5G核心网SBA架构协议简介
5G独立组网场景下的计费架构探讨孙鑫
5G独立组网场景下的计费架构探讨孙鑫发布时间：2021-09-09T08:36:55.914Z 来源：《中国科技人才》2021年第17期作者：孙鑫[导读] 5G核心网采用了基于服务化的系统架构，IT计费系统必然要适配核心网的服务化架构，本文结合3GPP提出的融合计费架构，在同时支撑在线计费和离线计费的基础上，分析探讨最合适的中国联通5G计费架构，本文主要探讨的是5G独立组网模式下的计费架构。
中国联合网络通信有限公司济南软件研究院山东济南 250000摘要：5G核心网采用了基于服务化的系统架构，IT计费系统必然要适配核心网的服务化架构，本文结合3GPP提出的融合计费架构，在同时支撑在线计费和离线计费的基础上，分析探讨最合适的中国联通5G计费架构，本文主要探讨的是5G独立组网模式下的计费架构。
关键词：5G计费、融合计费架构abstract：5g core network adopts the system architecture based on service, so it billing system must adapt to the service architecture of core network. Combined with the integrated billing architecture proposed by 3GPP, this paper analyzes and discusses the most suitable 5g billing architecture of China Unicom on the basis of supporting both online and offline billing. This paper mainly discusses the billing architecture under 5g independent networking mode.引言：3GPP Release15版本中在原有在线计费和离线计费架构的基础上，增加了融合计费架构，同时支撑在线计费和离线计费，实现计费融合，中国联通的计费系统已经承载上亿用户，如果在保证系统稳定的前提下，适配融合计费架构，支撑5G用户计费，是需要重点考虑的问题。
中国5G网络切片简介、分级原则及架构、5G网络切片应用场景、安全需求及产业应用建议分析
中国5G网络切片简介、分级原则及架构、5G 网络切片应用场景、安全需求及产业应用建议分析一、5G网络切片简介1、网络切片概述网络切片是指为服务某个行业或某种应用场景，从网络中选取特定的特性和功能，定制出一个逻辑上独立的虚拟专用网络。
一个虚拟专用网络就是一个切片，不同切片之间相互隔离。
也就是说，在同一个物理网络上切分出多个功能、特性各不相同的逻辑网络，同时支持多种业务场景，相当于为每一个场景专门搭建一个网络。
每个5G端到端网络切片都可以提供一套完整网络的功能，包括接入网功能和核心网功能。
网络切片技术使得网络运营商能够在统一的基础设施上为多个行业用户提供满足其定制化需求的多个专用虚拟网络，典型的网络切片架构如图1所示。
网络切片具有的特点：一是可根据业务需求对网络功能进行定制裁剪和灵活组网，从而优化业务流程和数据路由；二是切片生命周期结束之后可以将资源释放给其他虚拟网络，实现网络资源的动态分配和灵活调整，提高网络资源利用率；三是可以隔离不同业务场景所需的网络资源，提供网络资源保障，从而增强整体网络的健壮性和可靠性；四是可提供差异化、端到端的安全机制，满足各应用场景不同的安全需求；同时，良好的切片间隔离还可以保障任何一个切片发生故障都不会影响到其他切片，增强网络的安全性。
传统网络通常是一种架构满足所有业务需求，而5G时代，利用网络切片技术，可以做到为每种有特定需求的业务量身定做专用虚拟网络（切片），其中特定需求包括功能需求（如优先级、计费、策略控制、安全、移动性等）、性能需求（如时延、移动性、可靠性、速率等）、服务对象（如所有用户、漫游用户、虚拟运营商等等。
因此，网络切片技术将从根本上改变传统的移动通信网络架构、网络规划及部署模式，同时也给运营商开拓商业模式带来新的契机，如给垂直行业提供网络切片服务，使其可在给定的权限范围内控制运营商的网络切片，实现定制化服务。
2、网络切片实现方案一个UE（用户设备）通过5G接入网可以同时连接到一个或多个网络切片（最多8个）。
5g技术的基本原理和主要应用领域
5g技术的基本原理和主要应用领域5G其实是第五代移动通讯技术的简称，是一种类基础设施的通讯标准和底层技术。
它极大的提升了数据的传输速度，为未来万物互联的应用场景打开了想象空间，未来基于大数据传输量的应用场景将在5G技术的支持下大量涌现，VR虚拟现实、无人驾驶、工业4.0、物联网、人工智能、云计算、远程医疗等等场景以及众多交叉性应用都将得到广泛的应用及提升。
