從2G到5G，核心網(wǎng)的演進(jìn)過程和思路解析

從2G到5G，核心網(wǎng)的發(fā)展演進(jìn)過程，以及其中的思路。尤其會重點(diǎn)說一說，馬上進(jìn)入5G時(shí)代了，我們的核心網(wǎng)究竟會變成什么樣子。

首先我們從2G開始說起吧。

當(dāng)年小棗君剛剛?cè)肼毜臅r(shí)候，學(xué)習(xí)的就是2G核心網(wǎng)。

那時(shí)候的核心網(wǎng)設(shè)備，是這樣的：

中興2G核心網(wǎng)設(shè)備

大大寬寬的機(jī)柜，有好幾層機(jī)框，然后每層機(jī)框插了很多的單板。單板很薄很輕，面板是塑料的，很容易壞。

翻了半天電腦，找來一張當(dāng)時(shí)培訓(xùn)機(jī)房的珍貴照片

這個(gè)設(shè)備，名字就叫MSC（Mobile Switching Center），移動(dòng)交換中心。

我們來看看當(dāng)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖：

2G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

可以看出來，組網(wǎng)非常簡單，MSC就是核心網(wǎng)的最主要設(shè)備。HLR、EIR和用戶身份有關(guān)，用于鑒權(quán)。

注意：之所以圖上面寫的是“MSC/VLR”，是因?yàn)閂LR是一個(gè)功能實(shí)體，但是物理上，VLR和MSC是同一個(gè)硬件設(shè)備。相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)角色，所以畫在一起。HLR/AUC也是如此，HLR和AUC物理合一。

后來，到了2.5G。是的沒錯(cuò)，2G和3G之間，還有一個(gè)2.5G——就是GPRS。

在之前2G只能打電話發(fā)短信的基礎(chǔ)上，有了GPRS，就開始有了數(shù)據(jù)（上網(wǎng)）業(yè)務(wù)。

于是，核心網(wǎng)有了大變化，開始有了PS核心網(wǎng)。PS，Packet Switch，分組交換，包交換。

紅色部分為PS交換

SGSN：Serving GPRS Support Node，服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)

GGSN：Gateway GPRS Support Node，網(wǎng)關(guān)GPRS支持節(jié)點(diǎn)

SGSN和GGSN都是為了實(shí)現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)

很快，基站部分跟著變，2.5G到了3G，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)變成了這樣：

（為了簡單，HLR等網(wǎng)元我就沒畫了）

3G基站，由RNC和NodeB組成。

到了3G階段，設(shè)備商的硬件平臺進(jìn)行徹底變革升級。以中興設(shè)備為例，就從以前2G的V1平臺，變成了3G的V3平臺。

中興V3硬件平臺機(jī)架

機(jī)架內(nèi)部

（單板比2G重，而且面板都是金屬的了）

機(jī)框后側(cè)

（主要是提供網(wǎng)線、時(shí)鐘線、信號線接口）

大家不要小看了硬件平臺，實(shí)際上，就像最開始華為的C&C08、中興的ZXJ10一樣，設(shè)備商自家的很多不同業(yè)務(wù)的設(shè)備，都是基于同一個(gè)硬件平臺進(jìn)行開發(fā)的。不可能每個(gè)設(shè)備都單獨(dú)開發(fā)硬件平臺，既浪費(fèi)時(shí)間和精力，又不利于生產(chǎn)和維護(hù)。

穩(wěn)定可靠且處理能力強(qiáng)大的硬件平臺，是產(chǎn)品的基石。

3G除了硬件變化和網(wǎng)元變化之外，還有兩個(gè)很重要的思路變化。其中之一，就是IP化。

以前是TDM電路，就是E1線，中繼電路。

粗重的E1線纜

IP化，就是TCP/IP，以太網(wǎng)。網(wǎng)線、光纖開始大量投入使用，設(shè)備的外部接口和內(nèi)部通訊，都開始圍繞IP地址和端口號進(jìn)行。

