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朋友们大家好，本篇文章是我们新内容的开始，我们本篇进入5GC的学习，希望大家多多支持！

一.核心网的演进

要了解核心网的演进，首先要从核心网的概念开始

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。核心网是很多网元设备的统称，并非特指一种网元设备

那么什么是网元呢？网元简单理解就是网络中的元素，网络中的设备，是网络管理中可以监视和管理的最小单位。

核心网分为移动核心网和固网核心网。固网核心网现在可能距离我们的生活遥远一些，主要指的是各种通过有线接入的网络，比如固定电话就是固网核心网。当然还包括宽带，光纤等等这种网络。

而移动通信里面的核心网，是移动核心网。现在我们先来说一下为什么把核心网称为移动网络的大脑

在电话刚刚出现的时代，所有人拨电话都要拨到控制台，控制台有一个接线员，甲给乙打电话，首先要拨号到控制台，接线员听到甲说，我想给乙打电话，然后接线员左手拿着甲的电话线，右手拿着乙的电话线，把两根电话线接起来，然后甲乙才能互相通话。

而到了现在的时代，两个手机之间要打电话，手机A首先把我要打电话的请求发给基站，基站就类比到电话刚刚出现的时代的控制台，核心网就是中间的接线员，接线员看到控制台显示有人要打电话，就是核心网收到手机A打电话的请求，然后接线员把控制台上的电话线接起来，就是核心网通过基站呼叫手机B，有人给你打电话啦，快来接电话。我们用手机不只是打电话，还有发短信，看电影，聊微信等各种行为也都是要通过核心网进行控制的，所以核心网是移动通信中当之无愧的大脑部分

2G核心网

核心网从2G时代开始出现，然后2.5G，3G，4G，一直演进到现在的5G时代。2G时代我们就可以打电话了，但是2G时代的基站和核心网设备非常笨重，由于当时技术的限制，导致基站和核心网只能使用专用设备，设备体积，重量都非常大，使用或者搬运起来非常不方便，而且2G时代的基站不止有基站收发台，也有基站控制器，2G时代的基站兼任了部分核心网的功能

看这张图片是基站的照片，基站分为宏站和小基站，这张图片是宏站，就是大家在外面经常会看到的“铁塔”，不过铁塔只是用来在高处架设天线，实际起到作用的是铁塔下面的机房里的设备。

然后看核心网部分，从2G时代起，核心网设备就是放在机房里的，这张图片是一个机房，机房里有各种机柜，机柜上放置着核心网的设备。2G时代已经离大家比较遥远了，就不做过多的讲解，但是2G核心网里有几个概念需要掌握一下

比如说VLR和HLR，这个涉及到之后要讲的漫游的概念，“漫游”是移动电话用户常用的一个术语。指的是移动电话的用户在离开本地区或本国时，仍可以在其他一些地区或国家继续使用他们的移动电话。说到漫游，还要了解一个概念，用户归属地，很简单，就是你号码在哪的营业点办的，那个点归属的地区就是归属地，一般以一个城市的完整行政区域为准。比如说你的手机卡在北京办的，你的信息就存储在北京的HLR，也就是原地位置寄存器里，你在北京上网，打电话，就不是漫游。

而漫游指的是，用户离开了这个归属地，到达的新地方，只要不属于归属地，那么这个用户就是漫游了。比如说你带着这张北京的卡去了广州，在广州上网，打电话就需要用到VLR，就是访问位置寄存器，漫游就是这样识别出来的。还有一个重要的概念是PLMN，公共陆地移动网，PLMN由两部分组成，MCC和MNC，MCC是国家码，中国的国家码是460，这个可以理解成从国外给中国打电话时候拨号要添加的+86，是用于区别各个国家的。还有MNC，MNC是移动网络号码，是用来区分运营商的，00、02、04、07是移动的，01、06、09是联通的，比如说你的手机卡的plmn是46000，你的手机上就会显示这是一张中国移动的手机卡。这就等于是你在寄快递时候快递单上面填写的地址，通过地址能查找到你这个人，也就是通过这个plmn能查找到这个运营商

2.5G核心网

2G时代过去之后，首先到达的不是3G，而是2.5G时代，为什么是2.5G呢？因为技术没有完全得到演进，2G应用的是GSM技术，2.5G用的是GPRS技术，3G时代用的是WCDMA技术

GPRS是通用分组无线服务技术的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务，属于第二代移动通信中的数据传输技术。GPRS是GSM的延续。

