为事件驱动的自动编排。当NWDAF检测到某区域流量激增时，可以通过MnS（Management Services）接口自动触发UPF/AMF实例的弹性伸缩。

2.2 SBA增强架构总览

图表 1

三、NWDAF智能化闭环：从"看"到"做"

3.1 NWDAF的架构跃迁

NWDAF（Network Data Analytics Function）从Rel-15的"纯分析"功能，在Rel-18/19中演变为核心网智能自治的"大脑"。核心变化体现在内部架构的拆分：

在Rel-17之前，NWDAF是一个逻辑单体。从Rel-18开始（TS 23.288增强），NWDAF被拆分为两个核心逻辑组件：

• MTLF（ML Model Training Function）：负责机器学习模型的训练、更新和生命周期管理
• AnLF（Analytics Logical Function）：负责使用训练好的模型生成分析结果（Analytics Information），向消费者NF提供统计或预测性分析

图表 2

3.2 闭环自动化原理

Rel-19的关键突破是引入了策略驱动的闭环自动化（Closed-Loop Automation）。这不再是NWDAF仅仅"告知"消费者NF分析结果，而是允许NWDAF的分析结果直接触发预定义的策略动作。

闭环逻辑可以用以下伪代码表示：

// 闭环自动化决策逻辑（概念模型）
ClosedLoopPolicy {
    trigger: AnalyticsEvent {
        analyticsId: "load_level",
        condition: "predicted_load > 80%",
        confidence: "> 0.7",
        timeHorizon: "15min"
    },
    actions: [
        {
            type: "NF_SCALING",
            target: "AMF-set-1",
            parameters: { scaleOut: 1, instanceType: "AMF-v3" }
        },
        {
            type: "LOAD_REBALANCE",
            target: "AMF-set-1",
            parameters: { migrateUEs: 5000, destination: "AMF-set-2" }
        }
    ],
    guardrails: {
        maxActionInterval: "5min",
        rollbackCondition: "error_rate > 1%",
        approvalRequired: false  // L4级自动化
    }
}

3.3 NWDAF分析能力演进对比

四、网络数据层NDL：数据即基础设施

4.1 NDL的核心思想

Network Data Layer（NDL）是3GPP在Rel-19后期和Rel-20中重点推进的架构概念，其核心思想是将数据从网络功能中解耦出来，使其成为与控制面、用户面并列的"第三面"——数据面。

传统5GC中，数据分散在各个NF中： - UDM/UDR存储签约数据 - PCF存储策略数据 - AMF/SMF维护UE上下文状态 - NWDAF管理分析数据

这种碎片化导致了数据孤岛、一致性难保证、跨NF数据分析效率低等问题。

NDL的架构目标是：

┌─────────────────────────────────────────┐
│           Network Data Layer            │
│  ┌─────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
│  │ 签约数据 │ │ 策略数据  │ │ 分析数据  │ │
│  │ (SubData)│ │(PolData) │ │(AnaData) │ │
│  └─────────┘ └──────────┘ └──────────┘ │
│  ┌─────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
│  │ 上下文数据│ │ 运维数据  │ │ AI/ML数据 │ │
│  │(CtxData) │ │(OAMData) │ │(MLData)  │ │
│  └─────────┘ └──────────┘ └──────────┘ │
│         统一数据治理 & 访问控制           │
└─────────────────────────────────────────┘
         ↑                    ↑
    控制面NF              外部应用
  (AMF/SMF/...)        (via NEF/API)

4.2 TR 23.700-26与NDL研究

3GPP TR 23.700-26 V20.0.0（2026年3月发布）是NDL研究的关键技术报告，属于Rel-20/6G范畴。该报告定义了以下核心架构原则：

原则一：数据即服务（DaaS）

NDL将数据抽象为可消费的服务，任何授权的NF或外部应用通过标准化的数据访问接口获取数据：

// NDL数据访问（概念性接口设计）
Nndl_DataAccess {
    // 订阅数据变更通知
    Subscribe(dataType, filter, callback) → SubscriptionId