中興V3硬件平臺上的光纖

第二個(gè)思路變化，就是分離。

具體來說，就是網(wǎng)元設(shè)備的功能開始細(xì)化，不再是一個(gè)設(shè)備集成多個(gè)功能，而是拆分開，各司其事。

在3G階段，是分離的第一步，叫做承載和控制分離。

在通信系統(tǒng)里面，說白了，就兩個(gè)（平）面，用戶面和控制面。如果不能理解兩個(gè)面，就無法理解通信系統(tǒng)。

用戶面，就是用戶的實(shí)際業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，就是你的語音數(shù)據(jù)，視頻流數(shù)據(jù)之類的。

而控制面，是為了管理數(shù)據(jù)走向的信令、命令。

這兩個(gè)面，在通信設(shè)備內(nèi)部，就相當(dāng)于兩個(gè)不同的系統(tǒng)，

2G時(shí)代，用戶面和控制面沒有明顯分開。3G時(shí)代，把兩個(gè)面進(jìn)行了分離。

接著，SGSN變成MME，GGSN變成SGW/PGW，也就演進(jìn)成了4G核心網(wǎng)：

4G LTE網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

（注意，基站里面的RNC沒有了，為了實(shí)現(xiàn)扁平化，功能一部分給了核心網(wǎng)，一部分給了eNodeB）

MME：Mobility Management Entity，移動(dòng)管理實(shí)體

SGW：Serving Gateway，服務(wù)網(wǎng)關(guān)

PGW：PDN Gateway，PDN網(wǎng)關(guān)

演進(jìn)到4G核心網(wǎng)之前，硬件平臺也提前升級了。

還是以中興為例，開始啟用ATCA/ETCA平臺（后來MME就用了它），還有xGW T8000平臺（后面PGW和SGW用了它，PGW和SGW物理上是一體的）。

中興ATCA機(jī)框

ATCA：Advanced Telecom CompuTIng Architecture，先進(jìn)電信計(jì)算架構(gòu)

ETCA：enhanced ATCA，增強(qiáng)型ATCA

中興xGW（T8000）硬件平臺

其實(shí)就是一個(gè)大路由器

在3G到4G的過程中，IMS出現(xiàn)了，取代傳統(tǒng)CS（也就是MSC那些），提供更強(qiáng)大的多媒體服務(wù)（語音、圖片短信、視頻電話等）。IMS，使用的也主要是ATCA平臺。

前面所說的V3平臺，實(shí)際上很像一個(gè)電腦，有處理器（MP單板），有網(wǎng)卡（以太網(wǎng)接口卡，光纖接口卡）。而V4的ATCA平臺，更像一臺電腦了，前面你也看到了，名字就叫“先進(jìn)電信計(jì)算平臺”，也就是“電信服務(wù)器”嘛。

確切說，ATCA里面的業(yè)務(wù)處理單板，本身就是一臺單板造型的“小型化電腦”，有處理器、內(nèi)存、硬盤，我們俗稱“刀片”。

ATCA業(yè)務(wù)處理板——“刀片”

（沒找到中興的，只能放個(gè)華為的）

既然都走到這一步，原來的專用硬件，越做越像IT機(jī)房里面的x86通用服務(wù)器，那么，不如干脆直接用x86服務(wù)器吧。

于是乎，虛擬化時(shí)代，就到來了。

虛擬化，就是網(wǎng)元功能虛擬化（Network FuncTIon VirtualizaTIon，NFV）。

說白了，硬件上，直接采用HP、IBM等IT廠家的x86平臺通用服務(wù)器（目前以刀片服務(wù)器為主，節(jié)約空間，也夠用）。

軟件上，設(shè)備商基于openstack這樣的開源平臺，開發(fā)自己的虛擬化平臺，把以前的核心網(wǎng)網(wǎng)元，“種植”在這個(gè)平臺之上。

