1.5 天地一体化信息网络通信服务概述

从技术上来讲，天地一体化信息网络是由通信网络发展起来的电信网络，它既可以提供传统意义上的电话、数据和视频图像等信息传送类的通信业务，也可以基于网络中的智能化功能实体使网络具有灵活快速生成新业务的能力，以及满足各类应用系统定制化的按需信息分发能力。我们把后面这两类与业务相关的新网络能力也划归为“通信服务”的范畴。

1.5.1 电信网通信服务概念的由来

电信网是由用户终端、通信链路和信息交换/转接（信息存储与处理）节点组成，实现两个以上用户终端之间信号传输的信息通信体系，它是包括终端设备、传输设备、交换设备和信息处理设备（例如，服务器等）的综合系统，旨在向用户提供各种电信服务。公用电话交换网（public switched telephone network,PSTN）是最早建立起来的一种电信网，主要用于电话信息的传递，通信技术、计算机技术，以及高清晰度电视等多媒体技术的发展，对电信网提出了更高的要求。例如，为了满足计算机用户通信的需求，发展构建了公用数据分组交换网（public date packet switched network, PDPSN）和互联网（Internet），为了满足人们对移动出行时的通信需求，又发展构建了公共陆地移动网（public land mobile network,PLMN）等。

电信业务分为基本电信业务和增值电信业务。基本电信业务是指运营商利用网络基础设施为电信用户提供的基本话音、数据和视频通信等业务，是满足消费者基本通信需求的业务；增值电信业务是运营商在基本电信业务的基础上，为满足消费者更高层次的信息服务需求而提供的增强型业务，因此，它必须能够提供更好、更周到、更多样化的服务，符合不同消费者群体的个性化要求，例如，电子（话音）信箱、信息捡索与处理、电子数据互换、电子查号和电子文件传输等业务。增值业务既可以给用户带来全新的应用体验，也可以为运营商带来可观的经济效益。

1.5.1.1 最早的通信服务概念来自电话网

电话网建立的初期主要为用户提供电话业务，它是指一个用户单独占有并使用一个独立的电话号码，通过网络与另外一个用户之间实现话音通信的业务。

进入20世纪80年代，在技术进步与人类生产和生活需求的促进下，电话网向用户提供的业务已由传统的电话业务拓展到了多种多样的电信新业务。所谓新业务，就是在原有电话业务上发展起来的增值业务，例如，话音邮箱、声讯服务等业务，以及后来通过音频调制解调器提供的窄带数据业务和图文业务等。

随着电话网业务种类日益增多，新业务的内容也日益复杂。这些复杂多变的业务处理已不可能完全由电话网中的程控交换机来承担，为此，电信运营商利用先进的信息通信技术（information and communications technology,ICT），在电话网之上叠加一层业务控制网络，即将原来网络中的部分程控交换机升级为业务交换点（service switching point,SSP）设备，并在电话网中采用了集中化的数据库和服务器设置“业务控制点（service control point,SCP）设备”，然后通过公共信道信令（No.7信令）链路把业务控制点和业务交换点连接起来，形成所谓具有复杂多变的业务处理控制功能的智能网，智能网的组成结构如图1-4所示，从而使得电话网具有了能够快速灵活提供新业务的能力。这种由智能网提供的业务控制功能和能力称为智能网服务，它就是电信网中“通信服务”的雏形。综上，电信网的业务是面向用户提供的，而“通信服务”是电信网通过利用信息技术而产生的智能化的网络能力。一方面，它能够快速进行复杂多变的业务处理，使电信网具备快速生成新（增值）业务的能力；另一方面，也可以直接为用户提供智能化的信息服务，例如，信息推送、信息点播、信息广播等服务。

1．智能网的组成与功能

如图1-4所示，智能网主要由以下功能单元组成。

（1）业务交换点

业务交换点实现呼叫处理功能和业务交换功能。呼叫处理功能执行用户呼叫、执行呼叫建立和呼叫保持等基本接续操作。业务交换功能则能够接收、识别出智能业务呼叫并向业务控制点报告，进而接受业务控制点发来的控制命令。业务交换点一般以原有的数字程控交换机为基础，再配以必要的软硬件，以及 No.7信令系统接口。

