一文读懂5G网络

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

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。控制面承载信令或控制消息。用户面，也叫数据面或转发面，承载数据流量。

首先，基站会在手机和核心网的控制面之间建立“控制面”连接，并在两者之间转发信令消息，这些消息包括手机身份验证、注册、移动性管理等。

然后，基站会在手机和核心网的用户面之间建立“用户面”连接，转发用户数据流量。

５Ｇ组网架构分为ＮＳＡ和ＳＡ。在ＮＳＡ架构下，５Ｇ基站依然连接４Ｇ核心网；在ＳＡ架构下，５Ｇ基站独立连接５Ｇ核心网。因此，我们先来看一下４Ｇ核心网架构。

４Ｇ核心网叫ＥＰＣ，主要由ＭＭＥ、ＨＳＳ、ＰＣＲＦ、ＳＧＷ和ＰＧＷ组成。其中，ＭＭＥ、ＨＳＳ、ＰＣＲＦ为控制面，ＳＧＷ和ＰＧＷ包含用户面。

•　ＭＭＥ（移动性管理实体）：负责追踪和管理终端在ＲＡＮ中的移动性。

•　ＨＳＳ（归属用户服务器）：一个数据库，存储与用户签约相关的信息。

•　ＰＣＲＦ（策略和计费规则）：负责策略控制决策和流量计费。

•　ＳＧＷ（服务网关）：主要负责与ＲＡＮ之间转发ＩＰ数据包。

•　ＰＧＷ（分组网关）：本质上是ＩＰ路由器，将核心网连接到外部Ｉｎｔｅｒｎｅｔ。

４Ｇ核心网可根据地理位置灵活部署，比如将ＭＭＥ和ＰＧＷ部署于中心城市，而将ＳＧＷ部署于小城市。

不过，５Ｇ核心网更加灵活。５Ｇ核心网称为ＮＧ－Ｃｏｒｅ，设计方式发生了空前改变。

首先，５Ｇ核心网的控制面和用户面彻底分离，这使得用户面ＵＰＦ可灵活下沉，并与边缘计算（ＭＥＣ）一起分布式部署于更接近用户侧的边缘，从而可降低网络时延，使能低时延５Ｇ应用。

ＵＰＦ与边缘计算一起部署

其次，也是更大的改变，５Ｇ核心网采用基于服务的架构（ＳＢＡ）设计，其通过云原生、无状态的ＶＮＦ（虚拟化网络功能）和共享的数据层让５Ｇ核心网更加弹性、高效和灵活，以满足包括ｅＭＢＢ、ｍＭＴＣ、ＵＲＬＬＣ多样化５Ｇ用例。还能通过微服务进行网络切片，从而为各行各业提供定制化切片服务。

简单的说，ＳＢＡ＝网络功能服务＋基于服务的接口。ＮＦＶ从传统软硬件一体化的专用电信设备中解耦出虚拟化的、软件化的网络功能（ＮＦ），代替了传统物理网元，而现在要进一步把ＮＦ分解为多个“网络功能服务”。ＮＦ可通过“基于服务的接口”由多个模块化的“网络功能服务”组成。

４Ｇ核心网与５Ｇ核心网的区别

在控制面：

•　ＡＭＦ（接入和移动性管理功能），负责终端的移动性和接入管理，包括接入、连接、移动性管理，以及鉴权、位置服务等。大致对应原４Ｇ　ＥＰＣ中ＭＭＥ的移动性管理部分。

•　ＳＭＦ（会话管理功能），负责会话管理功能，包括ＩＰ地址分配、ＱｏＳ控制、转发路由控制等。大致对应原４Ｇ　ＥＰＣ中ＭＭＥ的部分功能＋Ｓ／ＰＧＷ的控制面部分。

•　ＰＣＦ（策略控制功能），负责策略控制，大致对应ＥＰＣ中的ＰＣＲＦ。

•　ＵＤＭ（统一数据管理），管理用户数据，包括用户标识、用户签约数据、鉴权数据等，大致对应ＥＰＣ的ＨＳＳ的部分功能。

•　ＡＵＳＦ（鉴权服务器功能），就是鉴权服务器，配合ＵＤＭ专门负责用户鉴权。

•　ＮＥＦ（网络开放功能），类似于４Ｇ核心网中的ＳＣＥＦ（Ｓｅｒｖｉｃｅ　Ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　Ｅｘｐｏｓｕｒｅ　Ｆｕｎｃｔｉｏｎ），其通过ＡＰＩ接口将业务能力开放给第三方服务商，以创新商业价值。只不过，与ＳＣＥＦ不同，ＮＥＦ通过ＳＢＩ以总线方式与所有ＮＦ相连，且两者开放的ＡＰＩ功能也存在差异。

•　ＮＲＦ（网络功能库），负责对网络功能服务注册登记、状态监测等，实现网络功能服务自动化管理、选择和可扩展，并允许每个网络功能发现其它网络功能提供的服务。

•　ＮＳＳＦ（网络切片选择功能），管理网络切片相关信息，比如负责为终端选择网络切片。

在用户面：

•　ＵＰＦ（用户面功能），负责在无线接入网和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ之间转发流量、报告流量使用情况、ＱｏＳ策略实施等，对应４Ｇ　ＥＰＣ中的Ｓ／ＰＧＷ的用户面。

　从４Ｇ核心网到５Ｇ核心网

无线接入网

要了解无线接入网，先来看看基站的内部工作原理。

如上图：

•　ＲＲＣ（无线资源控制），运行于无线接入网的控制面，作为无线资源控制层，ＲＲＣ负责连接管理、接入控制、状态管理、系统信息广播等功能，但不负责在用户面上处理用户数据包。

•　ＰＤＣＰ（分组数据汇聚协议），负责压缩和解压缩ＩＰ报头，加密和完整性保护等。值得一提的是，在ＮＳＡ组网模式下，ＰＤＣＰ层负责４Ｇ基站和５Ｇ基站之间的数据分流和聚合。

•　ＲＬＣ（无线链路控制），负责对数据分段／重组、ＡＲＱ纠错、重复包检测等。

•　ＭＡＣ（媒体访问控制），负责实时资源调度决策、复用／解复用、缓冲等功能。

•　ＰＨＹ（物理层），负责编码、调制、ＦＥＣ等。

根据以上协议流程，５Ｇ基站又划分为三部分：ＣＵ、ＤＵ和ＲＵ。

•　ＣＵ，中央单元，处理ＲＲＣ、ＰＤＣＰ等高层协议，负责非实时的配置和控制决策。

ＣＵ可采用云化部署方式，甚至可以与核心网ＵＰＦ和边缘计算融合部署。

•　ＤＵ，分布式单元，处理对实时性较高的层２功能和部分物理层功能。

•　ＲＵ，天线单元，指部分物理层和ＲＦ、天线部分。

如上所述，由于ＭＡＣ层负责实时调度无线资源，因此ＤＵ需与ＲＵ就近部署（１ｍｓ以内）。一种典型的部署方式是，ＤＵ和ＲＵ共站部署；针对校园、工厂、商城等场景，一个ＤＵ可服务多个分布式的ＲＵ。

这样一来，无线接入网的回传分为三部分：前传、中传和回传。ＲＵ和　ＤＵ之间是前传，ＤＵ和ＣＵ之间是中传，ＣＵ到核心网是回传。

本文链接：https://www.liumenghao.com/wangluo/1765.html