一、5G技术原理：虽然5G通讯在技术实现上非常复杂，但在通讯基础原理上却非常简单，也不是什么秘密。
我们都知道最初的通讯都是靠电磁波传输的，电磁波都是以光速进行传播，其传播速度不能改变，改变的只能是频率。
因此提升数据传输速率只能够通过改变载波频率得以实现。
5G技术选用的电磁波信号波长是比4G技术更短的波长，形象来说这就好比在同样长度的列车上多加了车厢，这就是5G技术数据传输速度得以提升理论基础。
但是长波与短波相比它的优势是传输距离远，抗干扰能力强以及能耗低。
所以5G技术相对于4G技术，其除了数据传输速度快外，其问题就是信号覆盖距离短，抗干扰能力低以及能耗高的问题。
所以覆盖同一个区域，需要的基站数量将大大超过4G：二、5G相关产业链及主要应用领域5G建设周期可以按先后顺序分为规划期、建设期和应用期。
除运营商外，大部分细分行业只归属于其中一个阶段。
规划期主要是5G网络的规划和设计，而建设期涉及较多细分行业。
我们以无线设备、传输设备和终端设备的逻辑将这些细分行业再分割为三个类别：1)无线设备以基站为主，包括基站天线、基站射频、基站光模块和小微基站等，其中基站射频器件包含滤波器、功放、PCB、集成功率放大器(PA)和天线振子等；2)传输设备涵盖传输主设备、光纤光缆、光模块以及SDN/NFV解决方案；3)终端主要有基带芯片、终端射频器件、LCD模组、通讯模块等，终端设备是建设期第一阶段的投资对象，先于基站系统以及网络架构。
最终的应用期，5G凭借超高可靠性和超低时延的卓越性能推动超高清视频、自动驾驶、智慧城市等产业的发展。
5G核心网网络功能
加强数据加密和完整性保 护
采用先进的加密算法和完整性 校验技术，对传输的数据进行 加密和完整性保护，防止数据 泄露和篡改。
建立安全审计和应急响应 机制
对核心网设备和系统的操作进 行记录和审计，以便及时发现 和处理安全问题；同时建立应 急响应机制，对安全事件进行 快速响应和处理。
未来发展趋势预测与展望
智能化
利用人工智能和机器学习技术，5G 核心网将实现智能化运维和自优化， 提高网络性能和用户体验。
02
5G核心网网络功能组 成
接入和移动性管理功能（AMF）
负责处理终端的接入和移动性 管理，包括注册、认证、授权 等过程。
与终端进行通信，提供位置管 理和移动性管理功能，确保终 端在网络中的无缝移动。
THANK YOU
支持非3GPP接入技术，实现多 种接入技术的统一管理和互操 作性。
会话管理功能（SMF）
负责建立、修改和释 放PDU会话，管理用 户平面数据路径。
与UPF、PCF等网元 进行交互，协同完成 会话管理和业务控制。
提供QoS控制、计费、 策略执行等功能。
用户平面功能（UPF）
负责用户数据的路由和转发，提供数据包的分类、 标记、计费等处理。
统一数据管理功能（UDM）
负责存储和管理用户数据，包括签约数据、认证数据、授权数据等。 提供统一的用户数据视图和访问接口，支持多业务、多网络环境下的用户数据管理。
与AMF、SMF等网元进行交互，协同完成用户身份认证、授权和会话管理等操作。
03
5G核心网关键技术
网络切片技术
切片实例化和配置
01
通过创建和管理多个独立的网络切片，以满足不同应用场景的
架构
5G核心网采用服务化架构（SBA），基 于网络功能虚拟化（NFV）和软件定义 网络（SDN）技术构建，实现网络功能 的灵活部署、扩展和升级。
5G简介
5G简介2020年3月目录1、什么是5G？ (2)2、5G通信网络组成 (2)2.1核心网 (3)2.2无线接入网 (10)3、与4G相比，5G无线技术有哪些优势？ (12)4、与4G相比，5G核心网技术有哪些突破？ (13)5、5G的三大场景是什么？ (13)6、5G的关键性能指标是什么？ (14)7、5G能为普通用户带来哪些新的体验？ (16)8、5G对经济社会发展有哪些影响？ (16)9、5G是否有TDD和FDD模式？ (17)10、5G网络建设对光纤承载网的挑战？ (17)11、全球5G应用进展情况如何？ (18)12、河南高压变电站5G测试站建成投用，5G泛在电力物联网建设取得重要突破 (19)全球移动通信每十年出现新一代革命性技术。
1G实现了模拟语音业务；2G完成了从模拟制式向数字制式的转变，主要支持语音以及短信等低速数据业务；3G采用了码分多址（CDMA）接入方式，实现了对移动多媒体业务的支持；4G以多输入多输出（MIMO）以及正交频分多址接入（OFDM）为核心技术，开启了移动互联网新时代。
5G从移动互联网扩展到移动物联网领域，服务对象从人与人通信拓展到人与物、物与物通信，将与经济社会各领域深度融合，引发生产生活方式的深刻变革。
不管是2G、3G、4G还是5G，移动通信网络主要由两个子系统组成：无线接入网（RAN）和移动核心网。
RAN负责管理无线部分，以高效利用频谱资源，并满足用户的服务质量需求。
