5G核心网介绍

核心网（Core ）主要包括交换机/路由器及其他具有某些功能实体的网元，通常安装在电信运营商的机房中，是通信网络的管理中枢，负责将接入网与其他网络连接在一起，并管理、分发网络中的数据。

核心网产品系列相对较多，从最早 2G的移动交换中心（只有语音和短信业务）到4G后期运营商通过建设IMS来部署VoLTE网络，使得用户端进行语音通话时不再需要回落到 2G/3G 网络，等待时间降低，用户体验得到大幅提升。

核心网络系统一般包括数据域业务和语音媒体业务两部分：

数据域业务由数据核心网（2G/3G/4G/5G）提供，实现用户数据从基站到数据网络的接入和转发服务；

语音媒体业务建立在数据域业务基础之上，由 IMS核心网提供用户的媒体呼叫接续服务。

5G核心网络系统示例架构如下图所示：

图15G 核心网络系统示例架构

5G 核心网属于数据流转的枢纽，负责处理分发数据。作为以 IDC（数据中心）为基础设施的，云原生的网络，5G 核心网主要采用 SBA（ Based ）架构，是基于云的通信服务架构。通过将核心网模块化、软件化，5G 能更好地适配低时延、大带宽、广l连接三大应用场景的需求。

5G核心网的关键技术主要包括 SDN（ ，即软件定义网络）、NFV（ ，即网络功能虚拟化）和网络切片，从功能角度上讲，NFV 将传统硬件功能软件化，SDN 将硬件本身进行分离管理。5G 核心网通过切片来实现网络功能模块化，从而匹配各应用场景的使用需求。

5G核心网云化有利于5G生态的扩展和网络应用的多样化，加速 5G应用创新和运营服务交付，更敏捷、更弹性地满足新时代多样化应用需求。随着5G-A时代即将到来，运营商将以软件为中心，加快构建一个虚拟化的、全云化的网络，满足高可靠低时延通信和大规模机器连接等新业务需求。这些新的应用场景，将为核心网市场带来更大机遇。

根据组网模式的不同，5G 组网模式可划分为 SA 和 NSA 两种：

SA是的缩写，是5G独立组网模式，从核心网到基站均使用 5G 技术，低延时体验更佳。

NSA是5G非独立一对多的组网模式，即一个核心网带两种基站。5G组网安置在4G基础设施中，4G基站和5G基站共存，保持4G核心网不变，通过将基站变更为5G基站来实现5G网络。

在时延方面，NSA模式下，5G和4G核心网互通，架构更为复杂，导致时延高；SA模式架构较为简单，因而时延会更低。在速率方面，SA 模式下行速率略高于 NSA 模式，上行方面 SA 模式优势则更加明显，无论上下行速率均为 SA 模式更快。

5G愿景是万物互联，因此在4G基础上重新定义了两个场景：海量机器互联和低延时通信。海量互联需要超大带宽，低时延能够带来远程控制，这二者都依赖于 SA组网的发展，未来SA将会在无人驾驶、智慧安防，智慧医疗等领域发挥重要作用。总的而言，基于两种组网模式自身的特点，SA 模式将是未来 5G 发展的主流。

SDN

软件定义网络简称 SDN，是由美国斯坦福大学 Clean-Slate 课题研究组提出的一种新型网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式。它主要指将传统网络重新定义设计，通过软件进行硬件的集中式管理。SDN主要是利用核心技术 ，将数据转发与网络控制进行分离，将网络管理权利由控制层面负责，通过控制层面的软件平台对底层的硬件进行控制与编程，实现网络资源根据业务进行灵活调配。SDN 的核心技术主要表现在网络能力开放化（网络可编程，网络功能服务化发展）和控制逻辑集中化（数据转发与控制分离，网络控制集中化管理）。

作为一种新的网络技术与架构，SDN 正成为通信行业改变现有僵化的网络体系架构、适应产业发展的关键技术之一。SDN 的分层解耦，接口标准化以及接口开放，打开了原本封闭的通信设备市场，为更多厂商进入网络设备领域创造了条件。SDN 促进了 IT 技术与CT 技术的融合，拉近了业务与网络应用的关系，在激发业务创新的同时，建立了更加丰富的产业生态。同时，SDN 分层解耦还打破了原有设备供应商与系统集成商的垄断，使网络运营商有更高的自由度与器件供应商合作研发，与设备供应商达成更深层次的战略合作。

