news 2026/2/11 0:10:39

5个核心价值带你精通开源5G核心网：从入门到实践指南

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张小明

前端开发工程师

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5个核心价值带你精通开源5G核心网：从入门到实践指南

5个核心价值带你精通开源5G核心网：从入门到实践指南

【免费下载链接】free5gcOpen source 5G core network base on 3GPP R15项目地址: https://gitcode.com/gh_mirrors/fr/free5gc

为什么选择开源5G核心网？揭秘free5GC的技术优势

在5G技术快速发展的今天，选择合适的核心网解决方案至关重要。free5GC作为基于3GPP R15标准的开源项目，为5G技术学习者和工程师提供了理想的实践平台。

核心要点：

  • 完全开源许可：基于Apache 2.0协议，支持商业应用与二次开发
  • 3GPP标准兼容：严格遵循R15规范，确保与商用网络设备的互操作性
  • 模块化架构：独立部署各网络功能组件，灵活适应不同场景需求
  • 网络功能虚拟化：支持NFV部署模式，降低硬件成本并提高扩展性
  • 完整测试框架：内置丰富测试用例，加速功能验证与问题排查

HOW TO：零基础入门三步骤，快速搭建5G核心网环境

无论你是5G技术新手还是有经验的开发者，按照以下步骤即可在半小时内完成free5GC环境搭建。

✅推荐操作：获取源代码

git clone https://gitcode.com/gh_mirrors/fr/free5gc cd free5gc

预期结果：项目代码将克隆到本地，当前目录切换至项目根目录

✅推荐操作：编译项目组件

make

预期结果：系统将自动编译所有网络功能组件，生成可执行文件在对应目录

✅推荐操作：验证构建结果

ls -l NFs/*/bin

预期结果：显示各网络功能的可执行文件列表，如amf、smf、upf等

⚠️注意事项：确保系统已安装Go 1.14+环境和必要依赖库，否则可能导致编译失败。

核心组件解析：5G核心网的"大脑与神经"

AMF：接入与移动性管理的"交通指挥官"

功能定位：作为5G核心网的控制平面入口，AMF负责处理终端接入认证和移动性管理。

工作原理：通过N1/N2接口与UE和RAN建立通信，管理注册、认证、会话管理等信令流程，确保用户在移动过程中的连接连续性。

配置要点：核心配置文件位于config/amfcfg.yaml，关键参数包括PLMN ID、支持的切片信息、N2接口IP地址等。

核心要点：

  • 处理UE的注册请求和移动性管理
  • 维护UE的上下文信息和安全状态
  • 支持N1/N2消息的路由与转发
  • 与其他网络功能协同完成会话建立

SMF：会话管理的"数据规划师"

功能定位：SMF负责用户面会话的建立、修改和释放，是控制数据流向的关键组件。

工作原理：根据PCF提供的策略规则，决策UPF的路由路径和QoS参数，实现对用户数据流的精细化控制。

配置要点：主要配置文件为config/smfcfg.yaml，需重点关注DNN配置、UPF选择策略和会话管理规则。

核心要点：

  • 管理PDU会话的生命周期
  • 控制UPF的路由和转发规则
  • 实施QoS策略和流量控制
  • 与UPF协同完成用户面路径管理

UPF：用户面功能的"数据搬运工"

功能定位：UPF是5G核心网的数据平面核心，负责实际用户数据的转发和处理。

工作原理：基于SMF下发的会话规则，执行数据包的路由、QoS标记、流量报告等功能，是连接核心网与外部数据网络的桥梁。

配置要点：配置文件config/upfcfg.yaml定义了UPF的接口信息、隧道配置和QoS处理策略。

核心要点：

  • 执行用户数据包的路由和转发
  • 支持QoS测量和报告
  • 实现流量报告和计费功能
  • 支持网络切片的隔离与资源分配

配置优化：5个必知技巧提升5G核心网性能

基础配置优化指南

尝试以下步骤优化free5GC的基础配置：

  1. 网络接口配置：根据实际环境修改各NF的IP地址和端口映射
  2. 资源分配调整：根据服务器性能调整各NF的CPU/内存资源限制
  3. 日志级别设置：在配置文件中调整日志级别，平衡调试需求与系统性能
  4. 安全参数优化：强化TLS版本和加密算法配置
  5. 定时器参数调整：根据网络规模优化各类超时参数

核心要点：

  • 始终备份原始配置文件
  • 修改后通过测试验证配置有效性
  • 记录配置变更，便于问题追溯
  • 关键参数调整应逐步进行，避免批量修改导致的不可预知问题

新手常见误区

⚠️注意事项：配置优化中需避免这些常见错误：

  • 忽略各NF之间的版本兼容性
  • 盲目复制他人配置而不考虑自身环境差异
  • 过度调整参数追求性能而牺牲稳定性
  • 忽略证书有效期和安全配置
  • 修改配置后未重启相关服务

部署流程：从配置到验证的完整实施路径

成功部署free5GC需要遵循以下系统化流程，确保各组件协调工作。

1. 环境准备与依赖检查

✅推荐操作：执行系统依赖检查

sudo apt-get update && sudo apt-get install -y build-essential libmnl-dev libyaml-dev

