5G核心網介紹

核心網（Core ）主要包括交換機/路由器及其他具有某些功能實體的網元，通常安裝在電信運營商的機房中，是通信網絡的管理中樞，負責将接入網與其他網絡連接在一起，并管理、分發網絡中的數據。

核心網産品系列相對較多，從最早 2G的移動交換中心（隻有語音和短信業務）到4G後期運營商通過建設IMS來部署VoLTE網絡，使得用戶端進行語音通話時不再需要回落到 2G/3G 網絡，等待時間降低，用戶體驗得到大幅提升。

核心網絡系統一般包括數據域業務和語音媒體業務兩部分：

數據域業務由數據核心網（2G/3G/4G/5G）提供，實現用戶數據從基站到數據網絡的接入和轉發服務；

語音媒體業務建立在數據域業務基礎之上，由 IMS核心網提供用戶的媒體呼叫接續服務。

5G核心網絡系統示例架構如下圖所示：

圖15G 核心網絡系統示例架構

5G 核心網屬于數據流轉的樞紐，負責處理分發數據。作為以 IDC（數據中心）為基礎設施的，雲原生的網絡，5G 核心網主要采用 SBA（ Based ）架構，是基于雲的通信服務架構。通過将核心網模塊化、軟件化，5G 能更好地适配低時延、大帶寬、廣l連接三大應用場景的需求。

5G核心網的關鍵技術主要包括 SDN（ ，即軟件定義網絡）、NFV（ ，即網絡功能虛拟化）和網絡切片，從功能角度上講，NFV 将傳統硬件功能軟件化，SDN 将硬件本身進行分離管理。5G 核心網通過切片來實現網絡功能模塊化，從而匹配各應用場景的使用需求。

5G核心網雲化有利于5G生态的擴展和網絡應用的多樣化，加速 5G應用創新和運營服務交付，更敏捷、更彈性地滿足新時代多樣化應用需求。随着5G-A時代即将到來，運營商将以軟件為中心，加快構建一個虛拟化的、全雲化的網絡，滿足高可靠低時延通信和大規模機器連接等新業務需求。這些新的應用場景，将為核心網市場帶來更大機遇。

根據組網模式的不同，5G 組網模式可劃分為 SA 和 NSA 兩種：

SA是的縮寫，是5G獨立組網模式，從核心網到基站均使用 5G 技術，低延時體驗更佳。

NSA是5G非獨立一對多的組網模式，即一個核心網帶兩種基站。5G組網安置在4G基礎設施中，4G基站和5G基站共存，保持4G核心網不變，通過将基站變更為5G基站來實現5G網絡。

在時延方面，NSA模式下，5G和4G核心網互通，架構更為複雜，導緻時延高；SA模式架構較為簡單，因而時延會更低。在速率方面，SA 模式下行速率略高于 NSA 模式，上行方面 SA 模式優勢則更加明顯，無論上下行速率均為 SA 模式更快。

5G願景是萬物互聯，因此在4G基礎上重新定義了兩個場景：海量機器互聯和低延時通信。海量互聯需要超大帶寬，低時延能夠帶來遠程控制，這二者都依賴于 SA組網的發展，未來SA将會在無人駕駛、智慧安防，智慧醫療等領域發揮重要作用。總的而言，基于兩種組網模式自身的特點，SA 模式将是未來 5G 發展的主流。

SDN

軟件定義網絡簡稱 SDN，是由美國斯坦福大學 Clean-Slate 課題研究組提出的一種新型網絡創新架構，是網絡虛拟化的一種實現方式。它主要指将傳統網絡重新定義設計，通過軟件進行硬件的集中式管理。SDN主要是利用核心技術 ，将數據轉發與網絡控制進行分離，将網絡管理權利由控制層面負責，通過控制層面的軟件平台對底層的硬件進行控制與編程，實現網絡資源根據業務進行靈活調配。SDN 的核心技術主要表現在網絡能力開放化（網絡可編程，網絡功能服務化發展）和控制邏輯集中化（數據轉發與控制分離，網絡控制集中化管理）。

作為一種新的網絡技術與架構，SDN 正成為通信行業改變現有僵化的網絡體系架構、适應産業發展的關鍵技術之一。SDN 的分層解耦，接口标準化以及接口開放，打開了原本封閉的通信設備市場，為更多廠商進入網絡設備領域創造了條件。SDN 促進了 IT 技術與CT 技術的融合，拉近了業務與網絡應用的關系，在激發業務創新的同時，建立了更加豐富的産業生态。同時，SDN 分層解耦還打破了原有設備供應商與系統集成商的壟斷，使網絡運營商有更高的自由度與器件供應商合作研發，與設備供應商達成更深層次的戰略合作。

