5G网络整体架构

我们都知道，移动通信网络主要包括无线接入网，承载网络，以及核心网络，从而完成对于业务的接入，传输以及控制，5G通信网络当然也不例外。

5G的核心网简称NGC，主要包括信令控制平面功能网元，和用户转发平面功能网元，以及一些配套的核心网功能网元。

gNodeB分别通过NG-C和NG-U接口对接核心网的控制面和用户面。

5G的无线网络简称NG-RAN，只有基站一种设备。5G基站简称为gNodeB，gNodeB通过Xn接口互联

位于无线网络和核心网络中间的这段承载网络，就是5G承载网，组要负责传输无线和核心网交互的数据。

5G终端通过新的空中接口NR（New Radio）接入5G网络，从而实现各种业务的接入。

5G网络不仅基于各种新的应用服务于个人消费者，同时也会服务于各种垂直行业客户，而网络运营商也不会干预沦为管道，也会基于5G网络提供新业务，所以基于移动互联网+移动物联网的5G网络会成为一个面向消费者，垂直行业，以及网络运营商的统一平台。

如此，为能够灵活适配客户差异化的业务场景和需求，对5G网络架构将提出新的要求及挑战。对于不同的行业需求，5G一张网络需要支持多种业务场景下的差异化服务质量需求，所以5G网络需要非常强的灵活性。

不同的垂直行业需要安全性的保证，所以5G网络各业务之间需要良好的隔离性。

另外，作为5G网络运营商，要求5G网络易于部署和维护，并进一步实现基于互联网架构的自动化运维和运营，所以5G网络还需要具有统一性和开放性。

要同时满足上述要求，5G网络架构必须实现云化，于是基于云的网络架构应运而生。基于云的5G移动通信网络，分别在核心网引入网络功能虚拟化(NFV)架构，承载网引入软件定义网络（SDN）架构，无线接入网引入云化无线接入网（Cloud RAN）架构，重构5G网络架构，灵活适配5G网络的各种业务场景和需求，以实现“一个物理网络，承载千百行业”的目标。

5G网络的全云化趋势和技术：

1. 核心网架构

架构特性一，NFV（网络功能虚拟化）

传统的核心网呈现烟囱式结构，各厂商采用专用硬件，成本高，资源无法共享，同时软硬件合一，扩容复杂，新业务部署周期长

而5G网络要求实现多场景业务的灵活部署，不同垂直行业用户对于端到端网络资源的差异化逻辑切分，都是目前烟囱式结构无法解决的。

面对5G网络的业务需求，以及网络运营商降低设备采购成本，提升资源利用率，新业务敏捷上线等要求，核心网云化是必由之路

NFV（Network Functions Virtualization）网络功能虚拟化：通过虚拟化技术把网络设备的软件和硬件解耦，设备功能以软件形式部署在统一通用的基础设施上，从而实现网络功能，提升运维效率，增强系统灵活性。

这就好比今天的智能手机，所有的智能手机底层硬件架构都是通用的ARM处理器，基于这个通用的硬件，用户可以选择安装不同的App，来提供不同的应用功能。

架构特性二，CPUS（控制面用户面分离）

传统的核心网设备，控制面（CP）和用户面（UP）没有做到完全分离，比如3G时代，核心网PS域主要由SGSN和GGSN设备构成，但是这两个设备同时都处理控制信令和业务数据，根本没有做控制面与业务面的分离。

4G时代核心网EPC主要由MME SGW和PGW等设备构成，相对比3G，4G核心网出现了纯控制面设备MME，但是SGW和PGW不是纯用户面设备，比如PGW同时还要给手机分配IP地址，而这个动作就属于控制面功能，也就是说4G时代的核心网也没有真正做到控制面和用户面完全分离。

为什么5G核心网设备非得要实现控制面和用户面分离？原因很简单，我们把用户面分离出来，可以部署在更加靠近用户的接入节点，从而改善用户面时延。

传统的核心网设备，控制面和用户面功能没有分离，所以核心网设备只能放在省会级城市，这样就造成了基站距离核心网设备很远，有些省份这个距离甚至会超过500km，从而造成了很大的传输时延。而这一点是完全不符合5G低时延业务场景的需求，不然uRLLC业务。

为了降低这个时延，我们就想到了把核心网的控制面设备和用户面设备分开，进而把核心网用户面网关设备下沉到各个地市的DC机房安装，这样一来，基站到核心网网关的距离就大幅缩短了，从而大幅降低端到端业务时延。

比如针对车联网V2X业务，我们会把5G核心网用户网关UPF下沉到地市Edge DC机房进行安装部署，让车辆到服务器的距离缩短到10公里范围，从而降低车辆网的时延到毫秒级，这样自动驾驶才更安全。

架构特性三，SBA（基于服务的架构）

5G核心网还有一个特点，SBA，即网络功能模块化，每个网元只干一样事情，不同的业务可以按需选择不同的网络功能，就好比去餐馆吃饭，传统的网络提供的都是套餐，但是套餐里面的配菜并不是每个人都喜欢的。而今后的5G网络提供的是点餐服务，每个人可以根据不同口为需求选择自己喜欢吃的菜品。

5G核心网采用这种模块化设计有什么好处呢？这么设计最大的好处是方便功能裁剪，比如在设计物联网功能切片的时候，由于大部分物联网终端都是静止不动的，所以“移动性”这个功能就不需要，而且大部分物联网业务对网络带宽和时延都没有特殊要求，即不需要QoS保障，所以“策略控制”和“QoS执行”功能也不需要，最后所有这些不需要的功能网元都可以做裁剪，

所以有了SBA特性可以做到基于业务的需求灵活进行功能裁剪，快速实现网络部署。

2. 承载网架构SDN（软件定义网络）

随着IT技术的发展，传统的大型机软硬件一体化逐渐演化到今天的硬件/操作系统/应用的分层结构，在IP传输网络上，SDN也在进行着同样的事情，把网络分层/虚拟化，更重要的是让它越来越简单。

SDN核心思想“控制和转发分离”/“软件应用灵活/可编程”正源于PC手机领域的变革，也必将在IP传输网络领域掀起更大风暴。

5G核心网和5G无线网络云化，主要是基于业务驱动，而5G承载网的云化主要是基于技术驱动。

SDN的核心技术是将网络设备控制面与数据面分离，并把控制面集中部署到一套服务器中，称为SDN控制器，所以SDN的本质是给网络构建一个集中的大脑，通过全局视图和集中控制，实现全局流量和整体最优，是网络架构的变革。

SDN网络基于集中控制可以简化运维，实现网络流量自动化调度，提高网络利用率，通过API接口提供网络开放能力，大幅降低业务部署上线时间，为5G网络的各种业务场景提供基于差异化QoS的IP传输网络切片能力。

3. 无线网架构- Cloud RAN（云化无线接入网）

随着5G的快速发展，以及NFV技术的使能，无线网路进入全面云化时代，在传统网络中，我们会在无线站点上部署一个基带处理设备BBU，而5G时代，无线基站BBU在目标架构中将分为两部分，CU集中单元（Centralized baseband units）和DU分布式单元（Distributed radio units）。分离后，DU将仍然放在无线站点上，CU设备会集中部署到数据中心，CU部分处理对时间不敏感的非实时（NRT）基带数字信号，比如小区负载的控制；DU部分处理对时间敏感的实时（RT）基带数字信号，比如无线资源的分配。CU和DU通过标准化F1接口实现传输互通。