（2）业务控制点

业务控制点是智能网的核心功能部件。它存储用户数据和业务逻辑，接收SSP送来的查询信息并查询数据库，进行各种译码。同时，它还能根据SSP上报来的呼叫事件启动不同的业务逻辑，根据业务逻辑向相应的SSP发出呼叫控制指令，从而实现各种各样的智能呼叫。智能网提供的所有业务的控制功能都集中在 SCP中。SCP与SSP之间按照智能网的标准接口协议进行互通，SCP一般由大、中型计算机和大型实时高速数据库构成。要求SCP具有高度的可靠性，每年服务的中断时间不能超过3min，因此，SCP应具有容错功能，且在网络中的配置起码是双备份甚至是三备份。

（3）信令转接点

信令转接点（signalling transfer point,STP）实质上是No.7信令的组成部分。在智能网中，STP用于在SSP和SCP之间提供通信通路，其功能是转接No.7信令。

（4）智能外设

智能外设（intelligent peripheral,IP）是协助完成智能业务的专用资源。通常具有各种语音功能，如语音合成、播放录音通知、接收双音多频拨号、进行语音识别等。IP可以是一个独立的物理设备，也可能是SSP的一部分。它接受SCP的控制，执行SCP业务逻辑所指定的操作。IP设备一般造价较高，若在网络中的每个交换节点都配备是很不经济的。因此，在智能网中将其独立配置。

（5）业务管理系统

业务管理系统（service management system,SMS）是一种计算机系统。它一般具有5种功能，即业务逻辑管理、业务数据管理、用户数据管理、业务监测及业务量管理。在业务生成环境上创建的新业务逻辑由业务提供者输入SMS中，SMS再将其装入 SCP，就可以在通信网上提供该项新业务。完备的 SMS 还可接收远端用户发来的业务控制指令，修改业务数据（如修改虚拟专用网的网内用户个数），从而改变业务逻辑的执行过程。一个智能网一般仅配置一个SMS。

（6）业务生成环境

业务生成环境（service creation environment,SCE）的功能是根据用户的需求生成新的业务。SCE为业务设计者提供友好的图形编辑界面，用户利用各种标准图元设计新业务的业务逻辑，并为之定义相应的数据。业务设计好之后，还需要进行严格的验证和模拟，以保证它不会给电信网中已有业务带来损害。此后，才将此业务逻辑传送给SMS，再由SMS加载到SCP上运行。智能网的主要目标之一，就是便于新业务的开发，SCE正是为用户提供了按需设计业务的可能性。从这个角度上说， SCE是智能网的灵魂，真正体现了智能网的特点。

2．智能网服务平台

具有智能的电话网实现了话音和数据等业务信息传送与业务控制功能的分离，这时的电话网主要完成话音、数据等基本电信业务的传送功能，而智能网则完成复杂多变新业务的生成与处理功能。当网络需要增加新业务时，不用改造网络中的程控交换机，只需要修改升级业务控制点中的软件就可以实现网络智能业务的控制，从而大幅提高了电信运营商提供新业务的速度，降低了新业务的运营成本。

在智能网的概念中，将服务提供和基础网络的业务信息传递功能相分离，此概念原则上允许在不同的物理网络之上提供基于智能网络的服务。因此，智能网首先被应用于PSTN，接着又被应用于综合业务数字网（integrated services digital network, ISDN），随后在20世纪90年代，随着移动网络的兴起，智能网又被应用于移动网络，即所谓的移动网增强逻辑的定制应用（customized application for mobile network enhanced logic,CAMEL）。CAMEL在网络服务平台中占据重要地位，在当时大量应用于移动网络。

智能网服务平台的概念如图1-5所示。其在本质上是一个分布式操作系统，作为一个软件中间件运行于各种异构网络之上，并向上层应用提供同构的抽象网络。智能网服务平台的核心是服务独立构件（service independent block,SIB）, SIB 其实是对网络功能的一个简单封装。在智能网体系结构上提供一组通用的SIB，通过对SIB的简单重组形成新的服务，以提高软件组件的重用性，简化服务的开发过程。