SDN 軟件定義網絡，促進了通信行業在技術、産業、業态、模式等方面的新一輪變革，也持續推動電信運營商的軟件化轉型。

圖2SDN在新技術、新産業、新業态、新模式等方面的發展情況

自 2012 年 SDN 商用元年以來，SDN 完成了從小規模實驗網絡向商用網絡部署的重大跨越，全球對 SDN技術的應用探索不斷推進，呈現加速發展态勢。2015年始，雲計算進入高速發展階段，雲計算市場規模呈現爆發式增長。而作為雲計算的重要網絡架構，SDN 應用場景不斷增多。數據中心、電信運營企業等積極采用 SDN 優化網絡服務，提升用戶體驗。2016 年以來，中國三大電信運營商中國電信、中國移動和中國聯通相繼公布 SDN戰略規劃，同時積極公布 SDN 招标項目，通過采用 SDN 技術産品，簡化網絡部署，增強網絡靈活性與協調性，提升網絡資源利用效率，這進一步推動了 SDN 行業發展。

圖3中國三大電信運營商 SDN 戰略布局概覽

NFV

網絡功能虛拟化（ ，NFV）是一種關于網絡架構的概念。平時使用的 x86 服務器由硬件廠商生産，在安裝了不同的操作系統以及軟件後實現了各種各樣的功能。但傳統的網絡設備并沒有采用這種模式，路由器、交換機、防火牆、負載均衡等設備均有自己獨立的硬件和軟件系統。NFV 借鑒了 x86 服務器的架構，它主要指将網絡節點實體設備軟件化，通過通用的 X86 服務器和網絡虛拟化技術将傳統網絡硬件設備軟件化處理，替代傳統網絡節點價格較高的通信設備（路由器、負載均衡器、防火牆），并将其虛拟化。NFV 支持業務随需部署，使 5G 網絡可以按照客戶的需求進行自适應的定制，根據不同網絡狀态進行自适應的調整。

NFV 架構是歐洲電信标準協會（ETSI）提出的用于定義 NFV 實施标準的一種标準架構。NFV 的理念是将标準化的網絡功能應用于統一制式的硬件上。不同于傳統物理設備中軟件與硬件強綁定的關系，在 NFV 架構中，實現各種網絡功能的标準化軟件必須能夠應用在同一台硬件設備上。這就要求 NFV 需要有一個統一的标準。NFV 架構由基礎網絡功能虛拟化架構、虛拟網絡功能功能、管理自動化及網絡編排三個部分組成：

基礎網絡虛拟化架構（ ，NFVI）

NFVI 就好比各手機廠商推出的手機系統，它給硬件設備賦予基本的組件，支持網絡應用所需要的軟件或者容器管理平台。

虛拟網絡功能（ ，VNF）

VNF 是實現網絡功能（轉發服務、IP配置等）的軟件應用，就好比手機上的 APP。在 NFV架構中，各種 VNF在 NFVI 的基礎上實現。由于 NFVI 是标準化的架構，使得不同的 VNF 獲得了通用性，不再依賴于原來的黑盒設備。

管理自動化及網絡編排（ and ，MANO）

MANO 是用于管理各 VNF 以及 NFVI 的統一框架，方便運維人員進行業務編排與設備管理。

圖4 NFV 标準架構

OSS/BSS：服務提供商的管理功能，不屬于 NFV框架内的功能組件，但 MANO和網元需要提供對 OSS/BSS 的接口支持。

VNF： ，指虛拟機及部署在虛拟機上的業務網元、網絡功能軟件等。

NFVI：NFV ，NFV 基礎設施，包括所需的硬件及軟件。為 VNF 提供運行環境。

：硬件層，包括提供計算、網絡、存儲資源能力的硬件設備。

Layer：虛拟化層，主要完成對硬件資源的抽象，形成虛拟資源，如虛拟計算資源、虛拟存儲資源、虛拟網絡資源。NFV 标準架構定義的主要功能模塊。

MANO： and ，NFV 的管理和編排。包括 VIM，VNFM及 NFVO，提供對 VNF 和 NFVI 資源的統一管理和編排功能。

VIM： ，NFVI管理模塊，主要功能包括：資源的發現、虛拟資源的管理分配、故障處理等。

VNFM：VNF ，VNF 管理模塊，主要對 VNF 的生命周期（實例化、配置、關閉等）進行控制。

NFVO：NFV ，實現對整個 NFV 基礎架構、軟件資源、網絡服務的編排和管理。

相較于傳統物理網元，NFV 具有以下特點：

圖5 NFV 與傳統物理網元的區别

NFV 适用于各種網絡解決方案，目前使用較多的包括 SD-WAN、網絡切片、移動邊緣計算等。由于 NFV 将軟件功能與硬件設備進行了解耦，随着标準化架構的完善，NFV 帶來了諸多優勢：

