小型化核心網，究竟會帶給我們什麼？

• 2019 年 10 月 5 日
• 筆記

眾所周知，移動通信網絡通常由接入網、承載網和核心網三部分組成。而核心網，是整個網絡最核心的那一部分。

作為整個網絡的控制中心，核心網的作用和功能非常龐大且複雜——所有用戶的數據，存放在核心網；所有用戶的權限，都由核心網控制；所有用戶的開機關機停機，也都是核心網在負責；用戶之間的通話，由核心網負責接續；用戶使用數據業務上網，也是最終通過核心網連入Internet。。。

如果將移動通信網絡比作是一個人，那麼核心網就是這個人的「大腦」，控制和管理着一切。由此可見核心網的重要性。

在不同的時代，核心網有不同的設備和架構。

2G時代，核心網主要包括MSC和HLR兩個網元（網絡單元、節點）。

MSC，就是Mobile Switching Center，移動交換中心。它是當時核心網的最主要設備。

HLR，是Home Location Register，歸屬位置寄存器。HLR和用戶身份有關，存儲了用戶的數據，用於鑒權。

我們來看看當時的網絡架構圖：

2G網絡架構

注意：VLR是一個功能實體，但是物理上和MSC是同一個硬件設備，所以畫在一起。HLR/AUC也是如此，AUC是Authentication Center（鑒權中心）。

2G時代，我們只能打電話發短訊，並不能上網。MSC這樣的網元設備，我們稱之為CS電路域（Circuit Switched，電路交換）核心網設備。

到了2.5G時代，我們為了讓手機能夠上網（訪問Internet），就搞出了GPRS。GPRS是General Packet Radio Service，通用分組無線業務，它的作用，就是為手機提供數據（上網）服務。

像這種用於數據上網業務的設備，我們稱之為PS分組域（Packet Switched，分組交換，包交換）核心網設備。

到了3G時代，這種網絡架構逐漸成型。整個核心網的架構，變成了這樣：

（為了簡單，HLR等網元沒有畫出）

到了4G時代，核心網又發生了進一步的演進。主要的變化發生在PS分組域。為了提供更強大的業務能力，PS設備進一步升級。升級的結果是，SGSN變成MME，GGSN變成SGW/PGW。

4G核心網的架構，變成了這樣：

4G LTE網絡架構

（注意，基站裏面的RNC沒有了，為了實現扁平化，功能一部分給了核心網，一部分給了eNodeB）

MME：Mobility Management Entity，移動管理實體

SGW：Serving Gateway，服務網關

PGW：PDN Gateway，PDN網關

在3G到4G的過程中，出現了一類新的設備——IMS。它的作用，是取代傳統CS（也就是MSC那些），提供更強大的多媒體服務（語音、圖片短訊、視頻電話等）。

在硬件方面，從1G到4G，所有的核心網設備都是由設備商自己研發的硬件平台來實現的。也就是說，這些核心網設備都是獨特的，專有的。

加上核心網複雜的軟件功能以及極高的可靠性要求，就導致核心網設備具有很高的技術門檻。全球只有少數幾家主流設備商具備核心網產品的研發和製造能力。

核心網產品的成本和售價，長期以來也居高不下。

但是現在情況發生了很大的變化。

隨着通信技術的發展，核心網的各個網元設備都在不斷進行演進。整體的演進趨勢，就是解耦和分離。也就是說，各個設備之間的分工開始清晰，每個功能都有明確的設備來負責。

核心網網元功能的分離和解耦

這樣一來，人們就開始考慮，將每個設備變成一台服務器，由服務器上面的軟件，實現核心網的不同功能。

於是，就提出了虛擬化的做法。

所謂虛擬化，就是網元功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）。

說白了，硬件上，直接採用HP、IBM等IT廠家的x86平台通用服務器（目前以刀片服務器為主，節約空間，也夠用）。

軟件上，設備商基於Openstack這樣的開源平台，開發自己的虛擬化平台，把以前的核心網網元，「種植」在這個平台之上。

網元功能軟件與硬件實體資源分離

5G時代的核心網，就將採用虛擬化的方式實現。

5G核心網的網元，其實就是一個又一個的功能個體。每個個體，單獨提供服務。這種架構，被稱為SBA架構（Service Based Architecture，即基於服務的架構）。