1.5.1.2 互联网的服务化概念

20世纪80年代出现的智能网技术，使电信网成为一个可编程环境，目标是加快电信网增值业务的开发过程，其基本思路是在PSTN物理网络上引入一层具有业务控制功能的服务体系结构（服务平台），把业务控制中的智能从传统的网络交换机中抽取出来，放入特定的集中式服务控制点。在后续的十多年内，虽然智能网和CAMEL 服务变得非常流行，但是并没有在电信网的开放服务市场中发展起来。主要原因有两个：一是智能网上的编程方法非常受限，只使用了某些特定的信息技术，并不支持当时所流行的大众化编程方法；二是电信业界依然是封闭和垄断的，没有对IT领域数量巨大的工程师们开放接口。

1．互联网发展现状与问题

互联网的前身是美国国防部高级研究计划署开发的世界上第一个数据分组交换网络ARPANET，该网络采用了TCP/IP协议。20世纪90年代之前，其主要的使用者还是研究人员、学者和大学生，他们登录远程主机，在本地主机和远程主机之间传输文件、收发新闻、收发电子邮件等。1989年，欧洲粒子物理研究所（CERN）的Tim Berners-Lee教授发明了万维网（world wide web,WWW，简称Web）技术，目的是使全球的科学家能够利用互联网交流自己的工作文档，互联网上任意一个用户都可以从联网计算机的数据库中搜索和获取文档。Web设计初衷是一个信息资源发布系统，通过超文本标记语言（hyper text markup language,HTML）描述信息资源，通过统一资源标识符（uniform resource identifier,URI）定位信息资源，通过超文本传送协议（hyper text transfer protocol,HTTP）传输信息资源。HTML、URL和HTTP 3个规范构成了Web的核心体系结构，是支撑Web运行的基石。在后续的发展中，利用HTML、公共网关接口（common gateway interface,CGI）等Web技术可以轻松地在互联网环境下实现电子商务、电子政务，以及行业信息化和企业信息化等多种应用系统。

随着 Web 技术和运行理念的发展，微软、IBM、SUN 等公司参与提出和起草了一种新的利用网络进行应用集成软件的标准，即 Web 服务（Web Service），并由W3C（The World Wide Web Consortium）发布。Web Service是一个平台独立、低耦合、自包含的Web应用程序，可使用开放的扩展标记语言（eXtensible markup language,XML）标准来描述、发布、发现、协调和配置这些应用程序。Web Service是构造分布式模块化应用程序和面向服务应用集成系统的技术，在开发和构造分布式应用系统时，一旦部署Web Service应用程序，其他的Web Service可以发现并调用它。可以这样说：互联网让全世界各地的计算机互联并能够进行通信，而 Web Service则是让全世界各地的计算机能够实现信息的共享。而正是Web Service技术的发明，才使得互联网的应用爆炸式增长。

在互联网诞生之初，主要是实现计算机网络的互联，整体目标围绕着建立主机间的通信连接。之后由于Web和Web Service等技术的出现，互联网各类应用逐步推进，网络规模逐步扩大。业界基于互联网发展和推进过程中的问题总结，逐步形成了一些有共识的原则，其中最主要的原则有两条：其一是端到端原则，即互联网的复杂性属于边缘，互联网内部应保持尽可能的简单；其二是分层解耦原则，即互联网各层间应该尽可能的解耦，网络层（IP层）应当与其下面的链路层和物理层，以及与上面的应用层解耦，不要多层出现功能重复。

基于端到端和分层解耦原则的网络架构将互联网分为两部分，即业务网和承载网，如图1-6所示，并使得业务网可以脱离承载网而独立发展。

互联网的业务网就是互联网支持的各类应用系统构成的网络（包括电子商务、电子政务和公众服务，以及部分行业信息化和企业信息化等应用系统构成的网络），是互联网发展最活跃的部分，也是互联网发展的主要动力，50年来其变化从来没有停止过。特别是Web Service技术的出现，催生了许多业务和应用，新业务的开发和部署只需要在服务端和终端通过软件升级的方式进行，可以快速迭代，多样化、个性化的新业务层出不穷，从Web1.0、Web2.0 到Web3.0，新的业务模式快速更新换代（例如，腾讯的微信和QQ、京东的京东商城和京东快递、阿里巴巴的淘宝和天猫等），而无须修改承载网内部众多的网元，也无须制定复杂的互联互通标准。互联网的承载网部分，主要完成信息传送的通信功能，其核心技术50年来虽然经过不断修订，但核心的TCP/IP等技术体制基本保持不变。也正是承载网的网络层尽量简单，有利于它跨越不同类型的底层链路和传输介质，实现全球互联的目标。

