5G核心网介绍

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1、5G核心网简介再会MME5G核心网你彻底变了想必你已据说，由中国移动牵头提出的SBA构架已被3GPP确觉得5G核心网基本构架，实在令人欣喜自豪。但是，相对于老式核心网，这一构架变动之大，不禁让人感慨技术创新步伐之快，有点猝不及防之感。5G核心网构架重要涉及三大核心技术：SBA、CUPS和网络切片，在小编看来，这是最后实现化整为零、由硬变软的彻底演进。什么是SBA？SBA（Service Based Architecture），即基于服务的架构。它基于云原生构架设计，借鉴了IT领域的“微服务”理念。众所周知，老式网元是一种紧耦合的黑盒设计，NFV（网络功能虚拟化）从黑盒设备中解耦出网络功能软件，

2、但解耦后的软件仍然是“大块头”的单体式构架，需进一步分解为细粒度化的模块化组件，并通过开放API接口来实现集成，以提高应用开发的整体敏捷性和弹性。为此，业界提出了基于Cloud Native的设计原则。Cloud Native的使命是变化世界如何构建软件，其重要由微服务架构、DevOps和以容器为代表的敏捷基本架构几部分构成，目的是实现交付的弹性、可反复性和可靠性。微服务就是指将Monolithic（这个词太难传神翻译了，本文翻译成单体式应用程序）拆分为多种粒度更小的微服务，微服务之间通过API交互，且每个微服务独立于其她服务进行部署、升级、扩展，可在不影响客户使用的状况下频繁更新正在使用的应

3、用。正是基于这样的设计理念，老式网元先是转换为网络功能（NF），然后NF再被分解为多种“网络功能服务”。SBA=网络功能服务+基于服务的接口。网络功能可由多种模块化的“网络功能服务”构成，并通过“基于服务的接口”来呈现其功能，因此“网络功能服务”可以被授权的NF灵活使用。其中，NRF（NF Repository Function，NF贮存功能）支持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。CUPSCUPS（Control and User Plane Separation），即控制与顾客面分离。目的是让网络顾客面功能挣脱“中心化”的囚禁，使其既可灵活部署于核心

4、网（中心数据中心），也可部署于接入网（边沿数据中心），最后实现可分布式部署。事实上，核心网始终沿着控制面和顾客面分离的方向演进。例如，从R7开始，通过Direct Tunnel技术将控制面和顾客面分离，在3G RNC和GGSN之间建立了直连顾客面隧道，顾客面数据流量直接绕过SGSN在RNC和GGSN之间传播。到了 R8，浮现了MME这样的纯信令节点。PS：移动性管理实体（MME）:MME的重要功能是支持NAS（非接入层）信令及其安全、跟踪区域（TA）列表的管理、P-GW和S-GW的选择、跨MME切换时进行MME的选择、在向2G/3G接入系统切换过程中进行SGSN的选择、顾客的鉴权、漫游控制以及

5、承载管理、3GPP不同接入网络的核心网络节点之间的移动性管理（终结于S3节点），以及UE在ECM_IDLE状态下可达性管理（涉及寻呼重发的控制和执行）。只是到了4.5G和5G时代，这一分离的趋势更加彻底，也更加必要。其中一大因素就是，为了满足5G网络毫秒级时延的KPI。光纤传播速度为200km/ms，数据要在相距几百公里以上的终端和核心网之间来回传送，显然是无法满足5G毫秒级时延的。物理距离受限，这是硬伤。因此，需将内容下沉和分布式的部署于接入网侧（边沿数据中心），使之更接近顾客，减少时延和网络回传负荷。网络切片5G服务是多样化的，涉及车联网、大规模物联网、工业自动化、远程医疗、VR/AR等等

6、。这些服务对网络的规定是不同样的，例如工业自动化规定低时延、高可靠但对数据速率规定不高；高清视频无需超低时延但规定超高速率；某些大规模物联网不需要切换，部分移动性管理对之而言是信令挥霍等等，为此5G要像一把瑞士军刀同样，多功能满足差别化的网络服务。于是，我们就要把网络切成多种虚拟且互相隔离的子网络，分别应对不同的服务。固然，这样灵活的切片工作岂是老式大块头的黑盒设备能担当的，自然要虚拟化、软件化，再将网络功能进一步细粒度模块化，才干实现灵活组装业务应用。因此，3GPP就确认了由中国移动牵头26家公司提出的SBA构架为5G核心网基本构架。5G系统构架构架如下：Authentication Ser

7、ver Function (AUSF)Core Access and Mobility Management Function (AMF)Data network (DN), 例如运营商服务、互联网接入和三方服务Structured Data Storage network function (SDSF)Unstructured Data Storage network function (UDSF)Network Exposure Function (NEF)NF Repository Function (NRF)Policy Control function (PCF)Session Ma

8、nagement Function (SMF)Unified Data Management (UDM)User plane Function (UPF)Application Function (AF)User Equipment (UE)(Radio) Access Network (R)AN)这个5G核心网基本构架正是基于云原生的微服务构架设计原则，以模块化、软件化的构建方式来构架5G核心网，以高效执行不同服务类型的网络切片。我们看到上图中网络节点名称背面都带有Function（功能），这些功能是基于软件化的，以便动态灵活调节网络。遵循控制面和顾客面分离的原则，在此简朴简介一下：控制面控

9、制面被分为AMF和SMF：单一的AMF负责终端的移动性和接入管理；SMF负责对话管理功能，可以配备多种。基于灵活的微服务构架的AMF和SMF相应不同的网络切片.AMF和SMF是控制面的两个重要节点，配合它俩的尚有UDM、AUSF、PCF，以执行顾客数据管理、鉴权、方略控制等。此外尚有NEF和NRF这两个平台支持功能节点，用于协助expose和publish网络数据，以及协助其她节点发现网络服务。顾客面5G核心网的顾客面由UPF（顾客面功能）节点掌控大局，UPF也替代了本来4G中执行路由和转发功能的SGW和PGW。比较一下2/3/4G核心网构架.到了4G时代，核心网构架再次发生了变化，这一次引入

10、了移动管理实体（MME）和分组数据网关（PGW）等网元。通用的LTE网络构架4G核心网中的MME、SGW和PGW消失了。4G中MME的功能被分解到AMF（接入和移动管理功能）和SMF（会话管理功能）中，SGW和PGW被UPF替代。网络注册流程也变成了这样从2G时代的MSC/HLR到软互换，再到4G时代引入MME和GW，总得来说，核心网始终沿着分离和软件化方向演进。这一次更加彻底。老式“黑盒”硬件被解耦，网络功能软件进一步分解为微服务，以灵活构建网络功能，网络功能运营于通用COTS服务器或迁移至云，实现灵活的网络切片。总的来说，是一次化整为零、由硬变软的彻底演进。老式核心网网元的物理形式从此在我们眼前消失了？2/3时代的核心网机房2G时代，我们一走进互换机房，可以清晰的辨别出哪些设备是MSC或HLR，但是到了5G时代，它们虚拟化的存在于通用的物理/虚拟资源之中，我们或许很难通过物理特性来辨别。但是，不管怎么演进，核心网的三大功能：服务管理、会话管理和移动管理始终存在。躯壳不存，灵魂犹在。赶紧学学写代码吧！