    // 查询历史数据
    Query(dataType, filter, timeRange) → DataSet

    // 请求实时数据流
    Stream(dataType, filter, qos) → StreamHandle
}

原则二：联邦数据管理

在多PLMN、多边缘计算节点的分布式部署中，NDL支持联邦式数据管理——数据可以在本地产生、本地存储，同时支持跨域联邦查询，无需将所有数据集中到中心节点。

原则三：数据治理内置

NDL在架构层面嵌入数据治理能力： - 数据血缘追踪（Data Lineage）：从数据产生到消费的全链路追踪 - 隐私合规引擎：根据GDPR/个人信息保护法自动执行数据脱敏和过期删除 - 数据质量度量：自动检测数据的完整性、一致性和时效性

4.3 NDL与现有5GC数据架构的对比

五、能量感知核心网：绿色通信的核心网维度

5.1 核心网能耗的真相

根据中兴通讯《绿色5G核心网白皮书》和GSMA的分析数据：

• 5G核心网能耗占全网总能耗的5-15%
• 虚拟化后，数据中心层面的核心网能耗密度是传统设备房的2-3倍
• 深夜时段（00:00-06:00），核心网NF平均利用率不足15%，但能耗仅下降20-30%

这种"低利用率、高能耗"现象的核心原因在于：容器/POD即使空闲也占用基础资源（内存、CPU预留、网络栈开销）。

5.2 Rel-18/19的核心网节能机制

3GPP在Rel-18/19中引入了多层核心网节能框架：

机制一：NF实例级节能（TS 23.501 Rel-18增强）

通过NWDAF的负载预测分析，在低负载时段自动缩容NF实例：

// 节能缩容决策逻辑
EnergySavingPolicy:
  trigger:
    analytics: NWDAF.load_level_prediction
    condition: "predicted_max_load < 30% for next_4_hours"
  actions:
    - type: SCALE_IN
      target: AMF-pool-East
      min_instances: 2   // 保底实例数
    - type: SCALE_IN
      target: SMF-pool-East
      min_instances: 1
    - type: SUSPEND
      target: standby-UPF-East  // 挂起备用UPF
  guardrails:
    must_maintain: 99.99% availability
    ramp_down_rate: "10% per 15min"  // 平滑缩容

机制二：服务粒度节能

将NF内部的服务（Service）按优先级分为三类，在低负载时按序关闭：

机制三：UPF休眠模式

UPF作为核心网中部署量最大、能耗最高的NF，Rel-19引入了UPF微休眠（Micro-sleep）机制：

• 当某个UPF实例的PDU Session数低于阈值时，进入低功耗模式
• 数据面转发通过硬件加速（DPDK/SR-IOV）维持最小带宽
• 控制面信令（N4 Session）交由活跃UPF代理
• 当流量回升时，通过NWDAF预测提前预热（Pre-warm），确保切换无感知

5.3 能量感知核心网架构

图表 3

5.4 核心网能效度量指标（参考TR 28.913 Rel-19）

3GPP TR 28.913 V19.0.0定义了核心网能效的关键度量指标：

六、边缘计算增强（eEDGE_5GC_Ph3）

6.1 Rel-19边缘计算增强的核心改进

Work Item #1040036（eEDGE_5GC_Ph3）在Rel-19中引入了以下关键增强：

计算感知的路由选择

传统5GC中，UPF的选择仅基于数据面拓扑（DNAI、N6路由）。Rel-19引入了计算状态感知的UPF/Edge选择：

// Rel-19 计算感知UPF选择（概念模型）
UPF_Selection_Enhanced {
    inputs:
        - UE_location
        - Application_ID
        - DNAI_availability
        - Edge_compute_load     // 新增：边缘计算节点负载
        - Edge_compute_latency  // 新增：计算任务估计延迟
        - GPU_availability      // 新增：GPU加速可用性

    algorithm:
        score = α × routing_proximity 
              + β × compute_capacity 
              + γ × current_load 
              + δ × latency_slo_compliance

    output:
        selected_UPF + selected_Edge_Node
}

AF-边缘计算协商

Rel-19增强了AF（Application Function）与5GC的交互，允许AF在会话建立时提供计算需求描述符（Compute Requirement Descriptor），SMF据此选择最优的边缘节点：

6.2 边缘计算增强信令流程

图表 4

七、实战部署要点

7.1 NWDAF部署的关键参数配置

在实际部署中，NWDAF的AnLF和MTLF可以合设或分设，建议的配置原则：

MTLF训练参数建议：

• 训练数据窗口：至少7天（覆盖完整周期性模式）
• 模型更新频率：每6小时增量更新，每周全量重训
• 特征工程重点：时间特征（小时/星期）、空间特征（TAI/Cell）、事件特征（切换/注册）
• 模型验证指标：MAPE < 15%（平均绝对百分比误差）

