5G学习-核心网发展历程

核心网概念

核心网基本概念

口核心网是移动通信网络的大脑，负责对整个网络进行管理和控制。
口核心网是很多网元设备的统称，并非特指某一种网元设备。
口核心网分为移动核心网和固网核心网。移动通信里面的核心网，是移动核心网。

核心网发展历程

图中直观地展示了GSM/GPRS/UMTSL/LTE核心网发展历程。

• 3G核心网分为电路交换(CS)域和分组交换(PS)域;
• 4GLTE核心网为演进的分组核心网(EPC):IP多媒体子系统(IMS)在分组域上提供VoIP业务，以及呈现、组管理和多媒体会议等业务;
• LTE时代语音解决方案有CSFB和VoLTE;
• 5G网络基于SDN/NFV实现网关控制转发分离、按需可定制、网络切片等

UMTS R99 CS核心网基本与GSM核心网相同，UMTS R4 CS核心网实现呼叫控制和承载的分离。UMTS PS核心网基本与GPRS核心网相同。R5以后，UMTS核心网的电路域不再有发展，而发展变化是以IMS为核心在分组域展开的。分组域除了承担原有的提供分组数据业务以外，还需要为IMS提供承载。即3GPP R5后，UMTS核心网由CS、PS、IMS组成。R8开始了LTE和SAE的标准化，LTE核心网不再有电路域，只有分组域EPC,语音业务可以通过分组域上的IMS业务网提供。

核心网架构演进

2G核心网

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。

2.5G核心网

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。

SGSN：Serving GPRS Support Node，服务GPRS支持节点。

GGSN：Gateway GPRS Support Node，网关GPRS支持节点。

3G核心网

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。

4G核心网

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。

5G核心网

5G核心网彻底颠覆4G的网络架构，支持网络切片、网络功能虚拟化、动态配置网络等。

（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

核心网演进思路

核心网协议栈

3G UMTS R99接口和协议体系

UMTS R99协议体系中分为核心网CS接口协议、核心网PS接口，如表2.1 UMTS-CS接口及协议和表2.2 UMTS-PS接口及协议

4G EPC接口和协议栈

LTE核心网接口协议分为控制面和用户面。图5-5是控制面协议栈，图5-6是用户面协议栈。

5G 5GC接口和协议栈

附录

3G->4G->5G：一张图看懂核心网演进史

参考文献

[1] 《移动通信核心网 庞韶敏著》

[2] 核心网的演变以及基于服务的5G核心网网络架构

[3] 5G核心网基础知识

[4] 3G→4G→5G：一张图看懂核心网演进史