5G技术（三）——核心网

1. 5G技术（三）——核心网

姓名：安鑫 学号：17050110007 学院：物理与光电工程学院
  
 引自：
  
 https://blog.csdn.net/istrangeboy/article/details/103341433
  
 【嵌牛导读】核心网关键技术主要包括：网络功能虚拟化（NFV）、软件定义网络（SDN）、网络切片和多接入边缘计算（MEC）。
  
 【嵌牛提问】核心网的关键技术具体是什么？
  
 【嵌牛鼻子】核心网关键技术
  
 【嵌牛正文】
  
 5G网络技术主要分为三类：核心网、回传和前传网络、无线接入网。本文介绍核心网技术。
  
  
 
                                          
 
  
  
 1 网络功能虚拟化（NFV）
  
 NFV，就是通过IT虚拟化技术将网络功能软件化，并运行于通用硬件设备之上，以替代传统专用网络硬件设备。NFV将网络功能以虚拟机的形式运行于通用硬件设备或白盒之上，以实现配置灵活性、可扩展性和移动性，并以此希望降低网络CAPEX和OPEX。NFV要虚拟化的网络设备主要包括：交换机（比如Open vSwitch）、路由器、HLR（归属位置寄存器）、SGSN、GGSN、CGSN、RNC（无线网络控制器）、SGW（服务网关）、PGW（分组数据网络网关）、RGW（接入网关）、BRAS（宽带远程接入服务器）、CGNAT（运营商级网络地址转换器）、DPI（深度包检测）、PE路由器、MME（移动管理实体）等。 NFV独立于SDN，可单独使用或与SDN结合使用。
  
 2 软件定义网络（SDN）
  
 软件定义网络（SDN），是一种将网络基础设施层（也成为数据面）与控制层（也称为控制面）分离的网络设计方案。网络基础设施层与控制层通过标准接口连接，比如OpenFLow（首个用于互连数据和控制面的开放协议）。 SDN将网络控制面解耦至通用硬件设备上，并通过软件化集中控制网络资源。控制层通常由SDN控制器实现，基础设施层通常被认为是交换机，SDN通过南向API（比如OpenFLow）连接SDN控制器和交换机，通过北向API连接SDN控制器和应用程序。SDN可实现集中管理，提升了设计灵活性，还可引入开源工具，具备降低CAPEX和OPEX以及激发创新的优势。
  
 3 网络切片（Network Slicing）
  
 5G网络将面向不同的应用场景，比如，超高清视频、VR、大规模物联网、车联网等，不同的场景对网络的移动性、安全性、时延、可靠性，甚至是计费方式的要求是不一样的，因此，需要将一张物理网络分成多个虚拟网络，每个虚拟网络面向不同的应用场景需求。虚拟网络间是逻辑独立的，互不影响。只有实现NFV/SDN之后，才能实现网络切片，不同的切片依靠NFV和SDN通过共享的物理/虚拟资源池来创建。网络切片还包含MEC资源和功能。
  
 4 多接入边缘计算（MEC）
  
 多接入边缘计算（MEC），就是位于网络边缘的、基于云的IT计算和存储环境。它使数据存储和计算能力部署于更靠近用户的边缘，从而降低了网络时延，可更好的提供低时延、高宽带应用。MEC可通过开放生态系统引入新应用，从而帮助运营商提供更丰富的增值服务，比如数据分析、定位服务、AR和数据缓存等