SDN 软件定义网络，促进了通信行业在技术、产业、业态、模式等方面的新一轮变革，也持续推动电信运营商的软件化转型。

图2SDN在新技术、新产业、新业态、新模式等方面的发展情况

自 2012 年 SDN 商用元年以来，SDN 完成了从小规模实验网络向商用网络部署的重大跨越，全球对 SDN技术的应用探索不断推进，呈现加速发展态势。2015年始，云计算进入高速发展阶段，云计算市场规模呈现爆发式增长。而作为云计算的重要网络架构，SDN 应用场景不断增多。数据中心、电信运营企业等积极采用 SDN 优化网络服务，提升用户体验。2016 年以来，中国三大电信运营商中国电信、中国移动和中国联通相继公布 SDN战略规划，同时积极公布 SDN 招标项目，通过采用 SDN 技术产品，简化网络部署，增强网络灵活性与协调性，提升网络资源利用效率，这进一步推动了 SDN 行业发展。

图3中国三大电信运营商 SDN 战略布局概览

NFV

网络功能虚拟化（ ，NFV）是一种关于网络架构的概念。平时使用的 x86 服务器由硬件厂商生产，在安装了不同的操作系统以及软件后实现了各种各样的功能。但传统的网络设备并没有采用这种模式，路由器、交换机、防火墙、负载均衡等设备均有自己独立的硬件和软件系统。NFV 借鉴了 x86 服务器的架构，它主要指将网络节点实体设备软件化，通过通用的 X86 服务器和网络虚拟化技术将传统网络硬件设备软件化处理，替代传统网络节点价格较高的通信设备（路由器、负载均衡器、防火墙），并将其虚拟化。NFV 支持业务随需部署，使 5G 网络可以按照客户的需求进行自适应的定制，根据不同网络状态进行自适应的调整。

NFV 架构是欧洲电信标准协会（ETSI）提出的用于定义 NFV 实施标准的一种标准架构。NFV 的理念是将标准化的网络功能应用于统一制式的硬件上。不同于传统物理设备中软件与硬件强绑定的关系，在 NFV 架构中，实现各种网络功能的标准化软件必须能够应用在同一台硬件设备上。这就要求 NFV 需要有一个统一的标准。NFV 架构由基础网络功能虚拟化架构、虚拟网络功能功能、管理自动化及网络编排三个部分组成：

基础网络虚拟化架构（ ，NFVI）

NFVI 就好比各手机厂商推出的手机系统，它给硬件设备赋予基本的组件，支持网络应用所需要的软件或者容器管理平台。

虚拟网络功能（ ，VNF）

VNF 是实现网络功能（转发服务、IP配置等）的软件应用，就好比手机上的 APP。在 NFV架构中，各种 VNF在 NFVI 的基础上实现。由于 NFVI 是标准化的架构，使得不同的 VNF 获得了通用性，不再依赖于原来的黑盒设备。

管理自动化及网络编排（ and ，MANO）

MANO 是用于管理各 VNF 以及 NFVI 的统一框架，方便运维人员进行业务编排与设备管理。

图4 NFV 标准架构

OSS/BSS：服务提供商的管理功能，不属于 NFV框架内的功能组件，但 MANO和网元需要提供对 OSS/BSS 的接口支持。

VNF： ，指虚拟机及部署在虚拟机上的业务网元、网络功能软件等。

NFVI：NFV ，NFV 基础设施，包括所需的硬件及软件。为 VNF 提供运行环境。

：硬件层，包括提供计算、网络、存储资源能力的硬件设备。

Layer：虚拟化层，主要完成对硬件资源的抽象，形成虚拟资源，如虚拟计算资源、虚拟存储资源、虚拟网络资源。NFV 标准架构定义的主要功能模块。

MANO： and ，NFV 的管理和编排。包括 VIM，VNFM及 NFVO，提供对 VNF 和 NFVI 资源的统一管理和编排功能。

VIM： ，NFVI管理模块，主要功能包括：资源的发现、虚拟资源的管理分配、故障处理等。

VNFM：VNF ，VNF 管理模块，主要对 VNF 的生命周期（实例化、配置、关闭等）进行控制。

NFVO：NFV ，实现对整个 NFV 基础架构、软件资源、网络服务的编排和管理。

相较于传统物理网元，NFV 具有以下特点：

图5 NFV 与传统物理网元的区别

NFV 适用于各种网络解决方案，目前使用较多的包括 SD-WAN、网络切片、移动边缘计算等。由于 NFV 将软件功能与硬件设备进行了解耦，随着标准化架构的完善，NFV 带来了诸多优势：

