不管是2G、3G、4G還是5G，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)主要由兩個(gè)子系統(tǒng)組成：無(wú)線接入網(wǎng)(RAN)和移動(dòng)核心網(wǎng)。

RAN負(fù)責(zé)管理無(wú)線部分，以高效利用頻譜資源，并滿足用戶的服務(wù)質(zhì)量需求。RAN的關(guān)鍵組件叫基站，2G時(shí)代的基站叫BTS，3G叫NodeB，4G叫eNB，5G叫g(shù)NB。

移動(dòng)核心網(wǎng)在RAN和互聯(lián)網(wǎng)之間架起了一道橋梁，主要功能包括：

為數(shù)據(jù)和語(yǔ)音服務(wù)提供Internet連接

確保連接的QoS質(zhì)量要求

管理用戶移動(dòng)性，以確保服務(wù)不中斷

計(jì)費(fèi)

核心網(wǎng)

在了解核心網(wǎng)之前，先來(lái)了解兩個(gè)概念：控制面和用戶面。

當(dāng)你拿起手機(jī)上網(wǎng)時(shí)，基站會(huì)為你的手機(jī)建立無(wú)線信道連接。這個(gè)過(guò)程主要分為控制面連接和用戶面連接兩部分。控制面承載信令或控制消息。用戶面，也叫數(shù)據(jù)面或轉(zhuǎn)發(fā)面，承載數(shù)據(jù)流量。

首先，基站會(huì)在手機(jī)和核心網(wǎng)的控制面之間建立“控制面”連接，并在兩者之間轉(zhuǎn)發(fā)信令消息，這些消息包括手機(jī)身份驗(yàn)證、注冊(cè)、移動(dòng)性管理等。

然后，基站會(huì)在手機(jī)和核心網(wǎng)的用戶面之間建立“用戶面”連接，轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)流量。

5G組網(wǎng)架構(gòu)分為NSA和SA。在NSA架構(gòu)下，5G基站依然連接4G核心網(wǎng);在SA架構(gòu)下，5G基站獨(dú)立連接5G核心網(wǎng)。因此，我們先來(lái)看一下4G核心網(wǎng)架構(gòu)。

4G核心網(wǎng)叫EPC，主要由MME、HSS、PCRF、SGW和PGW組成。其中，MME、HSS、PCRF為控制面，SGW和PGW包含用戶面。

MME(移動(dòng)性管理實(shí)體)：負(fù)責(zé)追蹤和管理終端在RAN中的移動(dòng)性。

HSS(歸屬用戶服務(wù)器)：一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)與用戶簽約相關(guān)的信息。

PCRF(策略和計(jì)費(fèi)規(guī)則)：負(fù)責(zé)策略控制決策和流量計(jì)費(fèi)。

SGW(服務(wù)網(wǎng)關(guān))：主要負(fù)責(zé)與RAN之間轉(zhuǎn)發(fā)IP數(shù)據(jù)包。

PGW(分組網(wǎng)關(guān))：本質(zhì)上是IP路由器，將核心網(wǎng)連接到外部Internet。

4G核心網(wǎng)可根據(jù)地理位置靈活部署，比如將MME和PGW部署于中心城市，而將SGW部署于小城市。

不過(guò)，5G核心網(wǎng)更加靈活。5G核心網(wǎng)稱為NG-Core，設(shè)計(jì)方式發(fā)生了空前改變。

首先，5G核心網(wǎng)的控制面和用戶面徹底分離，這使得用戶面UPF可靈活下沉，并與邊緣計(jì)算(MEC)一起分布式部署于更接近用戶側(cè)的邊緣，從而可降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，使能低時(shí)延5G應(yīng)用。

UPF與邊緣計(jì)算一起部署

其次，也是更大的改變，5G核心網(wǎng)采用基于服務(wù)的架構(gòu)(SBA)設(shè)計(jì)，其通過(guò)云原生、無(wú)狀態(tài)的VNF(虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能)和共享的數(shù)據(jù)層讓5G核心網(wǎng)更加彈性、高效和靈活，以滿足包括eMBB、mMTC、URLLC多樣化5G用例。還能通過(guò)微服務(wù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片，從而為各行各業(yè)提供定制化切片服務(wù)。

簡(jiǎn)單的說(shuō)，SBA=網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)+基于服務(wù)的接口。NFV從傳統(tǒng)軟硬件一體化的專用電信設(shè)備中解耦出虛擬化的、軟件化的網(wǎng)絡(luò)功能(NF)，代替了傳統(tǒng)物理網(wǎng)元，而現(xiàn)在要進(jìn)一步把NF分解為多個(gè)“網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)”。NF可通過(guò)“基于服務(wù)的接口”由多個(gè)模塊化的“網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)”組成。