RAN的关键组件叫基站，2G时代的基站叫BTS，3G叫NodeB，4G叫eNB，5G叫gNB。
移动核心网在RAN和互联网之间架起了一道桥梁，主要功能包括：• 为数据和语音服务提供Internet连接• 确保连接的QoS质量要求• 管理用户移动性，以确保服务不中断• 计费2.1核心网在了解核心网之前，先来了解两个概念：控制面和用户面。
当你拿起手机上网时，基站会为你的手机建立无线信道连接。
这个过程主要分为控制面连接和用户面连接两部分。
第五代移动通信核心网络架构与关键技术分析
网络信息工程2020.23第五代移动通信核心网络架构与关键技术分析邹俊飞（广东南方电信规划咨询设计院有限公司，广东惠州，516003）摘要：随着通信技术的不断发展，近两年第五代移动通信网络的关键技术己经得到了解决,基本通信协议也己经通过。
网络信息的传输也更加的便捷,给人们的生活带来了革命性的改变。
目前我国的5G移动通信网络也逐渐地在普及和覆盖，在近两年5G技术一定能够给人们在移动互联领域以及物联网领域都带来巨大的改变，5G移动通信网络能够很好的支持物联网方面的需求。
本文对第五代移动通信网络的网络架构和关键技术进行了分析。
关键词：5G；移动通信；核心网；边缘计算；网络切片The Fifth Generation Mobile Communication Core Network Architecture and Key Tech no logy A n alysisZou Junfei(Guangdong Southern Telecom Planning ConsuIting Design Institute Co.,Ltd.,Huizhou Guangdong,516003)Abstract：With the continuous development of communication technology,the key technologies of the fifth-generation mobile communication network have been solved in the past two years,and the basic communication protocol has also been passed.The transmission of network information is also more convenient,which has brought revolutionary changes to people,s lives.At present,my country's 5G mobile communication network is gradually popularizing and covering.In the past two years,5G technology will definitely bring huge changes to people in the field of mobile Internet and the Internet of Things.5G mobile communication network can well support working requirements.This article analyzes the network architecture and key technologies of the fifth-generation mobile communication network.Keywords；5G;mobile communications;core network;edge computing;network slicing1第五代移动通信（5G）网络架构对于5G网络来说，比起以往的通讯技术,有着超可靠的低时延通信,移动带宽更大，可通信的机器种类更多。
5G核心网基础总结-精品
NFV架构1.NFVI层Fusionsphere将服务器，存储的物理资源进行虚拟化。
VIM：华为产品FusionsphereOM(FM),负责虚拟化资源管理PIM：华为产品eSight,负责硬件管理eSight汇聚硬件告警，FM汇聚虚拟化资源告警，FM将虚拟化资源告警报给eSight, eSight将硬件告警和虚拟化资源告警上报给U202X2. NFVP层5GC网元(VNF)采用容器架构，容器建立在VM中，为虚机型容器。
VNFM：华为产品LCM,负责VNF的生命周期管理，可以对VNF进行扩缩容等。
CaaS-Master：华为产品FusionStage,负责容器的生命周期管理。