适應靈活的業務（ ）

在服務器上運行不同的 VNF，當網絡需求變更時，根據需求變更和移動 VNF 即可，加快了網絡功能交付和應用的速度。在測試新的網絡功能時，無需建立專門的實驗環境，隻需請求新的虛拟機來處理該請求，當服務停用時釋放該虛拟機即可，為網絡功能測試提供了更便捷的方法。

成本更低（Less ）

使用 NFV 後，網絡通信實體将變為虛拟化的網絡功能，這使得單一硬件服務器上可以同時運行多種網絡功能，從而減少了物理設備的數量，實現了資源整合，降低了物理空間、功耗等帶來的成本。但由于從傳統設備切換為 NFV 在初期的投入較大，短期内的投資回報比并不比傳統的物理網元具有足夠的優勢。

實現更高的資源利用率（ ）

當網絡需求發生變化時，無需更換硬件設備，避免了複雜的物理變更，通過軟件重組快速更新基礎網絡架構，避免由業務變更帶來的設備冗餘和搬遷需求。

避免供應商鎖定（Avoid Lock-in）

在統一制式的硬件上部署不同的網絡功能，避免了某種功能被特定的供應商鎖定，降低了網絡設備維護帶來的服務費用。

基于傳統網絡，NFV 結合 SDN 與 AI 技術，将促進業務與技術的深度融合，通過軟件定義進一步釋放網絡的潛在價值，構建一個更加敏捷、人性化、業務導向的 IT 新生态。目前，NFV 技術已率先在互聯網、金融、政府、高校、園區、城域網、廣域網等領域廣泛落地應用，特别是在移動網絡的核心網中，采用 NFV 化進行部署已經成為行業主流選擇。

網絡切片

網絡切片是一種新型網絡架構，在同一個共享的網絡基礎設施上提供多個邏輯網絡，每個邏輯網絡服務于特定的業務類型或者行業用戶。每個網絡切片都可以靈活定義自己的邏輯拓撲、SLA 需求、可靠性和安全等級，以滿足不同業務、行業或用戶的差異化需求。

随着 5G和雲時代多樣化新業務的湧現，不同的行業、業務或用戶對網絡提出了各種各樣的服務質量要求。例如，對于移動通信、智能家居、環境監測、智能農業和智能抄表等業務，需要網絡支持海量設備連接和大量小報文頻發；網絡直播、視頻回傳和移動醫療等業務對傳輸速率提出了更高的要求；車聯網、智能電網和工業控制等業務則要求毫秒級的時延和接近 100%的可靠性。因此，5G 網絡應具有海量接入、确定性時延、極高可靠性等能力，需要構建靈活、動态的網絡，以滿足用戶和垂直行業多樣化業務需求。

面對以上需求，網絡切片技術應運而生，通過網絡切片，運營商能夠在一個通用的物理網絡之上構建多個專用的、虛拟化的、互相隔離的邏輯網絡，來滿足不同客戶對網絡能力的差異化要求。

圖65G 網絡切片示例

5G端到端網絡切片包括無線接入網絡切片、移動核心網絡切片和 IP承載網絡切片。其中無線接入網和移動核心網的網絡切片架構和技術規範由 3GPP 進行定義，IP 承載網絡切片的架構和技術規範主要由 IETF、BBF、IEEE、ITU-T 等标準組織定義。

網絡切片技術是 5G 區别于 4G 的關鍵技術之一，通過切片技術，将整個網絡變成多個專網，為業務提供可編排、可隔離的網絡，在提高網速、承載更多應用與海量連接的同時，也大大降低了運營商不同業務類型的建網成本。此外，切片技術提供可高度定制化的網絡功能，通過切片 ID 标識，為不同用戶提供相應的切片權限。網絡切片是移動網絡運營商進一步擴大潛在市場的重要機遇。利用網絡切片技術，移動網絡運營商可在同一基礎設施中創建并管理多個不同的虛拟網絡，并可根據業務需求，高度靈活地單獨配置每個切片，以支持特定客戶應用對不同服務水平的要求。這不但可以降低建設多張專網的成本，還将促進運營商轉變當前提供簡單網絡連接解決方案的業務模式，為客戶提供更加先進的增值服務，如私有網絡、網絡運營托管以及定制化隐私與安全解決方案等，從而提升運營商的網絡價值和變現能力。此外，移動網絡運營商還可以選擇向第三方開發商開放自身的獨立組網平台（類似于雲服務提供商的做法），從而推動潛在創新應用的開發，助力各行各業的數字化轉型。

切片技術目前主要應用于醫療保健、政務應用、物流、能源、制造和多媒體等多個領域，如廈門遠海碼頭 5G 智慧港口業務的成功上線多依賴于切片技術，智能搬運機器人AGV、智能理貨等 5G 應用時延保持在 8ms 左右，測試業務無丢包，時延較傳統方案降低96％。