紅色虛線內為5G核心網

簡而言之，5G核心網就是模塊化、軟件化。

虛擬化給核心網帶來了很多好處。雖然核心網的網元看上去很多，但是，所依託的硬件都是在虛擬化平台裏面虛擬出來的，相互之間是「隔離」的。這樣一來，非常容易擴容、縮容，也非常容易升級、割接，可以大大節約資源，也非常有利於降低維護難度和成本。

核心網虛擬化還帶來一個好處，就是為核心網設備的小型化、輕量化提供了可能。

簡單來說，你可以通過一台普通的X86服務器，實現核心網的相關功能。而不用再像以前一樣，採購設備商們動輒幾百萬幾千萬的核心網專有硬件。

核心網小型化的應用場景非常廣闊，舉例來說，可以包括：

• 中小型電信運營商

一直以來，對於中小型電信運營商（國外此類運營商數量較多）來說，購買核心網設備是一筆巨大的資金支出。

大型運營商因為無線基站等設備採購金額巨大，所以核心網設備通常會由設備商贈送。而對於小運營商，基站採購數量較少，金額不高。所以無法獲得免費贈送的核心網設備。但是沒有核心網又不行，所以只能付費購買。

如果採用虛擬化核心網，成本和價格低很多，資金壓力也將大幅下降。

• 政企專網用戶

包括電力、鐵路、公安、石油、港口等在內的專網通信項目，也離不開核心網。這類項目數量龐大，在各個行業領域都有應用。他們對容量要求不高，低成本、業務靈活的小型化核心網很符合這類用戶的需求。

• 高校和科研院所

出於人才培養和科學研究的需要，高校或科研單位通常也會積極建設移動通信實驗室環境。

以前搭建通信實驗室，最難搞定的就是核心網。單個基站和天饋系統價格只需要數萬元，傳輸設備也可以簡單實現。但核心網的話，一般都要上百萬。這是很大的資金門檻，也困擾了很多高校和科研機構。

小型化核心網將是他們的福音。

• 搶險救災、應急保障

核心網小型化，在搶險救災等特殊場景下，也能夠會發揮重要的作用。

例如，某地如果發生自然災害，導致傳輸網絡中斷，地區基站和省會核心網連接中斷，將導致業務受阻。此事，如果有小型化帶基本功能的核心網設備部署在當地，就可以保證業務的基本運行，滿足基本的通信需求。

對於海外很多採用衛星進行回傳的運營商網絡，核心網小型化也可以起到相同的作用。但衛星線路中斷時，本地的小型化核心網可以最大限度保證當地通信的暢通。

綜上所述，核心網小型化擁有非常廣闊的應用前景，市場潛力巨大。

目前，國內已經有企業開始利用虛擬化帶來的機會，進入核心網產品的研發和製造領域。

其中有代表性的，就是位於廣東深圳的深圳千通科技有限公司。這家公司是一家移動通信整體解決方案提供商，主要產品是2G/3G/4G基於虛擬化技術的低成本低功耗的小型核心網。其小型核心網及增值服務系統已經在國內和海外多個國家和地區部署，客戶包括中小運營商，MVNO運營商，高校科研院所等，為客戶提供穩定優質的服務。目前正在積極研發5G網絡設備和核心軟件，進展順利，有望很快提供基於SA架構的5G核心網以滿足市場需求。

千通科技的小型化核心網商用項目現場

隨着5G網絡建設的不斷深入，越來越多的5G行業應用將會落地。這也就意味着，不管是運營商網絡，還是專網通信網絡，都會對核心網有大量的需求。核心網將不再是以前的「王謝堂前燕」，而是會飛入「平常百姓家」。

小型化核心網將憑藉自身靈活機動、易於部署的特點，迎來寶貴的發展機遇！