[4G5G专题-19]:架构-核心网的演变以及基于服务的5G核心网网络架构
目录
1. 2G GSM核心网架构
2 3G UMTS核心网架构
3 4G LTE核心网架构
4 5G NR 核心网架构
1. 2G GSM核心网架构
2G组网非常简单,只提供语音业务和短消息业务。
MSC(Mobile Switching Center,移动交换中心),就是核心网的最主要设备,是处理信令的核心网元设备。
HLR(归属位置寄存器),HLR是一个静态数据库,用来存储本地用户数据信息的数据库用,用于鉴权。
之所以图上面写的是“MSC/VLR”,是因为VLR是一个功能实体,但是物理上,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,所以画在一起。HLR/AUC也是如此,HLR和AUC物理合一。
到了2.5G的GPRS,开始有了数据(上网)业务。于是,核心网有了第一次的大变化,开始增了核心网的PS域。
PS,Packet Switch,分组交换,包交换。
于是多出了GGSN和GGSN,SGSN和GGSN都是为了实现GPRS数据业务。
GSN:Serving GPRS Support Node,服务GPRS支持节点
GGSN:Gateway GPRS Support Node,网关GPRS支持节点。
2 3G UMTS核心网架构
2.5G到3G,基站由RNC和NodeB组成。
3G除了网元变化之外,核心网发生了两个很重要和显著的变化:
(1)IP化:就是TCP/IP,以太网。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)承载和控制分离:具体来说,就是网元设备的功能开始细化,分为CP, UP,不再是一个设备集成多个功能,而是拆分开,各司其事。
在通信系统里面,说白了,就两个(平)面,用户面和控制面的分离。
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。
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子系统。
最后:
SGSN: 只负责控制面
GGSN:只负责数据面
3 4G LTE核心网架构
4G的核心网架构发生了如下的两个大的变化:
(1)电路域彻底消失,整个网络变成了纯IP的单一网络。
(2)数据域信令网关SGSN变成MME,数据网关GGSN变成SGW/PGW。
MME:Mobility Management Entity,移动管理实体
SGW:Serving Gateway,服务网关
PGW:PDN Gateway,PDN网关
相应的,接入网也发生了如下的大变化:
(1)电路域彻底消失:整个网络变成了纯IP的单一网络。
(2)网络扁平化:RNC消失了,其功能一部分给了核心网,一部分给了eNodeB。
(3)多功能多媒体网关的出现:在3G到4G的过程中,出现了一个新的网元:IMS((IP Multimedia Subsystem),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)。
4 5G NR 核心网架构
到了5G,为了支持网络切片、网络功能虚拟化、动态配置网络等,5G核心网彻底颠覆4G的网络架构。
(1)基于服务的网络架构:
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。
(2)网元数量剧增:
有一个明显的外部表现,就是网元大量增加了。
除了数据面UP的实体UPF之外,其他都是控制面CP。
(3)网元功能的虚拟化
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(不知道是核心网工程师的福音还是失业)。
简而言之,5G核心网就是模块化、软件化。就是为了“切片”。
就是为了满足不同场景的需求。不同业务应用场合,所使用的不同模块!
主要的网络功能如下:
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