NR 5G (2G-5G)通信核心网演进

2G核心网

2G核心网设备,及MSC(Mobile Switching Center),移动交换中心。
2G网络架构图:
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2G组网中MSC就是核心网的最主要设备;HLR、EIR和用户身份有关,用于鉴权。
MSC/VLR: VLR是一个功能实体,物理上VLR和MSC是同一个硬件设备,相当于一个设备实现了两个角色。
HLR/AUC也是如此,HLR和AUC物理合一。

2.5G核心网

GPRS 2.5G介于2G和3G之间
在2G只能打电话发短信的基础上,有了GPRS,就开始有了数据(上网)业务。
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2.5G相对于2G核心网发生大变化,开始有PS核心网。
PS:Packet Switch,分组交换,包交换。
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红色部分为PS交换
SGSN:Serving GPRS Support Node,服务GPRS支持节点
GGSN:Gateway GPRS Support Node,网关GPRS支持节点
SGSN和GGSN都是为了实现GPRS数据业务

3G核心网

3G基站,由RNC和NodeB组成。
3G阶段硬件平台进行彻底变革升级。
3G除了硬件变化和网元变化之外,还有两个思路变化:
1、 IP化
IP化是TCP/IP,以太网,相对于以前TDM电路(E1线中继电路),网线、光纤开始大量投入使用,设备的外部接口和内部通讯,都开始围绕IP地址和端口号进行。
2、分离
分离是网元设备的功能开始细化,不再是一个设备集成多个功能,而是拆分开,各司其事。
分离的第一步是承载和控制分离,在通信系统里面就是两个(平)面,用户面和控制面。
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用户面,就是用户的实际业务数据,就是你的语音数据,视频流数据之类的。
而控制面,是为了管理数据走向的信令、命令。
这两个面,在通信设备内部,就相当于两个不同的系统, 2G时代,用户面和控制面没有明显分开。3G时代,把两个面进行了分离。
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4G核心网

上一代的SGSN变成MME,GGSN变成SGW/PGW,也就演进成了4G核心网
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4G LTE网络架构,相对于3G,基站里面的RNC没有了,为了实现扁平化,功能一部分给了核心网,一部分给了eNodeB
MME:Mobility Management Entity,移动管理实体
SGW:Serving Gateway,服务网关
PGW:PDN Gateway,PDN网关
演进到4G核心网之前,硬件平台也提前升级了。
华为的USN系列,开始启用ATCA/ETCA平台(后来MME就用了它),还有UGW平台(后面PGW和SGW用了它,PGW和SGW物理上是一体的)。
在3G到4G的过程中,IMS出现了,取代传统CS(也就是MSC那些),提供更强大的多媒体服务(语音、图片短信、视频电话等)。IMS,使用的也主要是ATCA平台。
4G虚拟化时代,虚拟化是指网元功能虚拟化(Network Function Virtualization,NFV),就是硬件上直接采用HP、IBM等IT厂家的x86平台通用服务器(目前以刀片服务器为主,节约空间,也够用)。

5G核心网

5G核心网采用的是SBA架构(Service Based Architecture,即基于服务的架构)
SBA架构,基于云原生构架设计,借鉴了IT领域的“微服务”理念,把原来具有多个功能的整体,分拆为多个具有独自功能的个体。
每个个体,实现自己的微服务,这样的变化,会有一个明显的外部表现,就是网元大量增加了。
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红色虚线内为5G核心网除了UPF之外,都是控制面
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这些网元看上去很多,实际上,硬件都是在虚拟化平台里面虚拟出来的。这样一来,非常容易扩容、缩容,也非常容易升级、割接,相互之间不会造成太大影响(核心网工程师的福音)。

5G核心网就是模块化、软件化。
5G核心网之所以要模块化的主要原因是因为“切片”,5G是一个一统的网络,应对所有用户,设计之初,就需要它应对各种需求,既然网络用途不同,那么就需要拆分成模块,灵活组队,才能应对。
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例如,在低时延的场景中(例如自动驾驶),核心网的部分功能,就要更靠近用户,放在基站那边,这就是“下沉”。
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部分核心网功能,“下沉”到了MEC,下沉不仅可以保证“低时延”,更能够节约成本。

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