预期结果：系统将安装必要的编译工具和依赖库

2. 配置文件定制

根据网络规划修改核心配置文件：

  • config/amfcfg.yaml：配置AMF的PLMN和支持的切片
  • config/smfcfg.yaml：设置DNN和UPF连接信息
  • config/upfcfg.yaml：定义用户面接口和路由规则

成功验证指标：配置文件通过语法检查，无格式错误

3. 服务启动顺序

按照依赖关系启动各网络功能：

# 启动NRF（网络存储功能） ./NFs/nrf/bin/nrf & # 启动AMF（接入与移动性管理功能） ./NFs/amf/bin/amf & # 启动SMF（会话管理功能） ./NFs/smf/bin/smf & # 启动UPF（用户面功能） ./NFs/upf/bin/upf &

成功验证指标：各NF启动日志中无错误信息，NRF显示所有NF成功注册

4. 系统功能验证

✅推荐操作：运行内置测试脚本验证基本功能

./test.sh

预期结果：测试脚本执行完成，显示"All tests passed"

成功验证指标：测试用例全部通过，核心网能够处理注册和会话建立流程

问题解决：7个常见故障的诊断与修复

在free5GC部署和运行过程中，可能会遇到各种技术问题。以下是解决方案：

构建失败问题

问题表现：执行make命令时出现编译错误

解决方案：

  1. 检查Go语言版本是否符合要求（1.14+）
  2. 确认依赖库是否完整安装
  3. 执行make clean后重新编译
  4. 检查网络连接，确保依赖包可以正常下载

服务启动失败

问题表现：NF进程启动后立即退出或日志中出现错误

解决方案：

  1. 检查配置文件语法是否正确（可使用yamllint工具）
  2. 确认端口未被其他服务占用
  3. 验证证书文件路径和权限设置
  4. 查看详细日志定位具体错误信息

组件间通信异常

问题表现：NF注册失败或无法建立会话

解决方案：

  1. 检查网络连通性和防火墙设置
  2. 验证NRF地址配置是否正确
  3. 确认各NF使用的PLMN信息一致
  4. 检查安全证书是否有效且匹配

测试验证：从基础功能到性能评估的全面测试策略

free5GC提供了完善的测试框架，位于test/目录，帮助你全面验证系统功能。

基础功能测试

✅推荐操作：运行注册流程测试

cd test go test -run TestRegistration

预期结果：测试程序执行UE注册流程，显示测试通过

会话管理测试

✅推荐操作：执行PDU会话建立测试

go test -run TestPDUSession

预期结果：成功建立PDU会话，显示会话ID和QoS参数

性能基准测试

✅推荐操作：运行吞吐量测试

./test_ci.sh -performance

预期结果：测试系统在不同负载下的吞吐量和延迟指标

核心要点：

  • 定期执行基础功能测试确保系统稳定性
  • 新配置变更后应重新运行相关测试
  • 记录测试结果作为性能优化的参考基准
  • 高负载测试应在非生产环境进行

进阶应用：探索5G核心网的创新应用场景

掌握free5GC的基础使用后，可以尝试以下高级应用场景，拓展5G技术实践深度。

网络切片实验

利用free5GC的网络切片功能，创建隔离的逻辑网络：

  1. 修改NSSF配置文件定义切片信息
  2. 配置AMF支持多切片选择
  3. 在SMF中设置切片特定的QoS策略
  4. 使用测试工具验证切片隔离性

核心要点：

  • 网络切片是5G的核心特性，支持不同业务需求
  • 通过S-NSSAI标识不同切片
  • 切片间资源隔离需在UPF层面配置实现
  • 可通过config/nssfcfg.yaml配置切片选择策略

边缘计算集成

将UPF部署在网络边缘，降低延迟并提高带宽利用率：

  1. 配置分布式UPF架构
  2. 设置本地分流规则
  3. 部署边缘应用服务器
  4. 测试端到端延迟改善效果

核心要点：

  • 边缘计算与5G核心网结合可显著降低业务延迟
  • 通过SMF控制UPF的流量路由
  • 需要考虑边缘节点的管理和同步机制
  • 适合对延迟敏感的应用场景

网络功能定制开发

基于free5GC的模块化架构，开发自定义网络功能：

  1. 了解3GPP定义的服务接口
  2. 基于现有NF代码框架开发新功能
  3. 定义新的NRF服务注册信息
  4. 实现与其他NF的交互逻辑

核心要点：

  • free5GC的模块化设计便于功能扩展
  • 新功能需遵循3GPP定义的接口规范
  • 可通过修改NF配置文件启用新功能
  • 建议先在测试环境验证自定义功能

通过本指南，你已经掌握了free5GC开源5G核心网的部署、配置和优化技巧。无论是学习5G技术基础，还是开展高级网络研究，free5GC都提供了强大而灵活的平台。随着5G技术的不断发展，持续探索和实践将帮助你深入理解这一革命性通信技术的核心原理和应用前景。

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创作声明：本文部分内容由AI辅助生成（AIGC），仅供参考

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