2. 5g核心网采用什么网络架构

5G无线架构及接口介绍

3. 5g的三大核心技术

5G的三大核心技术分别是SBA、CUPS和网络切片。什么是SBA？SBA（ServiceBasedArchitecture），即基于服务的架构。它基于云原生构架设计，借鉴了IT领域的“微服务”理念。众所周知，传统网元是一种紧耦合的黑盒设计，NFV（网络功能虚拟化）从黑盒设备中解耦出网络功能软件，但解耦后的软件依然是“大块头”的单体式构架，需进一步分解为细粒度化的模块化组件，并通过开放API接口来实现集成，以提升应用开发的整体敏捷性和弹性。为此，业界提出了基于CloudNative的设计原则。CloudNative的使命是改变世界如何构建软件，其主要由微服务架构、DevOps和以容器为代表的敏捷基础架构几部分组成，目标是实现交付的弹性、可重复性和可靠性。微服务就是指将Monolithic（这个词太难传神翻译了，本文翻译成单体式应用程序）拆分为多个粒度更小的微服务，微服务之间通过API交互，且每个微服务独立于其他服务进行部署、升级、扩展，可在不影响客户使用的情况下频繁更新正在使用的应用。正是基于这样的设计理念，传统网元先是转换为网络功能（NF），然后NF再被分解为多个“网络功能服务”。SBA=网络功能服务+基于服务的接口。网络功能可由多个模块化的“网络功能服务”组成，并通过“基于服务的接口”来展现其功能，因此“网络功能服务”可以被授权的NF灵活使用。其中，NRF（NFRepositoryFunction，NF贮存功能）支持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。CUPSCUPS（ControlandUserPlaneSeparation），即控制与用户面分离。目的是让网络用户面功能摆脱“中心化”的囚禁，使其既可灵活部署于核心网（中心数据中心），也可部署于接入网（边缘数据中心），最终实现可分布式部署。事实上，核心网一直沿着控制面和用户面分离的方向演进。比如，从R7开始，通过DirectTunnel技术将控制面和用户面分离，在3GRNC和GGSN之间建立了直连用户面隧道，用户面数据流量直接绕过SGSN在RNC和GGSN之间传输。到了R8，出现了MME这样的纯信令节点。只是到了4.5G和5G时代，这一分离的趋势更加彻底，也更加必要。其中一大原因就是，为了满足5G网络毫秒级时延的KPI。光纤传播速度为200km/ms，数据要在相距几百公里以上的终端和核心网之间来回传送，显然是无法满足5G毫秒级时延的。物理距离受限，这是硬伤。因此，需将内容下沉和分布式的部署于接入网侧（边缘数据中心），使之更接近用户，降低时延和网络回传负荷。网络切片5G服务是多样化的，包括车联网、大规模物联网、工业自动化、远程医疗、VR/AR等等。这些服务对网络的要求是不一样的，比如工业自动化要求低时延、高可靠但对数据速率要求不高；高清视频无需超低时延但要求超高速率；一些大规模物联网不需要切换，部分移动性管理对之而言是信令浪费等等，为此5G要像一把瑞士军刀一样，多功能满足差异化的网络服务。于是，我们就要把网络切成多个虚拟且相互隔离的子网络，分别应对不同的服务。当然，这么灵活的切片工作岂是传统大块头的黑盒设备能担当的，自然要虚拟化、软件化，再将网络功能进一步细粒度模块化，才能实现灵活组装业务应用。因此，3GPP就确认了由中国移动牵头26家公司提出的SBA构架为5G核心网基础构架。