4G核心網(wǎng)與5G核心網(wǎng)的區(qū)別

在控制面：

AMF(接入和移動(dòng)性管理功能)，負(fù)責(zé)終端的移動(dòng)性和接入管理，包括接入、連接、移動(dòng)性管理，以及鑒權(quán)、位置服務(wù)等。大致對(duì)應(yīng)原4G EPC中MME的移動(dòng)性管理部分。

SMF(會(huì)話管理功能)，負(fù)責(zé)會(huì)話管理功能，包括IP地址分配、QoS控制、轉(zhuǎn)發(fā)路由控制等。大致對(duì)應(yīng)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)，負(fù)責(zé)策略控制，大致對(duì)應(yīng)EPC中的PCRF。

UDM(統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理)，管理用戶數(shù)據(jù)，包括用戶標(biāo)識(shí)、用戶簽約數(shù)據(jù)、鑒權(quán)數(shù)據(jù)等，大致對(duì)應(yīng)EPC的HSS的部分功能。

AUSF(鑒權(quán)服務(wù)器功能)，就是鑒權(quán)服務(wù)器，配合UDM專門(mén)負(fù)責(zé)用戶鑒權(quán)。

NEF(網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放功能)，類(lèi)似于4G核心網(wǎng)中的SCEF(Service Capability Exposure Function)，其通過(guò)API接口將業(yè)務(wù)能力開(kāi)放給第三方服務(wù)商，以創(chuàng)新商業(yè)價(jià)值。只不過(guò)，與SCEF不同，NEF通過(guò)SBI以總線方式與所有NF相連，且兩者開(kāi)放的API功能也存在差異。

NRF(網(wǎng)絡(luò)功能庫(kù))，負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)注冊(cè)登記、狀態(tài)監(jiān)測(cè)等，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)自動(dòng)化管理、選擇和可擴(kuò)展，并允許每個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能發(fā)現(xiàn)其它網(wǎng)絡(luò)功能提供的服務(wù)。

NSSF(網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能)，管理網(wǎng)絡(luò)切片相關(guān)信息，比如負(fù)責(zé)為終端選擇網(wǎng)絡(luò)切片。

在用戶面：

UPF(用戶面功能)，負(fù)責(zé)在無(wú)線接入網(wǎng)和Internet之間轉(zhuǎn)發(fā)流量、報(bào)告流量使用情況、QoS策略實(shí)施等，對(duì)應(yīng)4G EPC中的S/PGW的用戶面。

從4G核心網(wǎng)到5G核心網(wǎng)

無(wú)線接入網(wǎng)

要了解無(wú)線接入網(wǎng)，先來(lái)看看基站的內(nèi)部工作原理。

如上圖：

RRC(無(wú)線資源控制)，運(yùn)行于無(wú)線接入網(wǎng)的控制面，作為無(wú)線資源控制層，RRC負(fù)責(zé)連接管理、接入控制、狀態(tài)管理、系統(tǒng)信息廣播等功能，但不負(fù)責(zé)在用戶面上處理用戶數(shù)據(jù)包。

PDCP(分組數(shù)據(jù)匯聚協(xié)議)，負(fù)責(zé)壓縮和解壓縮IP報(bào)頭，加密和完整性保護(hù)等。值得一提的是，在NSA組網(wǎng)模式下，PDCP層負(fù)責(zé)4G基站和5G基站之間的數(shù)據(jù)分流和聚合。

RLC(無(wú)線鏈路控制)，負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)分段/重組、ARQ糾錯(cuò)、重復(fù)包檢測(cè)等。

MAC(媒體訪問(wèn)控制)，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)資源調(diào)度決策、復(fù)用/解復(fù)用、緩沖等功能。

PHY(物理層)，負(fù)責(zé)編碼、調(diào)制、FEC等。

根據(jù)以上協(xié)議流程，5G基站又劃分為三部分：CU、DU和RU。

CU，中央單元，處理RRC、PDCP等高層協(xié)議，負(fù)責(zé)非實(shí)時(shí)的配置和控制決策。

CU可采用云化部署方式，甚至可以與核心網(wǎng)UPF和邊緣計(jì)算融合部署。

DU，分布式單元，處理對(duì)實(shí)時(shí)性較高的層2功能和部分物理層功能。

RU，天線單元，指部分物理層和RF、天線部分。

如上所述，由于MAC層負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)調(diào)度無(wú)線資源，因此DU需與RU就近部署(1ms以內(nèi))。一種典型的部署方式是，DU和RU共站部署;針對(duì)校園、工廠、商城等場(chǎng)景，一個(gè)DU可服務(wù)多個(gè)分布式的RU。

這樣一來(lái)，無(wú)線接入網(wǎng)的回傳分為三部分：前傳、中傳和回傳。RU和 DU之間是前傳，DU和CU之間是中傳，CU到核心網(wǎng)是回傳。