2．互联网的服务化概念

业界目前把按照以上两个主要原则设计出来的互联网称为“消费互联网”，其存在的最大问题就是业务网和承载网处于相对割裂的状态。端到端原则隔离了两端和网络，使得终端和服务端无法感知网络的状况；分层解耦原则隔离了应用层和网络层，使得上层应用也无法向承载网络传送个性化的需求，最终绝大多数业务只能按照“尽力而为”的模式运行。此外，网络安全也是这种“消费互联网”存在问题之一。

随着互联网业务向纵深推进，尤其是产业互联网（工业互联网、车联网等新兴业务网）的发展，对其提出了高可靠、低时延、高安全、移动性等需求。然而，业务网和承载网的割裂状态越来越不能满足新业务的需求。例如，对于传输质量有要求的业务网，希望承载网能够提供确定性的传输能力，即带宽、丢包率、时延都是可以预期的，而不仅是“尽力而为”；还有的业务网希望能够感知承载网的状态，如链路利用率、丢包率、缓存队列等，以便调整自身业务网信息的传输窗口，保持最优的信息传输效率；那些对安全性有高要求的垂直行业，希望网络不仅提供传输功能，而且提供“有安全保障”的传输，即保持信息传送的完整、可靠、不被非授权的访问，而且网络要能够让相互信任的用户之间无障碍的连接，相互不信任的用户之间高度受限，这就需要网络具备内生安全的能力。

在信息与通信技术高速发展的时代，互联网要发展、要进步、要不断满足社会发展的新需要。为此，又引入了“服务化网络”的理念，并在两个方面着力。一方面需要网络自身基础服务能力的提升，包括信息精准传送服务能力、内生安全服务能力、算力网络服务能力、移动性服务能力等；另一方面，需要在网络架构和协议方面，增加“服务”层，建立业务网和承载之间的桥梁，使得承载网层面的新能力、新技术等能够很好地被业务网使用，实现业务网和承载网的协同发展。互联网服务化架构与组成如图1-7所示。

综上所述，互联网要满足各类应用业务的需求，一方面需要网络自身基础能力的提升，增加通信服务；另一方面，也需要在网络架构和协议方面，通过通信服务层建立业务网和承载网之间的桥梁，使得网络层面的新能力、新技术等很好地被业务网使用，实现业务网和承载网的协同有效。

1.5.1.3 下一代网络（NGN）中的服务概念

进入21世纪以来，电信网的发展进入了下一代网络（next generation network, NGN）阶段。NGN 是国际电信联盟电信标准化部门（ITU-T）在2000年左右提出的概念，它是在分析研究电话网、综合业务数字网（ISDN）和互联网等如何演进发展的基础上提出的。ITU-T在 Y.2001建议“NGN概述（general overview of NGN）”中给出了NGN的定义：“NGN是一种基于分组的网络，能够利用多种带宽和具有QoS保障能力的信息传送技术，为用户提供包括电信业务在内的多种服务，其中与服务相关的功能独立于底层的传输技术。它允许用户对不同服务提供商网络的自由地接入，支持广义移动性，并向用户提供一致且无处不在的服务。”

基于以上的定义，ITU-T Y.2012建议“NGN 的功能要求和架构（functional requirements and architecture of the NGN）”中给出了NGN的功能架构模型，其内容涉及功能实体定义和功能参考点定义等方面。更进一步，在ITU-T Y.2020建议中给出了关于服务的功能定义，如图1-8所示。