WCDMA 是宽带码分多址技术的简称，是第三代无线通讯技术。2.5G和2G相比多了一条线路，IP数据网络，因为2.5G时代我们已经可以上网了，不过网速只能传输一些文字数据。看这条IP数据网络的线路，上面有SGSN，是服务GPRS支持节点，还有GGSN，是网关GPRS支持节点，SGSN与GGSN 配合，共同完成移动通信网络分组业务功能

所以在2.5G时代，核心网演进出了电路核心网和分组核心网，分别负责语音业务和数据业务，就是打电话和上网

CS是电路交换，PS是分组交换，电路交换是一旦有数据要传，就建立专门的连接，一直占用。我们打电话时候，就是建立一条专门的连接，在两个人通话没有结束时候，是不会有第三个人进来的。

分组交换是如果有数据要传，就分成几个包，分别送过去，咱们上网时候可以边下载电影，边和其他人聊微信，这就是电路交换和分组交换的不同的应用场景，他们也各有优势和劣势，大家想一下，如果上网使用了电路交换，那么下载电影的同时不能聊微信，这样用起来多麻烦啊，如果打电话使用了分组交换，两个人在通话过程中，乱入了其他人，这几个人电话里聊串台了，这场景将会多么奇怪

3G核心网

2.5G的时代结束后，开始进入3G时代，3G时代基站、核心网依然是专用设备，但是已经开始有了向通用设备转变的趋势，3G时代我们已经可以聊qq啦，可以发送一些文字和表情，图片，也可以看视频啦，我们的业余生活得到了进一步的丰富

4G核心网

3G时代结束后，开始进入4G时代，4G目前广泛地存在于我们的生活中，咱们大部分人的手机都还是4G手机，4G时代的基站和核心网摆脱了笨重的标签，开始进入通用时代。小基站虽然出现在3G时代，但是在4G时代得到进一步完善，真正开启了“把铁塔装进盒子里”的篇章

4G时代，从基站到核心网，不只是名称的改变，信令交互全部以IP为基础，具体说，就是把不同类型的、需要通过链路传输的信息流，统一转换归纳为TCP/IP数据流，通过一套TCP/IP网络传输即可，而不必要为不同的业务建设不同的传输介质和管理平台，就是把所有业务合而为一，这样大幅减少了传输的成本，也使传输速度得到进一步提升。

4G的核心网侧是要着重关注的，4G开始出现了信令面和数据面分离的概念，但是4G并没有分离的很彻底，只是通过PGW这个网元进行了基本的区分。我们来看一下4G的这三个网元，MME，移动管理实体，是3GPP协议4G接入网络的关键控制节点，是手机接入4G核心网的关口所在，MME在4G核心网中负责信令处理部分

SGW，Serving GateWay，服务网关，是移动通信网络EPC中的重要网元。EPC网络实际上是原3G核心网PS域的演进版本，而SGW的功能和作用与原3G核心网SGSN网元的用户面相当，即在新的EPC网络中，控制面功能和媒体面功能分离更加彻底。 PGW，英文全称为PDN Gateway，它类似于GGSN网元的功能，为EPC网络的边界网关

从2G到4G，再到5G时代，核心网的演进主要分为两条思路，第一个是从TDM向IP化演进，TDM是时分复用技术，时分复用技术是一种数字的或者模拟的多路复用技术。使用这种技术，两个以上的信号或数据流可以同时在一条通信线路上传输，其表现为同一通信信道的子信道。但在物理上来看，信号还是轮流占用物理通道的，所以导致使用这种技术的2G到3G的网络速度比较慢

而IP化是把所有业务合而为一，通过一套TCP/IP网络传输，减小了成本，增大了速度。还有一条演进的思路是媒体面和控制面分离解耦，这个概念在4G首次提出，在5G得到了彻底的分离，把用户面和控制面分成两个不同的系统，用户面是用户实际的业务数据，比如音频视频，控制面是核心网内部的管理数据走向的信令

核心网每十年出现一代新技术，2000年进入3G时代，3G的网速大约是300k-800m之间，3G时代出现了移动多媒体业务，也就是看视频，听音乐等。2010年进入4G时代，4G的网速大约是100m-1G，然后现在进入了5G时代，5G的网速大约是1G-20G，更快的网速赋予了5G无限的可能，目前5G时代的愿景是高带宽，低时延，海量连接。未来，我们还会进入6G时代，6G的网速肯定还会得到进一步提升，6G时代的各种新的业务类型尚待各位去寻找，去发现