網(wǎng)元功能軟件與硬件實(shí)體資源分離

注意了，虛擬化平臺不等于5G核心網(wǎng)。也就是說，并不是只有5G才能用虛擬化平臺。也不是用了虛擬化平臺，就是5G。

按照慣例，設(shè)備商先在虛擬化平臺部署4G核心網(wǎng)，也就是，在為后面5G做準(zhǔn)備，提前實(shí)驗(yàn)。

硬件平臺，永遠(yuǎn)都會提前準(zhǔn)備。

好了，上面說了5G核心網(wǎng)的硬件平臺，接下來，我們仔細(xì)說說5G核心網(wǎng)的架構(gòu)。

到了5G，網(wǎng)絡(luò)邏輯結(jié)構(gòu)徹底改變了。

5G核心網(wǎng)，采用的是SBA架構(gòu)（Service Based Architecture，即基于服務(wù)的架構(gòu)）。名字比較好記，呵呵…

SBA架構(gòu)，基于云原生構(gòu)架設(shè)計(jì)，借鑒了IT領(lǐng)域的“微服務(wù)”理念。

把原來具有多個(gè)功能的整體，分拆為多個(gè)具有獨(dú)自功能的個(gè)體。每個(gè)個(gè)體，實(shí)現(xiàn)自己的微服務(wù)。

單體式架構(gòu)（Monolithic）→ 微服務(wù)架構(gòu)（Microservices）

這樣的變化，會有一個(gè)明顯的外部表現(xiàn)，就是網(wǎng)元大量增加了。

紅色虛線內(nèi)為5G核心網(wǎng)

除了UPF之外，都是控制面

這些網(wǎng)元看上去很多，實(shí)際上，硬件都是在虛擬化平臺里面虛擬出來的。這樣一來，非常容易擴(kuò)容、縮容，也非常容易升級、割接，相互之間不會造成太大影響（核心網(wǎng)工程師的福音）。

簡而言之，5G核心網(wǎng)就是模塊化、軟件化。

5G核心網(wǎng)之所以要模塊化，還有一個(gè)主要原因，就是為了“切片”。

很多人覺得“切片”很難，其實(shí)并非如此。

切片，就是“多種人格”。同一樣?xùn)|西，具有不同的特性，以應(yīng)對不同的場景，也有點(diǎn)像“瑞士軍刀”。

5G是一個(gè)天下一統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)，通吃所有用戶。設(shè)計(jì)之初，就需要它應(yīng)對各種需求。這些需求，被整理為三大應(yīng)用場景。

eMBB（增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶）

人與人之間通信，人類上網(wǎng)，主要用這個(gè)。

mMTC（海量物聯(lián)網(wǎng)通信）

物聯(lián)網(wǎng)主要用這個(gè)。

uRLLC（低時(shí)延、高可靠通信）

主要用于智能無人駕駛、工業(yè)自動(dòng)化等需要低時(shí)延高可靠連接的業(yè)務(wù)。

其實(shí)說白了，就是人類上網(wǎng)需要很快的網(wǎng)速，車聯(lián)網(wǎng)、VR/AR需要很低的延時(shí)，智能抄表這樣的物聯(lián)網(wǎng)，需要更大的覆蓋和更多的連接。5G網(wǎng)絡(luò)，統(tǒng)統(tǒng)都要滿足。

既然網(wǎng)絡(luò)用途不同，當(dāng)然要見招拆招。以一個(gè)死板的固定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)去應(yīng)對，肯定是不行的。只有拆分成模塊，靈活組隊(duì)，才能搞定。

網(wǎng)絡(luò)切片

例如，在低時(shí)延的場景中（例如自動(dòng)駕駛），核心網(wǎng)的部分功能，就要更靠近用戶，放在基站那邊，這就是“下沉”。

部分核心網(wǎng)功能，“下沉”到了MEC

下沉不僅可以保證“低時(shí)延”，更能夠節(jié)約成本，所以，是5G的一個(gè)殺手锏。

以上，就是從2G到5G，核心網(wǎng)整個(gè)的演進(jìn)過程和思路。并不難理解吧？

簡單概括，就是拆分、拆分、再拆分，軟件、軟件、更軟件。

在將來，核心網(wǎng)的硬件和IT行業(yè)的硬件一樣。而核心網(wǎng)的軟件，就變成手機(jī)上面的app一樣。