适应灵活的业务（ ）

在服务器上运行不同的 VNF，当网络需求变更时，根据需求变更和移动 VNF 即可，加快了网络功能交付和应用的速度。在测试新的网络功能时，无需建立专门的实验环境，只需请求新的虚拟机来处理该请求，当服务停用时释放该虚拟机即可，为网络功能测试提供了更便捷的方法。

成本更低（Less ）

使用 NFV 后，网络通信实体将变为虚拟化的网络功能，这使得单一硬件服务器上可以同时运行多种网络功能，从而减少了物理设备的数量，实现了资源整合，降低了物理空间、功耗等带来的成本。但由于从传统设备切换为 NFV 在初期的投入较大，短期内的投资回报比并不比传统的物理网元具有足够的优势。

实现更高的资源利用率（ ）

当网络需求发生变化时，无需更换硬件设备，避免了复杂的物理变更，通过软件重组快速更新基础网络架构，避免由业务变更带来的设备冗余和搬迁需求。

避免供应商锁定（Avoid Lock-in）

在统一制式的硬件上部署不同的网络功能，避免了某种功能被特定的供应商锁定，降低了网络设备维护带来的服务费用。

基于传统网络，NFV 结合 SDN 与 AI 技术，将促进业务与技术的深度融合，通过软件定义进一步释放网络的潜在价值，构建一个更加敏捷、人性化、业务导向的 IT 新生态。目前，NFV 技术已率先在互联网、金融、政府、高校、园区、城域网、广域网等领域广泛落地应用，特别是在移动网络的核心网中，采用 NFV 化进行部署已经成为行业主流选择。

网络切片

网络切片是一种新型网络架构，在同一个共享的网络基础设施上提供多个逻辑网络，每个逻辑网络服务于特定的业务类型或者行业用户。每个网络切片都可以灵活定义自己的逻辑拓扑、SLA 需求、可靠性和安全等级，以满足不同业务、行业或用户的差异化需求。

随着 5G和云时代多样化新业务的涌现，不同的行业、业务或用户对网络提出了各种各样的服务质量要求。例如，对于移动通信、智能家居、环境监测、智能农业和智能抄表等业务，需要网络支持海量设备连接和大量小报文频发；网络直播、视频回传和移动医疗等业务对传输速率提出了更高的要求；车联网、智能电网和工业控制等业务则要求毫秒级的时延和接近 100%的可靠性。因此，5G 网络应具有海量接入、确定性时延、极高可靠性等能力，需要构建灵活、动态的网络，以满足用户和垂直行业多样化业务需求。

面对以上需求，网络切片技术应运而生，通过网络切片，运营商能够在一个通用的物理网络之上构建多个专用的、虚拟化的、互相隔离的逻辑网络，来满足不同客户对网络能力的差异化要求。

图65G 网络切片示例

5G端到端网络切片包括无线接入网络切片、移动核心网络切片和 IP承载网络切片。其中无线接入网和移动核心网的网络切片架构和技术规范由 3GPP 进行定义，IP 承载网络切片的架构和技术规范主要由 IETF、BBF、IEEE、ITU-T 等标准组织定义。

网络切片技术是 5G 区别于 4G 的关键技术之一，通过切片技术，将整个网络变成多个专网，为业务提供可编排、可隔离的网络，在提高网速、承载更多应用与海量连接的同时，也大大降低了运营商不同业务类型的建网成本。此外，切片技术提供可高度定制化的网络功能，通过切片 ID 标识，为不同用户提供相应的切片权限。网络切片是移动网络运营商进一步扩大潜在市场的重要机遇。利用网络切片技术，移动网络运营商可在同一基础设施中创建并管理多个不同的虚拟网络，并可根据业务需求，高度灵活地单独配置每个切片，以支持特定客户应用对不同服务水平的要求。这不但可以降低建设多张专网的成本，还将促进运营商转变当前提供简单网络连接解决方案的业务模式，为客户提供更加先进的增值服务，如私有网络、网络运营托管以及定制化隐私与安全解决方案等，从而提升运营商的网络价值和变现能力。此外，移动网络运营商还可以选择向第三方开发商开放自身的独立组网平台（类似于云服务提供商的做法），从而推动潜在创新应用的开发，助力各行各业的数字化转型。

切片技术目前主要应用于医疗保健、政务应用、物流、能源、制造和多媒体等多个领域，如厦门远海码头 5G 智慧港口业务的成功上线多依赖于切片技术，智能搬运机器人AGV、智能理货等 5G 应用时延保持在 8ms 左右，测试业务无丢包，时延较传统方案降低96％。