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 不管是2G、3G、4G還是5G，移動通信網絡主要由兩個子系統(tǒng)組成：無線接入網(RAN)和移動核心網。

 

RAN負責管理無線部分，以高效利用頻譜資源，并滿足用戶的服務質量需求。RAN的關鍵組件叫基站，2G時代的基站叫BTS，3G叫NodeB，4G叫eNB，5G叫gNB。

移動核心網在RAN和互聯網之間架起了一道橋梁，主要功能包括：

• 為數據和語音服務提供Internet連接

• 確保連接的QoS質量要求

• 管理用戶移動性，以確保服務不中斷

• 計費

核心網

在了解核心網之前，先來了解兩個概念：控制面和用戶面。

 

當你拿起手機上網時，基站會為你的手機建立無線信道連接。這個過程主要分為控制面連接和用戶面連接兩部分。控制面承載信令或控制消息。用戶面，也叫數據面或轉發(fā)面，承載數據流量。

首先，基站會在手機和核心網的控制面之間建立“控制面”連接，并在兩者之間轉發(fā)信令消息，這些消息包括手機身份驗證、注冊、移動性管理等。

 

然后，基站會在手機和核心網的用戶面之間建立“用戶面”連接，轉發(fā)用戶數據流量。

 

5G組網架構分為NSA和SA。在NSA架構下，5G基站依然連接4G核心網;在SA架構下，5G基站獨立連接5G核心網。因此，我們先來看一下4G核心網架構。

 

4G核心網叫EPC，主要由MME、HSS、PCRF、SGW和PGW組成。其中，MME、HSS、PCRF為控制面，SGW和PGW包含用戶面。

 

• MME(移動性管理實體)：負責追蹤和管理終端在RAN中的移動性。
• HSS(歸屬用戶服務器)：一個數據庫，存儲與用戶簽約相關的信息。
• PCRF(策略和計費規(guī)則)：負責策略控制決策和流量計費。
• SGW(服務網關)：主要負責與RAN之間轉發(fā)IP數據包。
• PGW(分組網關)：本質上是IP路由器，將核心網連接到外部Internet。

4G核心網可根據地理位置靈活部署，比如將MME和PGW部署于中心城市，而將SGW部署于小城市。

不過，5G核心網更加靈活。5G核心網稱為NG-Core，設計方式發(fā)生了空前改變。

 

首先，5G核心網的控制面和用戶面徹底分離，這使得用戶面UPF可靈活下沉，并與邊緣計算(MEC)一起分布式部署于更接近用戶側的邊緣，從而可降低網絡時延，使能低時延5G應用。

 

UPF與邊緣計算一起部署

其次，也是更大的改變，5G核心網采用基于服務的架構(SBA)設計，其通過云原生、無狀態(tài)的VNF(虛擬化網絡功能)和共享的數據層讓5G核心網更加彈性、高效和靈活，以滿足包括eMBB、mMTC、URLLC多樣化5G用例。還能通過微服務進行網絡切片，從而為各行各業(yè)提供定制化切片服務。

簡單的說，SBA=網絡功能服務+基于服務的接口。NFV從傳統(tǒng)軟硬件一體化的專用電信設備中解耦出虛擬化的、軟件化的網絡功能(NF)，代替了傳統(tǒng)物理網元，而現在要進一步把NF分解為多個“網絡功能服務”。NF可通過“基于服務的接口”由多個模塊化的“網絡功能服務”組成。

 

4G核心網與5G核心網的區(qū)別

在控制面：

• AMF(接入和移動性管理功能)，負責終端的移動性和接入管理，包括接入、連接、移動性管理，以及鑒權、位置服務等。大致對應原4G EPC中MME的移動性管理部分。
• SMF(會話管理功能)，負責會話管理功能，包括IP地址分配、QoS控制、轉發(fā)路由控制等。大致對應原4G EPC中MME的部分功能+S/PGW的控制面部分。
• PCF(策略控制功能)，負責策略控制，大致對應EPC中的PCRF。
• UDM(統(tǒng)一數據管理)，管理用戶數據，包括用戶標識、用戶簽約數據、鑒權數據等，大致對應EPC的HSS的部分功能。
• AUSF(鑒權服務器功能)，就是鑒權服務器，配合UDM專門負責用戶鑒權。
• NEF(網絡開放功能)，類似于4G核心網中的SCEF(Service Capability Exposure Function)，其通過API接口將業(yè)務能力開放給第三方服務商，以創(chuàng)新商業(yè)價值。只不過，與SCEF不同，NEF通過SBI以總線方式與所有NF相連，且兩者開放的API功能也存在差異。
• NRF(網絡功能庫)，負責對網絡功能服務注冊登記、狀態(tài)監(jiān)測等，實現網絡功能服務自動化管理、選擇和可擴展，并允許每個網絡功能發(fā)現其它網絡功能提供的服務。
• NSSF(網絡切片選擇功能)，管理網絡切片相關信息，比如負責為終端選擇網絡切片。

在用戶面：

•  UPF(用戶面功能)，負責在無線接入網和Internet之間轉發(fā)流量、報告流量使用情況、QoS策略實施等，對應4G EPC中的S/PGW的用戶面。

 

從4G核心網到5G核心網

無線接入網

要了解無線接入網，先來看看基站的內部工作原理。

 

如上圖：

• RRC(無線資源控制)，運行于無線接入網的控制面，作為無線資源控制層，RRC負責連接管理、接入控制、狀態(tài)管理、系統(tǒng)信息廣播等功能，但不負責在用戶面上處理用戶數據包。
• PDCP(分組數據匯聚協(xié)議)，負責壓縮和解壓縮IP報頭，加密和完整性保護等。值得一提的是，在NSA組網模式下，PDCP層負責4G基站和5G基站之間的數據分流和聚合。
• RLC(無線鏈路控制)，負責對數據分段/重組、ARQ糾錯、重復包檢測等。
• MAC(媒體訪問控制)，負責實時資源調度決策、復用/解復用、緩沖等功能。
• PHY(物理層)，負責編碼、調制、FEC等。

根據以上協(xié)議流程，5G基站又劃分為三部分：CU、DU和RU。

 

• CU，中央單元，處理RRC、PDCP等高層協(xié)議，負責非實時的配置和控制決策。

CU可采用云化部署方式，甚至可以與核心網UPF和邊緣計算融合部署。

• DU，分布式單元，處理對實時性較高的層2功能和部分物理層功能。
•  RU，天線單元，指部分物理層和RF、天線部分。

如上所述，由于MAC層負責實時調度無線資源，因此DU需與RU就近部署(1ms以內)。一種典型的部署方式是，DU和RU共站部署;針對校園、工廠、商城等場景，一個DU可服務多個分布式的RU。

這樣一來，無線接入網的回傳分為三部分：前傳、中傳和回傳。RU和 DU之間是前傳，DU和CU之間是中傳，CU到核心網是回傳。