FusionStage告警作为VNFM的一部分向U202x上报网元VNF告警直接上报给U202X3. VNFO层OSS：华为产品U202xNFVO：华为产品NFV05GC网络架构5GC网元功能简介AMF：（AMF执行MME中的接入控制和移动性管理功能）注册管理：连接管理，可达性管理，移动性管理，接入鉴权，接入授权合法监听转发UE和SMF间的SM消息转发UE和SMSF间的SMS消息SMF：（SMF相当于MME中的会话管理功能、SGW-C和PGW-C功能的聚合）会话管理：UEIP地址分配和管理，选择和控制UPF,配置UPF的流量定向，转发至合适的目的网络策略控制和Qos合法监听CDR搜集下行数据通知（DownlinkDataNotification）.UPF:（UPF相当于SGW-U和PGW-U）数据面锚点连接数据网络的PDU会话点报文路由和转发：报文解析和策略执行合法监听（UPcollection）UDM：（UDM相当于HSS）签约数据管理用户服务NF注册管理产生3GPPAKA鉴权参数基于签约数据的接入授权（eg漫游限制）保证业务/会话连续性AUSF：（AUSF相当于3GPPAAAServer）支持鉴权服务功能PCF:（PCF相当于PCRF）支持统一策略管理网络行为提供策略规则给控制面功能，由其执行从UDR获取签约相关信息以便做策略决策NEF:（NEF相当于SCEF,但是现在NEF开放的能力还未包括IMS部分向AF、第三方、边缘计算提供3Gpp网络的能力和事件从AF获取外部应用信息以便提高给3GPP网络内部信息与外部信息的翻译功能将用于向外部开放的信息存储在UDR中UDR:存储和检索UDM的签约数据存储和检索PCF的策略数据存储和检索NEF的结构化数据，供网络能力开放存储和检索NEF的应用数据，供应用检测NSSF:选择服务UE的一组网络切片实例确定允许的NSSAI,并且如果需要的话，映射到签约的S-NSSAI确定配置的NSSAI,并且如果需要的话，映射到签约的S-NSSAI确定用于服务UE的AMF集合，或者可能基于配置通过查询NRF来确定候选AMF的列表NRF:（类似于dns功能）支持服务和网络功能发现功能维护网络功能信息，包括可用性及其支持服务5G网络接口及协议介绍控制面所有NF之间的交互采用服务化接口，同一种服务可以被多种NF调用，降低NF之间接口定义的耦合度，最终实现整网功能的按需定制，灵活支持不同的业务场景和需求服务化接口:服务化接口包含以下接口：Namf,Nsmf,Nudm,Nnrf,Nnssf,Nausf,Nnef,Nsmsf,Nudr,Npcf,N5g-eir,Nlmf.应用层包括JSON、Protobuf等编解码协议5GSBA接口协议栈的5层(从上到下)所采取的协议是：(1)API设计方式以Restful为主；(2)IDL(接口描述语言)采取OpenAPI3.0；(3)序列化协议采取JSON；(4)应用层采取HTTP/2；(5)传输层采取TCPoUE 5G-AN AMFN1接口为UE 和AMF 间的信令面接口。
5G核心网SBA架构协议简介
1 CS架构
（特U殊R的请请L空怎保怎U去显求 求hRH行么 证 么t哪示I行头）t无tpt传安显里什p状:2/响输全示•••••态/找么h应？？？协域端路查？？os回头 头请议名口径询t车部 部[求 法“符字 字方字sdpp段 段c:aoo”G名 名h符换tErm空Tp行het格、串符om::aPrniOtqnacHS]TU[hu/T值 值/、…RhoTpeLPPoraUr]Tyts、h回 回空St]D车 车格t[HEqrHH符 符LEHiEuUAnTTTTD协•eERMTg换换、状 •••T议本rPI行行协 状 •••••状yPTL版态S12345RS符符议 态 态xxxxx行AtxxxxxC版 码 描r:::::灵回信 成 重 客 服iEn本 述5、车活息 功 定 户 务CCAACUAH…g号Oaoh符ccuso…（ 向 端 端cc]ecanPtshee[hrrttT-错 错请#spproeIAoeOtt-r换a误 误求-gtlizNe行a已Snt符、ito接n受）
• 为实现更好的可重用性，对规范的整体架构进行了重构，重构后 的架构如下图所示。
• 支持 oneOf、anyOf 和 not 的 JSON 模式。 • 可使用模式的参数。 • 引入了 Cookie 参数，去除了 dataForm 参数。 • 具有自身实体的主体参数（Body Parameter）。 • 可协商的内容类型。 • 多主机支持。 • 简化了安全定义，改进的 WebHooks 不再通过回调机制描述。
数组表示 使用 [ ] 包含所有元素，每个元素用逗号分隔，元
素可以是任意的值。 比如:
[ "abc" , 123 , true, null ]
访问其中的元素，使用索引号，从 0 开始。
JSON基本语法
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云学堂RESTful API 请求头
Source
标识调用方的类别 (101,102,103,201,202...)
