1.4.1　控制面

AMF和SMF是5GC控制面的兩個主要節點，分別負責用戶接入管理和會話管理，配合AMF和SMF功能單元工作的還有UDM、AUSF、PCF等。另外，NRF和NEF這兩個平臺支持功能節點，用于服務注冊、發現、授權，幫助其他節點發現網絡服務等功能。

UE和5G核心網間的NAS消息通過NR透傳給AMF，再經由AMF發送給對應的模塊處理。如果UE同時通過3GPP和non-3GPP接入網接入5GC，那么每個接入模式下都有一個N1 NAS信令連接。

1．UE與gNB之間的協議棧

5G空口信令協議棧如圖1-31所示。

RRC層位于PDCP層之上，完成的功能有下發系統消息、準入控制、安全管理、測量與上報、NAS消息傳輸及無線資源管理。

PDCP層功能包括傳輸用戶面和控制面數據、加密和完整性保護、用戶面報頭壓縮RoHC、維護PDCP的SN號、雙連接時執行數據分流（路由和重復）、重排序、重復丟棄。需要注意的是，PDCP層新增了重排序和復制功能，以及用戶面數據完整性保護功能。PDCP層結構和功能如圖1-32所示。

RLC層位于PDCP層以下，實體分為透傳模式（TM）、非確認模式（UM）和確認模式（AM）。根據傳輸模式的不同，RLC對應的功能主要包括：

1）傳輸上層的PDU數據；

2）UM和AM模式時添加SN序列號（與PDCP中的序列號無關）；

3）ARQ糾錯和丟棄功能（AM）；

4）RLC SDU分段重組功能（AM和UM），以及重分段功能（AM）；

5）重復包檢測（AM）；

6）協議錯誤檢測（AM）等。

MAC層負責邏輯信道和傳輸信道之間映射、調度、HARQ（CA場景下每個小區一個HARQ實體）、復用和解復用，雙連接時UE會存在多個MAC實體。MAC層功能如圖1-33所示。

物理層（PHY）基本流程與LTE保持一致，但在編碼、調制、資源映射等具體過程存在差別，如圖1-34所示。

NR有3種RRC狀態：空閑態（Idle）、去激活態（Inactive）和連接態（Connected）。RRC狀態間轉換關系如圖1-35所示。去激活態是NR新引入的一種RRC狀態，主要是為了減小信令開銷、降低終端功耗和接入時延，適用于mMTC場景。RRC狀態示意圖如圖1-36所示。

UE處于RRC 3種狀態時的行為如表1-18所示。

UE處于RRC_INACTIVE狀態時，仍然保持在CM-CONNECTED狀態，且UE可以在RNA區域內移動而不用通知NG-RAN，最后一個服務的gNB保留UE的上下文，與服務的AMF和UPF的NG連接。從核心網看終端，其就和UE處于連接態一樣。如果最后一個服務gNB收到來自UPF的下行數據或者來自AMF的下行信令，則該gNB在RNA的所有小區尋呼UE。如果RNA的小區屬于鄰gNB的，則通過Xn口給對應的鄰gNB發送XnAP-RAN-Paging消息。

RNA（RAN-based Notification Area）可以覆蓋一個或者多個小區，但一定要在核心網配置的注冊區范圍內。當UE的RNA定時器超時或者UE移動出了RNA范圍時，UE需要發起RNAU（RAN-based Notification Area Update）流程。

UE從空閑態和去激活態到連接態信令流程對比如圖1-37所示。

RRC_INACTIVE態是5G新增的一種狀態，目的是使UE可以快速恢復到連接態，而無須重新接入。為了減小UE接入的時延，UE從去激活態到連接態相比于從空閑態到連接態，減少了上下文建立等流程，可以更加快速地恢復UE業務，包括在不同的gNB基站間移動過程中可以復制傳遞UE上行文。

核心網尋呼CN-Paging基于5G-S-TMSI觸發，而從去激活態到激活態是由基站尋呼RAN-Paging觸發，因基站不保存UE的S-TMSI信息，所以需要一種新的用戶標識I-RNTI（I-RNTI在Paging消息中的UE-Identity攜帶，用于喚醒去激活態的UE）。

I-RNTI分為full I-RNTI和short I-RNTI，在SIB1消息中通過useFullResumeID指示（useFullResumeID存在則表示使用full I-RNTI和RRCResumeRequest1，不存在則表示使用short I-RNTI和RRCResumeRequest），full I-RNTI為40bit，short I-RNTI為24bit，full I-RNTI可由UEID+gNBID+PLMN構成。

2．UE與AMF之間的協議棧

AMF只負責MM消息處理，包括注冊管理、連接管理、用戶面連接的激活和去激活操作，以及NAS消息的加密和完整性保護。控制面協議棧（UE與AMF間）如圖1-38所示。

NAS-MM協議負責注冊管理、連接管理、用戶面連接的激活和去激活操作，負責NAS消息的加密和完整性保護（參閱TS 24.501）。

3．UE與SMF之間的協議棧

5G接入管理功能和會話管理功能分離。UE與SMF間的會話管理（SM）消息經由AMF透傳給SMF，由SMF執行會話管理，負責控制用戶面PDU會話的建立、修改和釋放。控制面協議棧（UE與SMF間）如圖1-39所示。

NAS-SM（N2-SM）消息支持用戶面PDU會話的建立、修改、釋放；NAS-SM消息通過AMF透傳給SMF（即AMF不對N2消息中SM字段進行解析處理）。