5G网络长啥样?一文简单读懂

2020-02-22 22:13 admin

不管是2G、3G、4G还是5G,移动通信网络主要由两个子系统组成:无线接入网(RAN)和移动核心网。

RAN负责管理无线部分,以高效利用频谱资源,并满足用户的服务质量需求。RAN的关键组件叫基站,2G时代的基站叫BTS,3G叫NodeB,4G叫eNB,5G叫gNB。

为数据和语音服务提供Internet连接确保连接的QoS质量要求管理用户移动性,以确保服务不中断计费核心网

当你拿起手机上网时,基站会为你的手机建立无线信道连接。这个过程主要分为控制面连接和用户面连接两部分。控制面承载信令或控制消息。用户面,也叫数据面或转发面,承载数据流量。

首先,基站会在手机和核心网的控制面之间建立“控制面”连接,并在两者之间转发信令消息,这些消息包括手机身份验证、注册、移动性管理等。

5G组网架构分为NSA和SA。在NSA架构下,5G基站依然连接4G核心网;在SA架构下,5G基站独立连接5G核心网。因此,我们先来看一下4G核心网架构。

4G核心网叫EPC,主要由MME、HSS、PCRF、SGW和PGW组成。其中,MME、HSS、PCRF为控制面,SGW和PGW包含用户面。

4G核心网可根据地理位置灵活部署,比如将MME和PGW部署于中心城市,而将SGW部署于小城市。

首先,5G核心网的控制面和用户面彻底分离,这使得用户面UPF可灵活下沉,并与边缘计算(MEC)一起分布式部署于更接近用户侧的边缘,从而可降低网络时延,使能低时延5G应用。

其次,也是更大的改变,5G核心网采用基于服务的架构(SBA)设计,其通过云原生、无状态的VNF(虚拟化网络功能)和共享的数据层让5G核心网更加弹性、高效和灵活,以满足包括eMBB、mMTC、URLLC多样化5G用例。还能通过微服务进行网络切片,从而为各行各业提供定制化切片服务。

简单的说,SBA=网络功能服务+基于服务的接口。NFV从传统软硬件一体化的专用电信设备中解耦出虚拟化的、软件化的网络功能(NF),代替了传统物理网元,而现在要进一步把NF分解为多个“网络功能服务”。NF可通过“基于服务的接口”由多个模块化的“网络功能服务”组成。

AMF(接入和移动性管理功厦门食堂承包能),负责终端的移动性和接入管理,包括接入、连接、移动性管理,以及鉴权、位置服务等。大致对应原4G EPC中MME的移动性管理部分。

SMF(会话管理功能),负责会话管理功能,包括IP地址分配、QoS控制、转发路由控制等。大致对应原4G EPC中MME的部分功能+S/PGW的控制面部分。

UDM(统一数据管理),管理用户数据,包括用户标识、用户签约数据、鉴权数据等,大致对应EPC的HSS的部分功能。

NEF(网络开放功能),类似于4G核心网中的SCEF(Service Capability Exposure Function),其通过API接口将业务能力开放给第三方服务商,以创新商业价值。只不过,与SCEF不同,NEF通过SBI以总线方式与所有NF相连,且两者开放的API功能也存在差异。

NRF(网络功能库),负责对网络功能服务注册登记、状态监测等,实现网络功能服务自动化管理、选择和可扩展,并允许每个网络功能发现其它网络功能提供的服务。

UPF(用户面功能),负责在无线接入网和Internet之间转发流量、报告流量使用情况、QoS策略实施等,对应4G EPC中的S/PGW的用户面。

RRC(无线资源控制),运行于无线接入网的控制面,作为无线资源控制层,RRC负责连接管理、接入控制、状态管理、系统信息广播等功能,但不负责在用户面上处理用户数据包。

PDCP(分组数据汇聚协议),负责压缩和解压缩IP报头,加密和完整性保护等。值得一提的是,在NSA组网模式下,PDCP层负责4G基站和5G基站之间的数据分流和聚合。

如上所述,由于MAC层负责实时调度无线资源,因此DU需与RU就近部署(1ms以内)。一种典型的部署方式是,DU和RU共站部署;针对校园、工厂、商城等场景,一个DU可服务多个分布式的RU。

这样一来,无线接入网的回传分为三部分:前传、中传和回传。RU和 DU之间是前传,DU和CU之间是中传,CU到核心网是回传。

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