7.2 核心网节能部署的坑

坑一：UPF休眠后的N4 Session漂移

当UPF进入休眠时，其承载的N4 Session需要迁移到活跃UPF。如果迁移过程中出现信令拥塞，可能导致PDU Session中断。建议：分批迁移，每批不超过总Session的5%，批次间隔30秒。

坑二：NWDAF预测准确率不足导致振荡

如果负载预测模型的准确率低于70%，可能出现NF实例在缩容和扩容之间频繁振荡。建议：设置冷却期（Cooldown Period），缩容后至少等待15分钟才能再次触发缩容；同时设置预测置信度阈值，低于0.7的预测不触发自动动作。

坑三：跨域数据一致性问题

在多数据中心部署中，NDL的数据同步延迟可能导致策略决策基于过时数据。建议：对于关键策略（如负载均衡、切片准入），采用同步复制模式（强一致性）；对于分析类数据（如负载统计），可接受异步复制（最终一致性），但需标注数据时效性。

八、技术参数总览

5G-Advanced核心网演进关键特性一览

常见问题

Q: NWDAF的AnLF和MTLF必须分开部署吗？

A: 不是必须的。3GPP TS 23.288规定AnLF和MTLF是NWDAF内部的逻辑功能，可以合设在同一个NF实例中。在实际部署中，小型网络建议合设以降低运维复杂度；中大型网络建议分设，因为MTLF的模型训练是计算密集型任务，与AnLF的实时推理在资源需求上有冲突，分设后可以独立扩展。此外，MTLF可以集中部署在中心DC，而AnLF分布式部署在边缘DC，实现"集中训练、分布推理"的高效架构。

Q: NDL和现有的UDR是什么关系？NDL会取代UDR吗？

A: 两者是演进关系而非替代关系。UDR（Unified Data Repository）在Rel-15中定义为UDM/PCF的后端数据存储，主要管理签约数据和策略数据。NDL是更高层次的数据架构抽象，它在逻辑上"包裹"了UDR的能力，并将其扩展到更广泛的数据类型（分析数据、运维数据、AI/ML数据等）。在Rel-20的初期阶段，NDL很可能以UDR增强的形式实现，而不是一个全新的NF。长期来看，NDL会逐步统一现有的UDR、NWDAF的数据管理功能、以及OAM的数据采集功能。

Q: 核心网节能会不会影响用户体验？

A: 这取决于节能策略的设计是否合理。关键在于三个"度"：预测准确度（NWDAF负载预测的准确率需>80%）、缩容平滑度（分批缩容，避免瞬间大规模NF下线）、保底裕度（始终保留充足的headroom应对突发流量）。实践中，建议采用渐进式部署：第一阶段仅开启监控和推荐模式（推荐人工审批），验证预测准确率；第二阶段开启半自动模式（低风险场景自动执行，高风险场景人工审批）；第三阶段才是全自动模式。Rel-19的闭环自动化正是按这个成熟度梯度设计的。

Q: Rel-19的边缘计算增强对现有MEC平台有什么影响？

A: Rel-19的eEDGE_5GC_Ph3将计算感知引入了SMF的UPF选择流程，这意味着MEC平台的资源信息需要暴露给5GC。具体实现上，需要MEC平台（如ETSI MEC架构）通过AF向PCF/NEF提供计算资源状态信息。对于已经部署了MEC平台的运营商，主要需要升级AF的接口适配（增加计算需求描述符），以及在SMF中部署增强的UPF选择算法。对于尚未部署MEC的场景，Rel-19的增强并不强制要求MEC平台存在——计算感知可以简化为"DNAI亲和性+负载权重"的轻量级实现。

Q: 这些核心网增强对终端用户有什么影响？需要换手机吗？

A: 核心网演进对终端用户是透明的，不需要更换手机。SBA增强、NWDAF智能化、NDL、节能机制等都发生在核心网内部和OAM层面，不涉及空口协议的变更。终端用户能感受到的效果是：网络更加稳定（闭环自动化减少了拥塞中断）、边缘应用响应更快（计算感知路由）、以及运营商可能因为节能降本而推出更优惠的套餐。不过，如果需要利用Rel-19的某些新特性（如增强的边缘计算能力），边缘应用开发者需要适配新的AF接口。

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。