在功能实体方面，该架构模型分为两层，每层又进一步细分为若干子层。NGN的传送层为用户提供信息传送的功能，以及网络传送资源的控制和管理功能，这些被传送的信息可以是用户的话音、数据或者视频等媒体信息，也可以是控制信息和管理信息。传送层功能实体由两个子层来实现，传送功能子层完成用户媒体信息的传送；传送控制功能子层接收、处理和发送控制、管理信息，完成网络连接控制、移动性管理和资源接纳控制等功能。NGN 的服务层为用户提供通信服务相关的功能，支持快速灵活的新业务生成能力。服务层功能由两个子层来实现，下面的子层主要完成服务控制与内容交付控制功能，其中，服务控制功能用于提供基于会话类的通信业务，例如IP电话、电视会议、话音和视频聊天等；内容交付控制功能用于提供非会话类的通信业务，例如媒体流信息的分发和广播等业务。此外，服务控制功能还支持PSTN/ISDN仿真业务。上面的子层主要完成服务支持和应用支持功能，主要包括：服务/应用代理、服务目录、服务路由和服务负载均衡等功能。

在功能参考点接口方面，终端用户功能通过用户网络接口（user network inter-face,UNI）连接到NGN；而其他网络则通过网络侧接口（network to network interface, NNI）与NGN互相连接；NGN通过服务网络接口（service network interface,SNI）与其他服务提供商的系统互相连接，为NGN的用户提供更加丰富的服务；NGN通过应用网络接口（application network interface,ANI）与应用系统互相连接，能够为各行业的应用系统提供其所需的NGN服务。

NGN在为用户提供话音、数据、视频和多媒体通信等多种电信级别业务的同时，具有支持快速灵活的新业务生成能力（通信服务能力），能够支持多种行业应用的定制化、交互型和共享型信息应用和服务，例如电子商务、电子政务、远程教育、远程医疗、智能制造和智慧农业等。关于NGN的服务，ITU-T Y.2020建议“NGN开放服务环境功能架构（open service environment functional architecture for NGN）”中给出的描述是，它由3部分功能实体提供，如图1-8所示。

（1）应用功能实体，提供一种能力集合，这种能力集合允许各类应用系统（或者程序）利用NGN功能和应用网络接口（ANI）提供的服务，快速为各类用户提供增值业务。无论底层网络和/或设备的类型如何，应用提供商或开发人员都能够通过ANI的标准接口快速灵活地创建和提供新的应用服务。

（2）NGN服务层中的“应用与服务支持功能”实体，它提供服务开放环境（open service environment,OSE）相关能力，包括：服务策略执行（service policy enforcement，SPE）、服务注册（service registration,SR）、服务发现（service discovery,SD）、服务组合（service composition,SCM）、服务协调（service coordination,SCR）、服务交换（service switching,SS）、服务管理（service management,SM）等功能实体，支持快速和灵活的新业务开发与生成。

（3）NGN传送层中的“传送控制功能”实体，它提供NGN传送资源管理与控制能力，包括传送层资源管理与控制，以及网络状态呈现、用户位置信息、网络计费功能、安全防护等能力，能够按需调用底层NGN基础设施的资源，为NGN服务能力提供支持。

1.5.1.4 移动通信系统的服务化网络架构

移动通信是20 世纪90 年代中以来全球电信业得以实现高速增长的关键。移动通信将以家庭和企业为基本单元的电信业务延伸到以每个人为基本单元，极大地扩展了电信业务的范围，成为过去30 多年来电信业发展的最大动力之一。

1．蜂窝移动通信系统的发展历程

蜂窝移动通信网由用户终端、接入网（access network,AN）和核心网（core network,CN）组成，能够为用户提供话音、数据、视频图像等业务。其中，接入网主要由基站子系统（包括基站和基站控制器等）组成，为了有效地利用有限的频谱资源，接入网中基站的覆盖按照形状类似蜂窝的小区来布设；蜂窝移动通信网的核心网由信息交换、组网控制和移动性管理等子系统组成，并通过它与固定网络互连。蜂窝移动通信系统组成如图1-9所示。

1983年，第一代蜂窝移动通信系统（1G）商用，用户终端和接入网之间的空中接口采用模拟信号技术体制，多址方式为频分多址（FDMA），其核心网采用电路交换（CS）技术。1G系统能够为用户提供单一的话音通话服务。