4. 5G网简介

 最近有机会查看了有关5G网的内容。对于移动通讯完全不懂的小白来说一切都很陌生和茫然。   几天的摸索，整理了“皮毛”内容，希望像我这样的小白有帮助...^^
   我们先了解一下，5G网络中网元(NE)是什么？   网元由一个或多个机盘或机框组成， 能够独立完成一定的传输功能。   简单的说， 5G网络是由多个网元(Network Element)组成。每个网元有各自的功能。      5GS就是指5G System，是所有的5G网元的统称。包含基站（NG-RAN）+核心网（5GC）。   网元可以分很多种，有物理网元，逻辑网元，等效网元数等。 【基站】也是一个网元 。
   1G ~ 5G 时代的 基站叫法都不一样，这里简单的整理了一下。
   1G: 基站叫Base Station，简称BS。   2G: 基站名称升级为Base Transceiver Station，简称BTS，也叫基站收发信台。   3G: 到了这个时候，改名为NodeB，简称NB(牛逼？)，其字面含义就是“B节点”。如果这里的B是指基站的话，NodeB的含义是“基站节点”。   4G: 4G技术叫LTE(长期演进)，基站叫eNodeB(演进的NodeB，简称eNB), 核心网叫EPC（演进的分组核心网）。在3G网络的名词上加个“evloved”, 就成了4G。   5G: g代表“next Generation”，就是下一代NodeB的意思。因为NB前面加一个字母，选择了“gNB”。
    NR(New Radio) : 指的是5G的无线空口技术。比4G的空口技术：E-UTRA相比，5G的空口技术是新的空口技术，因此得名“新空口”。    gNB : 5G标准的基站叫gNB。    en-gNB : 和4G核心网对接的5G基站，就叫en-gNB。    ng-eNB : 和5G核心网对接，升级之后的4G基站就叫ng-eNB。
   看下图  【无线接入(NG-RAN)】  和  【5GC(核心网)】  的关系。
    图片备用地址      
                                           
   5GC(5G Core Network)是5G移动网络的核心。
   5G核心网主要的网元有AMF、SMF和UPF，目前UPF一般放在需求方，及在地市或县城，AMF和SMF一般集中在省公司。   下面是几个常见的网元介绍。   (其实我也不知道具体是干嘛的？ 下面的名词没必要细看，我也只是为了记录....^^;;)
    AMF ：Access and Mobility Management Function， 接入和移动性管理功能 ，执行注册、连接、可达性、移动性管理。   为UE和SMF提供会话管理消息传输通道，为用户接入时提供认证、鉴权功能，终端和无线的核心网控制面接入点。    SMF ：Session Management function， 会话管理功能 ，负责隧道维护、IP地址分配和管理、UP功能选择、策略实施和QoS中的控制、计费数据采集、漫游等。    UPF ：The User plane function， 用户面功能 ，分组路由转发，策略实施，流量报告，Qos处理。   类似于4G中sgw和pgw用户面功能。    UDM ：The Unified Data Management， 统一数据管理功能 ，3GPP AKA认证、用户识别、访问授权、注册、移动、订阅、短信管理等。    AUSF ：Authentication Server Function， 认证服务器功能 ，实现3GPP和非3GPP的接入认证 。    PCF ：Policy Control function， 策略控制功能 ，统一的政策框架，提供控制平面功能的策略规则。    NRF ：NF Repository Function， 该功能是一个 提供注册和发现功能的新功能 ，可以使网络功能（NF）相互发现并通过API接口进行通信。    NSSF ：The Network Slice Selection Function， 网络切片选择 ，根据UE的切片选择辅助信息、签约信息等确定UE允许接入的网络切片实例。    NEF ：Network Exposure Function， 网络开放功能 ，开放各NF的能力，转换内外部信息。用于边缘计算场景。
   说起无线网有个公式需要理解。
   其中光速是固定的，所以 波长和波频是反比 的关系。   ？？？ 这跟无线网有什么关系呢？？？
   无线网数据传输速度是跟波频有关， 波频快，速度也快 。   这么一来 波长就会相对应的变短 。
   波长短，原本1个基站覆盖的范围需要要N多个基站来覆盖。   而且波长短，对障碍物的躲避能力也下降。    直接的影响就是信号差 。
   为了解决这个问题，除了宏基站，还出现了很多的微基站。   尤其是城区和室内，你只要细心的观察经常能看到。
   我个人觉得，一个领域的技术发展都会遇到一个瓶颈。   有可能是 5G 也有可能是 6G 7G ...   好比家用的汽油车的车速已经很久没有太多的上升。   比起速度大家关心的是安全性，舒适性，时尚性等等...
   提速遇到瓶颈，往后大家会不会更看重的是周边的生态发展呢？   还是量子通信技术的崛起，会淘汰现在的模式？   谁知道呢？^^
   欢迎大家的意见和交流
    email: li_mingxie@163.com 