Token
标识当前操作者的身份
Content-Type
标识请求体内容格式 (application/json)
Origin
用于设定js跨域访问时允许的域名
REST式服务的优点 可以利用缓存Cache来提高响应速度 通讯本身的无状态性可以让不同的服务器的处理一系列请 求中的不同请求，提高服务器的扩展性
浏览器即可作为客户端，简化软件需求 相对于其他叠加在HTTP协议之上的机制，REST的软件依赖
性更小
不需要额外的资源发现机制 在软件技术演进中的长期的兼容性更好
HTTP方法 + URI API
POST+集合资源URI：在服务器新建一个资源。 GET+集合资源URI：从服务器取出资源列表。 GET+单个资源URI：在服务器取出特定资源。 PUT+单个资源URI：在服务器更新特定资源。 DELETE+单个资源URI：从服务器删除资源。
9e5d-8247e0f77a8c (唯一标识这个资源的id,不限于uuid)
从属关系
/v1/orgs/
/v1/orgs/1625fdcb-2f44-4949-9e5d8247e0f77a8c
/v1/orgs/1625fdcb-2f44-4949-9e5d8247e0f77a8c/users
REST式服务的特点 网络上的所有事物都被抽象为资源, 每个资源对应一个唯 一的资源标识URI
通过HTTP协议方法作连接器对资源进行操作 对资源的任何操作不改变资源标识URI 所有的服务器操作都是无状态的
议题
REST是什么 REST式服务的特点 REST式服务的优点 云学堂RESTful API
HTTPS更佳,条件限制时采用HTTP
域名
专用域名
版本
/v1/
URI
集合资源 /v1/orgs (英文单词复数) 单个资源 /v1/orgs/1625fdcb-2f44-4949-
码错误）。
403 Forbidden - [*] 表示用户得到授权（与401错误相对），但 是访问是被禁止的。
404 NOT FOUND - [*]：用户发出的请求针对的是不存在的记录。 500 INTERNAL SERVER ERROR - [*]：服务器发生错误，用户将无
法判断发出的请求是否成功。
HTTP/0.9
HTTP/1.1
RFC 2616
1991
1996.5
1997.1
2009
HTTP/2
RFC 7540
2015
HTTP/1.0
RFC 1945
SPDY
1.2、HTTP基础——版本演进（SSL/TLS）
NetScape设 计SSL 1.0，
但未发布
SSL 3.0版问世， 得到大规模应用
HTTP/2概述
HTTP/2概述
CONTENTS
PART 1 HTTP基础
PART 2 Http/2协议
PART 3 Http/2支持情况
PART 4 Http/2疑虑
HTTP基础
1.1 缩略语 1.2 版本演进 1.3 HTTP概述 1.4 HTTP现状与优化 1.5 安全相关
1.1、HTTP基础——缩略语
/v1/orgs/1625fdcb-2f44-4949-9e5d8247e0f77a8c/users/18ef1d08-803c-4f2c-a79e-a6edc839e5db
云学堂RESTful API HTTP方法
GET：获取（SELECT） POST：新建（CREATE） PUT：更新（UPDATE） DELETE：删除（DELETE）
响应体
HTTP方法为GET/POST时返回 具体定义需看API文档
云学堂RESTful API 出错时的响应
状态码
400~50X 具体参见API文档中的Error列表
响应体
格式 {
"error": { "key": "${errorKey}", "message": "${errorMsg}"
4 HTTPS：HTTP的安全版（HTTP over Secure Socket Layer)
5 SSL：安全套接层（Secure Sockets Layer） TLS：传输层安全协议（Transport Layer Security Protocol）
1.2、HTTP基础——版本演进（HTTP）
响应体
HTTP方法为GET/POST时返回 有Error时返回 具体定义需看 响应头
Location
HTTP方法为POST时返回 用来表示新创建的资源URI
Access-Control-Allow-Origin
跨域访问时设置允许的域名
OpenAPI 3.0 基础URL结构
JSON及其语法简介