20世纪90年代初，第二代移动通信系统（2G）商用，用户终端和接入网之间的空中接口采用了数字信号技术体制，多址方式采用了时分多址（TDMA）和窄带码分多址（CDMA）,2G核心网同样采用了电路交换技术。2G系统可以提供更丰富的业务，并且在保密性、频谱利用效率方面都有显著的提升，推动了移动通信系统的全球普及。

第三代移动通信系统（3G）于 2000 年发布商用。用户终端和接入网之间的空中接口采用了全新的码分多址接入方式，完善了对移动数据和多媒体业务的支持。此时3G的核心网分为了电路交换域和分组交换（PS）域两部分，其中，增加的分组交换域用于支持移动互联网业务。至此，高数据速率和大带宽成为移动通信系统演进的重要指标。

第四代移动通信系统（4G）于2010年开始商用，其无线传输技术获得了进一步的突破。用户终端和接入网之间的空中接口应用了基于正交频分复用（OFDM）和多输入多输出（MIMO）等关键技术，网络容量、蜂窝边缘性能、系统时延等性能指标都得到了很大的改善，频谱效率和支撑带宽能力进一步提升；此时，4G 的核心网去掉了电路交换域，只保留了分组交换域，实现了全IP化，成为了移动互联网的基础支撑，主要提供数据业务，其数据传输的上行速率可达20Mbit/s，下行速率高达100Mbit/s，基本能够满足移动互联网业务的需求，实现了移动通信系统提供互联网业务的期望。

2020年是第五代移动通信系统（5G）商用的元年。根据用户需求其应用逐渐渗透到垂直行业，除了传统的增强型移动宽带（enhance mobile broadband,eMBB）场景之外，将其应用延拓至了大连接物联网（massive machine-type communication, mMTC）场景和超可靠低时延通信（ultra-reliable and low-latency communication, URLLC）场景。5G的用户终端和接入网之间的空中接口应用了基于大规模多入多出（massive MIMO）、毫米波（millimeter wave）传输、多连接（multiple connectivity,MC）等技术，加之其核心网采用了服务化架构、软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）等技术，5G 实现了峰值速率、用户体验数据速率、频谱效率、移动性管理、时延、连接数密度、网络能效、区域业务容量性能的全方位提升。

纵观上述演进历程，满足用户的通信需求是每代移动通信系统演进的首要目标，而新的通信技术则是每代系统演进的驱动力。发展至今的移动通信系统已经与互联网密不可分，实现了完全融合。因此，今天的移动通信系统，不仅支持人与人之间的通信，更是一张可以让移动着的网民获取知识、搜索信息、进行社交、开展商务活动的信息网络。

2．蜂窝移动通信系统核心网服务化架构

在移动通信系统不断演进过程中，为了提升设备性能，降低成本，其核心网的架构也在不断变化：1G/2G 的核心网由单一的电路交换域构成，仅支持话音和低速的窄带数据业务；3G的核心网包含电路交换域和分组交换域，同时提供话音和分组数据业务；4G/5G的核心网仅有分组交换域，实现了全IP化。在此过程中，用户数的增长，以及话音、短信、数据等业务的增长，为运营商带来了收益的快速增长。

传统2G/3G/4G 的核心网采用专用设备。其底层设备平台仅支持同厂商纵向扩展，无法实现异厂商的横向资源共享，不利于灵活部署，其网络架构主要满足话音和传统的移动宽带（MBB）等业务，随着用户新业务需求的增长，传统核心网架构已被证明不够灵活，无法支持多元化的5G应用场景与服务需求。

其一，5G移动通信系统的目标是实现万物互联，支持丰富的移动互联网业务和物联网业务，在其设计和建设过程中体现了以用户为中心的理念。而用户体验的提高依赖于用户需求与网络服务能力的高度匹配。因此，要求5G 是一个开放的网络，能够更大程度地实现网络服务能力的开放，使得网络和应用实现更紧密的互动、更深度的信息共享。一方面，应用能够基于网络的资源状况（基础设施、管道能力、网络服务、网络数据）为用户提供更优质的服务；另一方面，网络也能够基于应用层的用户信息（业务特征、用户状态）和需求（要求网络提供的业务类型、QoS保障和安全等级等），进行网络资源的定制和优化调度，从而共同提高用户体验，实现用户、网络和应用的三方共赢。