5. 5g与芯片的关系

 5g和芯片是同一个概念吗 ？5g芯片与纳米芯片关系 ？ 5g芯片和4g芯片的区别 5G芯片什么意思？ 5g需要哪些芯片？5g芯片是什么做的。

今天的通信是由计算、存储、传输形成的一个体系，要做好5G，无论是基站还是手机，都需要芯片。中国的芯片和世界一流水平相比还是有较大的差距，有很多我们需要奋起追赶的地方。那么，5G芯片到底哪个国家最强呢？

要搞清楚这个问题，首先得了解5G网络哪些地方需要芯片。核心网络的管理系统，需要计算芯片，也需要存储芯片，而基站等众多设备需要专用的管理、控制芯片。与此同时，手机需要计算芯片、基带芯片和存储芯片，未来大量的5G终端还需要感应芯片。这是一个庞大的体系，而在这一方面，中国与全球顶级水平还有较大的差距。

（1）计算芯片：在服务器、核心网、基站上需要计算芯片，可以理解成CPU。英特尔是华为最重要的供应商，也是中兴最重要的供应商，除了少数服务器芯片中国有一定的产品外，绝大部分计算芯片都是美国企业称霸世界。

（2）存储芯片：无论是服务器还是云，都需要大量存储，5G的高速度、大流量自然需要存储。如今的智能手机，存储器早已经从原来的16GB大幅扩容，64GB都只是基本配置。存储芯片目前还是美国、韩国、中国台湾居于主导地位。中国大陆也有多家企业在存储领域发力，但想在市场上占据主导地位，还需要努力一段时间。相信未来5年，中国企业在这一领域会有较大作为。

（3）专用芯片：除了计算、存储这些通用芯片之外，在5G通信基站及相关设备上，还会有一些专用芯片，这个领域依然还是美国占据优势。除了英特尔、高通这样的企业外，还有大量的企业生产各种专用芯片。中国是这些美国企业最大的市场。欧洲也有一些企业生产专用芯片。中国在这一领域也有了较大进步，海思、展锐、中兴微电子等企业都在设计和生产专用芯片。可以说该领域各国企业各有所长，不像计算芯片那样被美国企业垄断。

（4）智能手机芯片：移动通信最重要的终端就是智能手机，智能手机芯片，不仅要进行计算，还要进行专门的处理，比如GPU进行图像处理，NPU进行AI处理，因此智能手机芯片必须尽量做到体积小、功耗低。

（5）感应器：5G是智能互联网时代，除了计算、存储、控制芯片之外，感应器是半导体领域的新机会。目前，在智能手机上已经有大量感应器，而5G智能终端中的感应器会更多，能力会更强。在这一新兴领域，不少国家都加入到争夺中，目前很难分出高下，除了恩智浦等大型半导体公司，还有大量中小企业希望有所作为，而日本的村田制作所等企业也有一定优势。

6. 5g核心网的网元包括哪些

5G核心网的网元有以下几种：
1、AMF：Access and Mobility Management Function，接入和移动性管理功能，执行注册、连接、可达性、移动性管理。为UE和SMF提供会话管理消息传输通道，为用户接入时提供认证、鉴权功能，终端和无线的核心网控制面接入点。
2、SMF：Session Management function，会话管理功能，负责隧道维护、IP地址分配和管理、UP功能选择、策略实施和QoS中的控制、计费数据采集、漫游等。
3、UPF：The User plane function，用户面功能，分组路由转发，策略实施，流量报告，Qos处理。类似于4G中sgw和pgw用户面功能。
4、UDM：The Unified Data Management，统一数据管理功能，3GPP AKA认证、用户识别、访问授权、注册、移动、订阅、短信管理等。
5、AUSF：Authentication Server Function，认证服务器功能，实现3GPP和非3GPP的接入认证 。