JSON简介
JSON （JavaScript Object Natation）
一种轻量级的数据交换格式 和XML一样，基于纯文本的数据格式 可以表达String、Number、Boolean、数组、甚至对
象等数据 适合于服务器与JavaScript客户端的交互
数组表示 使用 [ ] 包含所有元素，每个元素用逗号分隔，元
素可以是任意的值。 比如:
[ "abc" , 123 , true, null ]
访问其中的元素，使用索引号，从 0 开始。
JSON基本语法
Object表示 用 { } 包含一系列无序的 Key-Value 键值对表示,
其中Key和Value之间用冒号分割，每个key-value之间 用逗号分割。
} } 具体参见API文档中的Error列表
OpenAPI 3.0
OpenAPI
定义：Open API即开放API,也称开放平台。 所谓的开放API （OpenAPI）是服务型网站常见的一种应用，网站的服务商将自 己的网站服务封装成一系列API（Application Programming Interface，应用编程接口）开放出去，供第三方开发者使用，这 种行为就叫做开放网站的API，所开放的API就被称作OpenAPI （开放API）
User-agent
标识当前请求所用的操作系统和浏览器信息
X-FORWARDED-FOR
IIS服务器端调用RESTful API时需要传递客户端ip
云学堂RESTful API 请求参数
主要用于获取资源列表类型的API 排序
?order=email%20asc 参数值为字段名+%20+asc或desc
• 为实现更好的可重用性，对规范的整体架构进行了重构，重构后 的架构如下图所示。
• 支持 oneOf、anyOf 和 not 的 JSON 模式。 • 可使用模式的参数。 • 引入了 Cookie 参数，去除了 dataForm 参数。 • 具有自身实体的主体参数（Body Parameter）。 • 可协商的内容类型。 • 多主机支持。 • 简化了安全定义，改进的 WebHooks 不再通过回调机制描述。
JSON基本语法
JSON实际上基于JavaScript语法的一个子集。
值的表示
字符串、数值、true、false、null、Object或数组等。 字符串
"abc" 、 "\r\n" 、 "\u00A9"
数值
123 、 -123.5
布尔
true 、 false
null
JSON基本语法
一套简单的设计原则、一种架构风格(或模式)，不是一种 具体的标准或架构。
基于使用HTTP、URI等现有的广泛流行的协议和标准
对Web的本质回归，一种真实描述Web的方式
REST目的：寻找Web特性，然后使用这些特性来指导Web设 计
议题
REST是什么 REST式服务的特点 REST式服务的优点 云学堂RESTful API
规范目标：定义标准的、独立于语言的指向 REST API 的接口，使 得服务能力无需访问源代码、文档，或是借助于网络流量检查，就 可被人类和计算机发现并理解。通过对 OpenAPI 做适当定义后， 消费者可使用最小数量的实现逻辑理解远程服务，并与远程服务交 互。
新的 OpenAPI 规范 3.0 带来了如下重大改进
目录：
RESTful API简介 OpenAPI 3.0 JSON及其语法简介 HTTP/2概述
RESTful API简介
议题
REST是什么 REST式服务的特点 REST式服务的优点 云学堂RESTful API
REST是什么
REST(Representational State Transfer):表示性状态转 移，分布式超媒体软件的一种架构风格 --源自2000年Roy Thomas Fielding的博士论文。
比如: { "bookname":"Ajax基础",
"publisher":"电子工业出版社", "price": 56.0 } 访问其中的数据，通过obj.key来获取对应的value
JSON基本语法
复杂数据表示
Object或数组中的值还可以是另一个 Object 或 者数组 ，以表示更复杂的数据 比如: List list=new ArrayList(); List.add(emp) [ {"name":"张三", "age":18 , "loves":["看书","玩游戏"]}, {"name":"王五", "age": 20,"loves":["旅游"]} ]