其二，5G移动通信系统在为用户提供优质的移动通信业务同时，运营商则更加关注移动通信网的盈利能力。但是受人口红利见顶、提速降费等因素的影响，运营商的传统经营收入增长乏力。而收入增长取决于现有付费业务的使用量增加或新业务的推出。因此，为了支持业务的快速创新、快速上线和按需部署，5G网络也需要一种开放网络架构，通过架构开放支持不断扩充网络能力，通过接口开放支持快速提供新业务。

5G移动通信系统服务化架构（service based architecture,SBA）正是在以上兼顾用户和运营商利益的背景下诞生的。它借鉴了IT领域“服务化”和“微服务”架构的理念，按照“自包含、可重用、独立管理”三原则，将3G/4G核心网中的网元按照功能拆分为多个相对独立可被灵活调用的服务化网络功能（network function, NF）模块（也称服务模块）,5G核心网服务化架构如图1-10所示。

核心网的每个“服务模块”均以微服务方式实现，并且可以独立扩展、独立演进、按需部署，而且其中所有“服务模块”之间的交互采用通用化的轻量高效服务调用接口，降低了“服务模块”之间接口的耦合度，任意一种“服务模块”可以被多种其他的“服务模块”调用，最终实现整网功能的按需定制，灵活支持不同的业务应用场景和需求。其中，各网络功能模块的主要功能如下。

用户终端（user equipment,UE）：主要完成接入网络和向用户提供业务的功能。

无线电接入网络（radio access network,RAN）：主要完成无线信道资源管理的相关功能，例如，无线信道承载控制、接入控制、连接与移动性管理控制，上行链路和下行链路中UE的动态资源分配（调度）等。

用户面功能（user plane function,UPF）：主要完成用户面的数据包路由建立与数据包转发功能，包括用户数据包的路由和转发、与外部数据网络的数据交互、用户平面的QoS处理、流控规则实施（例如，门控、重定向、流量转向）等。

数据网络（data network,DN）：如运营商业务、互联网接入或者第三方业务等。

鉴权服务功能（authentication server function,AUSF）：主要完成网络的鉴权服务功能，支持授权用户的身份验证和访问控制，例如，接收接入及移动性管理功能（access and mobility management function,AMF）对UE进行身份验证的请求，通过向UDM请求密钥，再将UDM下发的密钥转发给AMF进行鉴权处理。

接入及移动性管理功能（AMF）：主要完成用户的接入控制与移动性管理功能。AMF接收UE的请求并处理所有与连接和移动性管理有关的任务（例如，漫游、鉴权等）。

会话管理功能（session management function,SMF）：主要完成用户业务会话（session）的建立、修改、释放等功能，例如，UPF 和 AN 节点之间的隧道维护、UE IP地址分配和管理、选择和控制UPF、计费数据收集和计费接口支持等。

网络切片选择功能（network slice selection function,NSSF）：主要完成网络切片的识别和选择控制功能，包括网络切片的识别、标识管理与实例集成控制等。

网络业务呈现功能（network exposure function,NEF）：主要完成网络能力的呈现和开放功能，位于核心网和外部第三方应用功能体之间（可能也有部分内部应用层功能（application function,AF））负责管理对外开放的网络数据。

网络存储库功能（network repository function,NRF）：主要完成NF服务和运行数据的存储功能，支持 NF 服务的发现和访问。例如，进行 NF 服务登记、管理和状态检测，实现所有NF服务的自动化管理，每个NF服务启动时，必须到NRF进行注册登记才能提供服务，登记信息包括NF类型、地址、服务列表等。

策略控制功能（policy control function,PCF）：主要完成网络策略规则的生成与控制功能，支持统一的策略框架并管理网络行为。提供策略规则给其他网络功能服务实施执行。