6、PCF：Policy Control function，策略控制功能，统一的政策框架，提供控制平面功能的策略规则。
7、NRF：NF Repository Function， 该功能是一个提供注册和发现功能的新功能，可以使网络功能（NF）相互发现并通过API接口进行通信。
8、NSSF：The Network Slice Selection Function，网络切片选择，根据UE的切片选择辅助信息、签约信息等确定UE允许接入的网络切片实例。
9、NEF：Network Exposure Function，网络开放功能，开放各NF的能力，转换内外部信息。用于边缘计算场景。

7. 简述核心网在2G-5G的发展

  差异化、多样化的服务的实现核心也是依托核心网的演化。 
   电话时期的核心网，即连接两部电话的中间部分。通信网络不断推演，网络开始分层，架构开始复杂，于是有了 网元（Net Element，NE) ——具有某种功能的网络单元实体。
   并且，应该开始识别、管理用户——及只有被认证的合法用户才能登录。   因此，多出很多和用户相关的用于 认证、授权、和记账功能 的网元设备。
   无线通信、2G，3G，4G，5G时期，核心网相应随之变化。
   
                                           
   2.5G时期，即 GPRS（General Packet Radio Service) 通用分组无线服务 时期。   此时，有了数据上网业务。有了PS核心网，即Packet Switch，分组交换/包交换。   分组交换不再占用通道，而是一个接一个的发送数据包。
   2G推演到3G，基本定型成如下结构：
                                           4G时期，即LTE时期，PS分组域升级为LTE网络，支持上网（数据业务）。
                                           LTE替换PS之后，正常情况下，我们就是用2/3G的CS网络打电话，用4G的LTE网络上网。
                                           此时，3GPP用IMS（IP Mutimidium SubSystem)取代CS电路域，包括电话业务。理想4G LTE网络演变成了如下结构：
                                           IMS+LTE网络使得用户可以同时打电话上网，被称为VoLTE。是最完美的LTE语音解决方案。
   5G时期，数据业务LTE被5G NR（New Radio）取代，电话业务依然是IMS方案，VoLTE被VoNR取代。
   将"基站"比喻为"学生"；将"核心网"比喻为"老师"。NSA（非独立组网）便是一个老师带领两个班学生（一个核心网带两种基站）；SA（独立组网）则是一个老师带领一个班学生（一个核心网配一种基站）。
   NSA非独立组网=4G核心网|5G核心网+4G基站+5G基站，一对多；   SA独立组网=5G核心网+5G基站，一对一。
   NSA是 5G先发的主要选择 ，SA 5GC是 网络演进的终极目标    
                                           
   5G的三大应用场景
                                           为了达到5G多样化、差异化的诉求，分类管理，灵活部署迫在眉睫， 网络切片 应运而生。
                                           网络切片达到了：端到端的按需定制和良好的隔离性。
                                           要想实现网络切片， NFV（Net Functions Virtualization)网络功能虚拟化是先决条件 ，如对核心网切片时，NFV将软硬件部分从传统网元设备分离，硬件部分统一部署，软件部分由不同的NF网络功能承担，灵活组装业务需求。
   附：相关知识点
   MME：MME（Mobility Management Entity）
   SGW：Serving GW
   PGW：PDN Gateway（Packet Data Network）
   含义
   (1) MME是一个信令实体，主要负责移动性管理、承载管理、用户的鉴权认证、SGW和PGW的选择等功能；
   (2) SGW终结和E-UTRAN的接口，主要负责用户面处理，负责数据包的路由和转发等功能，支持3GPP不同接入技术的切换，发生切换时作为用户面的锚点；对每一个与EPS相关的UE，在一个时间点上，都有一个SGW为之服务。SGW和PGW可以在一个物理节点或不同物理节点实现。
   (3) PGW终结和外面数据网络（如互联网、IMS等）的SGi接口，是EPS锚点，即是3GPP与non-3GPP网络间的用户面数据链路的锚点，负责管理3GPP和non-3GPP间的数据路由，管理3GPP接入和non-3GPP接入（如WLAN、WiMAX等）间的移动，还负责DHCP、策略执行、计费等功能；如果UE访问多个PDN，UE将对应一个或多个PGW。