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简述核心网在2G-5G的发展

简述核心网在2G-5G的发展

作者: 仙姑本姑 | 来源:发表于2020-08-09 00:34 被阅读0次

核心网(Core NetWork)

  • 通信网络的三大组成部分:接入网、承载网、核心网

  • 接入网、承载网、核心网与城域网、省网、骨干网是以不同标准对网络整体的划分方式。

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    接入网是“窗口”,负责把数据收上来;承载网是“卡车”,负责把数据送来送去;核心网呢,就是“管理中枢”,负责管理这些数据,对数据进行分拣,然后告诉它,该去何方。承载网将数据由接入网发送到核心网。核心网作为通信网的最顶层,完成数据路由和交换,最终实现手机用户与互联网的连接,建立好这个通道后,手机用户就可以访问运营商的服务器。
  • 核心网就是“管理中枢”,负责管理数据,对数据进行分拣,告诉它去向何方。这种对数据的整理和分发,其实就是路由交换,是核心网的本质。

  • 核心网之所以复杂,其实是人为造成的。再具体一点说,就是因为市场的需要。用户产生欲望,市场制造欲望,欲望越多,需求越多,需求越多,业务越多。业务越多,设备越多,接口越多,网络越复杂。

差异化、多样化的服务的实现核心也是依托核心网的演化。

电话时期的核心网,即连接两部电话的中间部分。通信网络不断推演,网络开始分层,架构开始复杂,于是有了网元(Net Element,NE)——具有某种功能的网络单元实体。

并且,应该开始识别、管理用户——及只有被认证的合法用户才能登录。
因此,多出很多和用户相关的用于认证、授权、和记账功能的网元设备。

  1. 认证,就是看你是不是合法用户,有没有密钥。
  2. 授权,就是看你有权限做什么事,哪些服务可以用,哪些不能用。
  3. 记账,就是看你做了哪些事,然后记录下来,收你的钱。

无线通信、2G,3G,4G,5G时期,核心网相应随之变化。

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2G时期,核心网主要是MSC(Mobile Switching Center)移动交换中心
此时,实现功能以电话为主,传输以电缆为主,被划分为多个通路的电缆成为电路,不同电路被不同用户占用为专用通路,用于通话,也称电路交换。所以,2G 核心网的MSC之类设备,也叫做电路核心网设备。

2.5G时期,即GPRS(General Packet Radio Service) 通用分组无线服务时期。
此时,有了数据上网业务。有了PS核心网,即Packet Switch,分组交换/包交换。
分组交换不再占用通道,而是一个接一个的发送数据包。

2G推演到3G,基本定型成如下结构:


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4G时期,即LTE时期,PS分组域升级为LTE网络,支持上网(数据业务)。

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LTE替换PS之后,正常情况下,我们就是用2/3G的CS网络打电话,用4G的LTE网络上网。

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此时,3GPP用IMS(IP Mutimidium SubSystem)取代CS电路域,包括电话业务。理想4G LTE网络演变成了如下结构:


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IMS+LTE网络使得用户可以同时打电话上网,被称为VoLTE。是最完美的LTE语音解决方案。

5G时期,数据业务LTE被5G NR(New Radio)取代,电话业务依然是IMS方案,VoLTE被VoNR取代。

5G核心网

  • 关于NSA与SA

将"基站"比喻为"学生";将"核心网"比喻为"老师"。NSA(非独立组网)便是一个老师带领两个班学生(一个核心网带两种基站);SA(独立组网)则是一个老师带领一个班学生(一个核心网配一种基站)。

NSA非独立组网=4G核心网|5G核心网+4G基站+5G基站,一对多;
SA独立组网=5G核心网+5G基站,一对一。

NSA是5G先发的主要选择,SA 5GC是网络演进的终极目标

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5G的三大应用场景

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为了达到5G多样化、差异化的诉求,分类管理,灵活部署迫在眉睫,网络切片应运而生。

  • 网络切片是一种按需组网的方式,可以让运营商在统一的基础设施上切出多个虚拟的端到端网络,每个网络切片从无线接入网到承载网到核心网逻辑上隔离,适配各种类型的业务应用,在一个子切片上,至少包括一个无线子切片,一个承载子切片,一个核心子切片
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网络切片达到了:端到端的按需定制和良好的隔离性。

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要想实现网络切片,NFV(Net Functions Virtualization)网络功能虚拟化是先决条件,如对核心网切片时,NFV将软硬件部分从传统网元设备分离,硬件部分统一部署,软件部分由不同的NF网络功能承担,灵活组装业务需求。

CUPS(Control and User Plan Separations)用户面和控制面分离技术

EPC CUPS 5G CUPS
控制面:SGW-C/PGW-C 控制面:SMF(Session Management Function)相当于 4G MME 会话管理功能和 SGW-C / PGW-C
用户面:SGW-U/PGW-U 用户面:UPF (User Port Function) 用户端口功能
CP/UP独立灵活部署 CP/UP独立灵活部署

附:相关知识点

MME:MME(Mobility Management Entity)

SGW:Serving GW

PGW:PDN Gateway(Packet Data Network)

含义

(1) MME是一个信令实体,主要负责移动性管理、承载管理、用户的鉴权认证、SGW和PGW的选择等功能;

(2) SGW终结和E-UTRAN的接口,主要负责用户面处理,负责数据包的路由和转发等功能,支持3GPP不同接入技术的切换,发生切换时作为用户面的锚点;对每一个与EPS相关的UE,在一个时间点上,都有一个SGW为之服务。SGW和PGW可以在一个物理节点或不同物理节点实现。

(3) PGW终结和外面数据网络(如互联网、IMS等)的SGi接口,是EPS锚点,即是3GPP与non-3GPP网络间的用户面数据链路的锚点,负责管理3GPP和non-3GPP间的数据路由,管理3GPP接入和non-3GPP接入(如WLAN、WiMAX等)间的移动,还负责DHCP、策略执行、计费等功能;如果UE访问多个PDN,UE将对应一个或多个PGW。

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