统一数据管理（unified data management,UDM）功能：主要完成5G网络运行数据的统一管理功能，负责用户标识、签约数据、鉴权数据的管理等。

应用层功能（AF）：主要完成应用服务的提供功能，类似于一个应用服务器，它可以针对不同的应用服务而存在，可以由运营商或可信的第三方拥有。

1.5.2 对天地一体化信息网络通信服务的认识

1．对电信网通信服务的认识

参考开放系统互连（open system interconnection,OSI）模型，对于功能分层的电信网，任何相邻两层之间网络功能实体的关系如图1-11所示，下层的网络功能实体作为服务的提供者为上层的网络功能实体提供服务，图中的协议是“水平的”，协议是控制同层对等网络功能实体之间通信的规则，服务是“垂直的”，服务是由下层网络功能实体向上层网络功能实体提供的能力，但并非一个层内完成的全部功能都会成为服务，只有那些能够被高一层网络功能实体看得见的功能才能称为“服务”。

在协议的控制下，通过同层两个对等网络功能实体之间的通信与信息交互，使得本层能够向上一层提供服务。要实现本层的服务，还需要使用下一层网络功能实体所提供的服务。本层网络功能实体（下一层的服务用户）只能看到下一层提供的服务能力而无法看到下一层的网络协议，下一层的网络协议对上层的服务用户是透明的。高层网络功能实体只需要关注低层网络功能实体提供服务的功能、性能及其满意度，并不需要知道低层网络功能实体之间的协议与复杂的信息交互过程。因此，低层网络功能实体向上层网络功能实体提供服务能力的同时，需要能够屏蔽与抽象其复杂的技术特征，并为高层网络功能实体提供统一的服务能力开放接口。

通过对电信网中通信服务的分析可以得出如下结论：电信网服务是在原有网络信息传送能力基础上，通过增加具有计算、存储和信息处理功能的智能化网络功能实体，这些网络功能实体构成了电信网的“通信服务层”，如图1-12所示，它位于电信网的承载网（信息传送层）和应用网（行业应用层）之间，使得电信网增加了能够灵活快速生成与提供新业务（如信息分发、多媒体通信等）的服务能力，以及将原来网络功能服务化后的（如网络管理、接入控制等）服务能力。本书中，我们把电信网新增的这两类相关的能力称为“通信服务”。

本书对电信网通信服务概念理解可以归纳为以下两点。

（1）通信服务具备对低层信息传送网络抽象/虚拟化能力

随着现代电信网技术发展和能力的不断提升，网络的协议体系和技术变得越来越复杂。因此，作为应用与服务的开发人员，需要掌握和具备各种网络的专业知识，了解电信网的实现技术，并熟悉各种通信协议，从而增加了应用与服务开发的难度。因此，迫切需要对电信网各层的能力进行高度抽象，彻底屏蔽网络的技术复杂性，使得上层应用开发与电信网服务的实现技术无关，并能够充分利用电信网提供的丰富资源，以一种统一的方式灵活、高效地提供网络服务。

（2）通信服务具备对向上层应用网络开放服务接口及服务化封装能力

随着电信网能力的进一步对外开放，上层应用对电信网能力的访问将变得更加方便和高效，但随之而来的是如何安全有效地控制上层应用对电信网能力的访问和操作过程，这就要求服务支撑系统能够提供一个集中的、一致的、开放的访问、控制和管理机制，以便对电信网的访问、控制和管理。

2．对天地一体化信息网络通信服务的认识

通过上述分析，本书对于天地一体化信息网络通信服务的定义为：通信服务是天地一体化信息网络中与通信业务相关的一种网络能力。一方面，它能够使得网络灵活快速地生成满足用户新需求的新业务，并提供定制化的信息分发业务，即“通用业务服务”；另一方面，通信服务能够实现对低层网络能力的抽象、虚拟化和服务化封装，形成“网络基础服务”，例如，组网控制、接入控制和网络管理服务等。同时，天地一体化信息网络的通信服务还具备向高层应用（服务）系统提供开放访问接口的能力。

由第1.1节的内容所述，天地一体化信息网络是一种在物理空间上涵盖陆地（含海面）、空中和天基节点的电信网，特别是其包含天基网络节点的特殊性，使之具有异构网络互联、拓扑动态变化、传输高时延、时延大方差、网络节点暴露、信道开放及天基卫星节点处理能力受限等特点，本书将在充分考虑天地一体化信息网络特点的基础上，分析和研究其“通信服务”技术的内容，包括通信服务架构、服务基础设施、组网控制服务、接入控制服务、会话控制服务等。