全面介绍Free5gc-Next Generation Core Network (5GC)

发布时间：2023-05-23

5G网络作为未来无线通信技术，其关键要素之一——核心网络技术——是一项具有挑战性的任务。Free5gc是一个基于开源软件的5G核心网络实现，从2017年开始开发，旨在为5G核心网络的创新之路提供简单、易用的解决方案。

一、Free5gc ims

Free5gc ims是Free5gc项目的一部分，它提供了一种视频或语音呼叫的系统，正是因为有了它，网络上的多媒体应用程序才能运行。此应用程序需要多个组件，以实现完整的语音或视频通话。Free5gc ims是其中最重要的一个组件。 下面我们来简单介绍一下Free5gc ims的设计：

package ims
import (
   "fmt"
   "net"
   "sync"
   . "free5gc/src/nas"
   "free5gc/src/sm"
   "free5gc/src/ue/nas"
)
type IMS struct {
   UE      *sm.StateMachine
   network *net.IPNet
   sync.RWMutex
   sm.Res
}
func (ims *IMS) Receive(msg *SmContextTransfer) {
//TODO
}
func (ims *IMS) Registration() {
//TODO
}

上面的代码片段仅给出了Free5gc ims的部分代码实现，通过阅读源代码，我们可以了解到Free5gc ims的具体工作方式。

二、Free5gc + UERANSIM

Free5gc + UERANSIM环境搭建是实现自主开发的5G RAN网络的必备条件。UERANSIM是一个用于模拟用户设备和5G RAN的软件，可让用户在没有真实设备的情况下对5G网络进行创新。 下面我们来看看Free5gc + UERANSIM如何搭建：

git clone https://github.com/free5gc/free5gc-compose.git
cd free5gc-compose
docker-compose up -d

上述命令需要在安装了Docker和Docker-compose的环境下执行。该命令将使用Docker-compose快速构建Free5gc + UERANSIM环境，以模拟真实的5G网络。

三、Free5gc 框架设计

Free5gc框架主要涉及以下模块：

  • 网络访问控制（NAC）：确保用户设备具有必要的安全配置，以便与核心网络通信。
  • 会话管理（SM）：负责用户设备的注册、鉴定和密钥管理等事项，以及为每个会话提供唯一的标识符。
  • 用户面（UM）：用于处理用户数据传输。
  • 非接入层（NAS）：介于用户设备和5G核心之间的协议，负责控制信令传输以及其他计费、位置跟踪和订户数据管理等事项。
  • 核心网络接口（N2）：连接核心网络和5G RAN，负责信令和用户数据的传输。 下面的代码片段展示了Free5gc框架设计的主要代码实现：
import (
   "fmt"
   "free5gc/src/nas"
   "free5gc/src/sm"
   "free5gc/src/ue/context"
   "free5gc/src/ue/gmm"
)
type StateMachine struct {
  Context     *context.Context
  GMM         *gmm.Gmm
  NakState    bool
  Res         *sm.Res
  WaitResume  *nas.MsgType
  RecvMessage *nas.Message
}
func (s *StateMachine) Handle(timer *sm.Timer) {
//TODO
}
func (s *StateMachine) Process(msg *nas.Message) {
//TODO
}
func (s *StateMachine) Send(msg *nas.Message) {
//TODO
}
func InitiateAuthentication(context *context.Context) ([]byte, *sm.Res) {
//TODO
}

通过上述代码片段，我们可以看到Free5gc框架如何实现5G核心网络的各个模块。

四、Free5gc测试工具

为了保证Free5gc的质量和稳定性，很多测试工具被设计并应用于该软件的开发和测试过程中。以下是该项目中的一些测试工具：

  • HTML测试工具：主要用于验证和测试HTML代码。
  • JSON测试工具：对JSON数据进行验证和测试。
  • 网络测试工具：帮助测试网络连接时发现和排除问题。
  • 性能测试工具：用于测试软件性能和稳定性，并识别任何瓶颈。 Free5gc的测试工具大大提高了软件开发的效率和质量，以便更好地为用户提供优质的5G网络服务。

五、结语

本文主要从Free5gc ims、Free5gc + UERANSIM、Free5gc框架设计和Free5gc测试工具四个方面，全面介绍了Free5gc的相关知识。随着5G网络的普及，Free5gc无疑将会在核心网络领域发挥更重要的作用。

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