二. 5G网的介绍

5G核心网，也被称为5GC，依然是手机通过基站接入到核心网中，不过这张图中存在两种不同的基站，gNB是5G基站，ng-eNB是升级过能接入5G核心网的4G基站，目前运营商的网络中存在两种基站的原因是5G时代刚刚起步，有很多4G基站还没能够换成5G基站，只能通过升级来暂时支持5G网络，这里就涉及到了独立组网和非独立组网的概念，在后面我们会详细讲解

5GC核心网的网络架构

核心网是很多网元设备的统称，并非特指一种网元设备，所以核心网是由多种网元组成的，是有自己的网络架构的，这张图片就是基于服务化架构下的5G核心网的网络架构图，当然这些网元不是全部，5G的网元非常多，咱们只讲解重点的部分。

服务化架构中，这些网元连接到了同一条线上，每个网元对外有一个服务化接口，各个网元通过服务化接口向外与其他的网元进行交互。服务化接口是类似微服务化架构的服务注册和服务发现来实现的功能体对外暴露的接口，这种接口只针对于单个功能体，相关功能体通过服务化接口向外与其他的功能体进行交互，而其他的功能体通过该功能体暴露的接口与此功能体进行交互，实际上这种机制提供了一种多对一访问的机制，并且由于采用服务注册和服务发现，相互之间无需相互知道对方地址即可访问

这张不一样的核心网架构图，这是基于参考点架构的核心网网络架构图，参考点类似于传统接口，就是两个不同功能体之间相互约定的互访问接口。这张图中，两个网元之间是有线条连接的，比如说AMF和SMF之间的线上写了N11，这是需要通信的两个网元之间由规范定义了二者唯一的参考点，参考点架构简单、易于交流，但是不具有扩展性。网元之间的参考点都是固定的，如果想调整，只能靠厂家私有方案。这两种架构对比下来，两个功能体之间的参考点一般可以通过一个或更多的服务化接口来代替，从而提供完全相同却更灵活扩展性更好的实现方式

各个网元的功能

既然已经看完了网络架构图，对5G核心网有了最基本的认识，现在我们来讲解一下各个网元的功能。

AMF网元有接入和移动性管理的功能，顾名思义，就是手机想要接入核心网是要受到AMF的控制的，AMF是手机接入核心网的关口所在，在4G中，MME网元具有类似的功能。

SMF具有会话管理的功能，手机接入核心网的同时，会建立起会话，平时咱们给亲朋好友打电话，或者用手机看视频，聊微信，都是要通过会话来实现的，而SMF就是对这个过程进行控制的网元，4G的PGW有部分功能在5G中演变成了SMF。

然后看UPF这个网元，UPF是用户面的功能，就是提到的用户面和控制面分离解耦的概念，两个系统的东西混杂在一起，既不方便使用，效率也低下，分开就即清晰又快捷了。

UPF网元是从4G的PGW网元中拆分开来的，UPF的出现，标志着用户面和控制面的彻底分离。接下来两个网元是NEF和NRF，这两个不经常用到，知道概念即可

UDM的功能是用户数据标识、管理，既然提到了数据管理，那么UDM在5G核心网中就是充当了数据库的功能，和4G中的HSS功能类似。

然后看AUSF这个网元，负责鉴权数据的处理，对人的鉴权就是识别这个人是不是属于这个小区，让不让这个人进来，对手机卡的鉴权也是，识别这张手机卡能不能接入到这个核心网中。

还有PCF是用户策略控制，就是你的手机卡是39元套餐，我的是49元套餐，这些是由PCF进行控制的，PCF功能和4G中的PCRF类似。

最后一个要讲的是NSSF网元，这是5G中一个全新的概念，网络切片。在厨房里，我们可以用刀把菜切片，在核心网中，我们可以用NSSF把网络切片，菜切片之后，可以一部分拿来煮，一部分拿来炒，网络切片之后，可以这部分网络拿来跑视频业务，另一部分网络拿来跑聊天业务，这样大大的提升了效率，所以网络切片用于需要高速率的网络场景中

