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

5G網路作為未來無線通信技術，其關鍵要素之一——核心網路技術——是一項具有挑戰性的任務。Free5gc是一個基於開源軟體的5G核心網路實現，從2017年開始開發，旨在為5G核心網路的創新之路提供簡單、易用的解決方案。

一、Free5gc ims

Free5gc ims是Free5gc項目的一部分，它提供了一種視頻或語音呼叫的系統，正是因為有了它，網路上的多媒體應用程序才能運行。此應用程序需要多個組件，以實現完整的語音或視頻通話。Free5gc ims是其中最重要的一個組件。

下面我們來簡單介紹一下Free5gc ims的設計：

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
}

上面的代碼片段僅給出了Free5gc ims的部分代碼實現，通過閱讀源代碼，我們可以了解到Free5gc ims的具體工作方式。

二、Free5gc + UERANSIM

Free5gc + UERANSIM環境搭建是實現自主開發的5G RAN網路的必備條件。UERANSIM是一個用於模擬用戶設備和5G RAN的軟體，可讓用戶在沒有真實設備的情況下對5G網路進行創新。

下面我們來看看Free5gc + UERANSIM如何搭建：

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

上述命令需要在安裝了Docker和Docker-compose的環境下執行。該命令將使用Docker-compose快速構建Free5gc + UERANSIM環境，以模擬真實的5G網路。

三、Free5gc 框架設計

Free5gc框架主要涉及以下模塊：

• 網路訪問控制（NAC）：確保用戶設備具有必要的安全配置，以便與核心網路通信。
• 會話管理（SM）：負責用戶設備的註冊、鑒定和密鑰管理等事項，以及為每個會話提供唯一的標識符。
• 用戶面（UM）：用於處理用戶數據傳輸。
• 非接入層（NAS）：介於用戶設備和5G核心之間的協議，負責控制信令傳輸以及其他計費、位置跟蹤和訂戶數據管理等事項。
• 核心網路介面（N2）：連接核心網路和5G RAN，負責信令和用戶數據的傳輸。

下面的代碼片段展示了Free5gc框架設計的主要代碼實現：

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
}

通過上述代碼片段，我們可以看到Free5gc框架如何實現5G核心網路的各個模塊。

四、Free5gc測試工具

為了保證Free5gc的質量和穩定性，很多測試工具被設計並應用於該軟體的開發和測試過程中。以下是該項目中的一些測試工具：

• HTML測試工具：主要用於驗證和測試HTML代碼。
• JSON測試工具：對JSON數據進行驗證和測試。
• 網路測試工具：幫助測試網路連接時發現和排除問題。
• 性能測試工具：用於測試軟體性能和穩定性，並識別任何瓶頸。

Free5gc的測試工具大大提高了軟體開發的效率和質量，以便更好地為用戶提供優質的5G網路服務。

五、結語

本文主要從Free5gc ims、Free5gc + UERANSIM、Free5gc框架設計和Free5gc測試工具四個方面，全面介紹了Free5gc的相關知識。隨著5G網路的普及，Free5gc無疑將會在核心網路領域發揮更重要的作用。