从2G到5G，核心网的演进过程和思路解析

从2G到5G，核心网的发展演进过程，以及其中的思路。尤其会重点说一说，马上进入5G时代了，我们的核心网究竟会变成什么样子。

首先我们从2G开始说起吧。

当年小枣君刚刚入职的时候，学习的就是2G核心网。

那时候的核心网设备，是这样的：

中兴2G核心网设备

大大宽宽的机柜，有好几层机框，然后每层机框插了很多的单板。单板很薄很轻，面板是塑料的，很容易坏。

翻了半天电脑，找来一张当时培训机房的珍贵照片

这个设备，名字就叫MSC（Mobile Switching Center），移动交换中心。

我们来看看当时的网络架构图：

2G网络架构

可以看出来，组网非常简单，MSC就是核心网的最主要设备。HLR、EIR和用户身份有关，用于鉴权。

注意：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。

后来，到了2.5G。是的没错，2G和3G之间，还有一个2.5G——就是GPRS。

在之前2G只能打电话发短信的基础上，有了GPRS，就开始有了数据（上网）业务。

于是，核心网有了大变化，开始有了PS核心网。PS，Packet Switch，分组交换，包交换。

红色部分为PS交换

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

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

SGSN和GGSN都是为了实现GPRS数据业务

很快，基站部分跟着变，2.5G到了3G，网络结构变成了这样：

（为了简单，HLR等网元我就没画了）

3G基站，由RNC和NodeB组成。

到了3G阶段，设备商的硬件平台进行彻底变革升级。以中兴设备为例，就从以前2G的V1平台，变成了3G的V3平台。

中兴V3硬件平台机架

机架内部

（单板比2G重，而且面板都是金属的了）

机框后侧

（主要是提供网线、时钟线、信号线接口）

大家不要小看了硬件平台，实际上，就像最开始华为的C&C08、中兴的ZXJ10一样，设备商自家的很多不同业务的设备，都是基于同一个硬件平台进行开发的。不可能每个设备都单独开发硬件平台，既浪费时间和精力，又不利于生产和维护。

稳定可靠且处理能力强大的硬件平台，是产品的基石。

3G除了硬件变化和网元变化之外，还有两个很重要的思路变化。其中之一，就是IP化。

以前是TDM电路，就是E1线，中继电路。

粗重的E1线缆

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。

中兴V3硬件平台上的光纤

第二个思路变化，就是分离。

具体来说，就是网元设备的功能开始细化，不再是一个设备集成多个功能，而是拆分开，各司其事。

在3G阶段，是分离的第一步，叫做承载和控制分离。

在通信系统里面，说白了，就两个（平）面，用户面和控制面。如果不能理解两个面，就无法理解通信系统。

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。

而控制面，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系统，

2G时代，用户面和控制面没有明显分开。3G时代，把两个面进行了分离。

接着，SGSN变成MME，GGSN变成SGW/PGW，也就演进成了4G核心网：

4G LTE网络架构

（注意，基站里面的RNC没有了，为了实现扁平化，功能一部分给了核心网，一部分给了eNodeB）

MME：Mobility Management Entity，移动管理实体

SGW：Serving Gateway，服务网关

PGW：PDN Gateway，PDN网关

演进到4G核心网之前，硬件平台也提前升级了。

还是以中兴为例，开始启用ATCA/ETCA平台（后来MME就用了它），还有xGW T8000平台（后面PGW和SGW用了它，PGW和SGW物理上是一体的）。

中兴ATCA机框

ATCA：Advanced Telecom CompuTIng Architecture，先进电信计算架构

ETCA：enhanced ATCA，增强型ATCA

中兴xGW（T8000）硬件平台

其实就是一个大路由器

在3G到4G的过程中，IMS出现了，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）。IMS，使用的也主要是ATCA平台。

前面所说的V3平台，实际上很像一个电脑，有处理器（MP单板），有网卡（以太网接口卡，光纤接口卡）。而V4的ATCA平台，更像一台电脑了，前面你也看到了，名字就叫“先进电信计算平台”，也就是“电信服务器”嘛。

确切说，ATCA里面的业务处理单板，本身就是一台单板造型的“小型化电脑”，有处理器、内存、硬盘，我们俗称“刀片”。

ATCA业务处理板——“刀片”

（没找到中兴的，只能放个华为的）

既然都走到这一步，原来的专用硬件，越做越像IT机房里面的x86通用服务器，那么，不如干脆直接用x86服务器吧。

于是乎，虚拟化时代，就到来了。

虚拟化，就是网元功能虚拟化（Network FuncTIon VirtualizaTIon，NFV）。

说白了，硬件上，直接采用HP、IBM等IT厂家的x86平台通用服务器（目前以刀片服务器为主，节约空间，也够用）。

软件上，设备商基于openstack这样的开源平台，开发自己的虚拟化平台，把以前的核心网网元，“种植”在这个平台之上。

网元功能软件与硬件实体资源分离

注意了，虚拟化平台不等于5G核心网。也就是说，并不是只有5G才能用虚拟化平台。也不是用了虚拟化平台，就是5G。

按照惯例，设备商先在虚拟化平台部署4G核心网，也就是，在为后面5G做准备，提前实验。

硬件平台，永远都会提前准备。

好了，上面说了5G核心网的硬件平台，接下来，我们仔细说说5G核心网的架构。

到了5G，网络逻辑结构彻底改变了。

5G核心网，采用的是SBA架构（Service Based Architecture，即基于服务的架构）。名字比较好记，呵呵…

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。

单体式架构（Monolithic）→ 微服务架构（Microservices）

这样的变化，会有一个明显的外部表现，就是网元大量增加了。

红色虚线内为5G核心网

除了UPF之外，都是控制面

这些网元看上去很多，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（核心网工程师的福音）。

简而言之，5G核心网就是模块化、软件化。

5G核心网之所以要模块化，还有一个主要原因，就是为了“切片”。

很多人觉得“切片”很难，其实并非如此。

切片，就是“多种人格”。同一样东西，具有不同的特性，以应对不同的场景，也有点像“瑞士军刀”。

5G是一个天下一统的网络，通吃所有用户。设计之初，就需要它应对各种需求。这些需求，被整理为三大应用场景。

eMBB（增强型移动宽带）

人与人之间通信，人类上网，主要用这个。

mMTC（海量物联网通信）

物联网主要用这个。

uRLLC（低时延、高可靠通信）

主要用于智能无人驾驶、工业自动化等需要低时延高可靠连接的业务。

其实说白了，就是人类上网需要很快的网速，车联网、VR/AR需要很低的延时，智能抄表这样的物联网，需要更大的覆盖和更多的连接。5G网络，统统都要满足。

既然网络用途不同，当然要见招拆招。以一个死板的固定网络结构去应对，肯定是不行的。只有拆分成模块，灵活组队，才能搞定。

网络切片

例如，在低时延的场景中（例如自动驾驶），核心网的部分功能，就要更靠近用户，放在基站那边，这就是“下沉”。

部分核心网功能，“下沉”到了MEC

下沉不仅可以保证“低时延”，更能够节约成本，所以，是5G的一个杀手锏。

以上，就是从2G到5G，核心网整个的演进过程和思路。并不难理解吧？

简单概括，就是拆分、拆分、再拆分，软件、软件、更软件。

在将来，核心网的硬件和IT行业的硬件一样。而核心网的软件，就变成手机上面的app一样。