三.5G核心网的技术特性

5G核心网把原来单个网元多功能拆分成了多个网元单个功能，就等于原本是一个人在做十件事，现在十个人在做一件事，所以5G与之前相比速率得到了非常大的提升

5G有几个关键的技术特性，第一个是数据面与控制面分离，这个概念咱们刚刚讲过，这也为MEC边缘计算奠定了基础

5G核心网第二个技术特性是能够与3G/4G互通，5G具有很高的兼容性，这也是现在能够实现非独立组网的重要技术基础，因为能够互通，所以5G手机能给4G，3G手机打电话。看下边这张图

网络架构图中不止有5G的网元，还有3G，4G的网元，中间还有一些融合的网元，比如说4G和5G应用了同一个数据库，就是UDM和HSS融合，5G手机给4G打电话时候，所有的数据通过同一个数据库存储。同样，UPF和PGW融合，5G的用户面功能通过UPF，4G的用户面功能通过PGW，网元是一代一代演进的，4G也就能够平滑的升级到5G

5G还有一个关键特性是网络切片，比如说在自动驾驶中，每辆车是一个用户，可以在每辆车上放置一个UPF，这样就能在控制第一辆车正常行驶时候控制第二辆车刹车，这里就要用到切片得功能

这就是刚刚说的MEC边缘计算，边缘计算可利用无线接入网络就近提供电信用户IT所需服务和云端计算功能，而创造出一个具备高性能、低延迟与高带宽的电信级服务环境，加速网络中各项内容、服务及应用的快速下载，让消费者享有不间断的高质量网络体验。主要应用于低时延行业，比如说智慧医疗，在远程医疗中需要操控手术刀，如果时延过大，手术刀本应在1cm时候就停止，但是实际切开了1.5cm，这样在精密的手术中是致命的

5G时代早已摆脱了2G时代的笨重的专用设备，已经能够实现软硬件解耦，可以把核心网布置在通用的服务器上，避免专用设备过于笨重，成本过大，难以制造等问题

虚拟化

网络功能虚拟化，指的也是核心网不再依赖于专用的硬件，可以完全以软件的形式存在，可以部署在通用的硬件上

四. 组网

接下来我们要讲今天的另一个重点部分，NSA组网和SA组网

NSA组网是非独立组网，是现在4G基站没有完全替换成5G基站的现行的过渡的组网方式，无论核心网是4G核心网，还是基站是4G基站，只要整个网络中存在任何一部分4G的组件，就要称为非独立组网

而SA组网是独立组网，是5G手机只接入5G网络中，整个网络中不存在4G的任何部分，才能叫做独立组网。当然，5G手机在没有5G基站和5G核心网时候也是能够接入只有4G基站和4G核心网的纯粹的4G核心网中，这也是5G兼容性的体现

SA组网是5G的目标组网方式，而NSA是现行的方式，他们之间有一些区别

SA组网方式中，核心网是且只是5G核心网，而NSA中，核心网可能是4G，也可能是5G。

SA组网中，终端只在5G环境下工作，NSA中，要同时在4G和5G环境下工作，功耗比SA组网方式要大。同时因为NSA中仍存在4G，所以时延和速率是达不到5G SA组网的效果的，而且由于NSA组网要对现有4G基站升级改造，但是之后过渡到SA组网时候，升级改造过的4G基站是全部要换掉的，初期虽然比直接建造5G基站成本低，但是全部更换完毕之后的成本要比直接建造SA组网方式高

五. 5G网核心应用场景

这张图分别是高带宽，低时延，海量连接的应用场景，高带宽可以用于VR，AR，低时延用于远程医疗，海量连接用于智慧城市等场景。5G还有一个概念是TSN，就是时间敏感性网络，主要就是指低时延方面，目前3GPP没有对TSN做具体的定义，等到这个部分定义完毕之后，5G能够在更多领域得到更广泛的应用

行业应用：

• 大部分的5G应用在于工业互联网和物联网，具有很明显的垂直行业、个性化、局域化特点，对网络安全、数据保密等有更大的要求
• 和4G时代的规模化统一大平台有很大的不同，千行百业的行业需求标准化、小型化、轻量化、可高度定制的核心网设备产品
  

比如说铁路上用于列车；电力行业上用于控制检修无人机，能够大大提升效率，也减少检修工人的危险作业；矿井下正常是没有信号的，可以在矿井下布置5G核心网，让井下工人能够与地面通信，实时联系，危险时候能够及时预警；还有教育就是咱们现在正在做的事情，可以用于学校实验室研究或者学习；还有专用保密通信领域，比如说卫星通信