李辉　李姮

【摘 要】本文对移动通信系统历代核心网的发展进程予以探究，归纳核心网不断迭代演进的规律及发展方向。通过对当前网络存在的局限性进行分析，阐明移动通信系统向5G核心网“微服务”架构演进的必然及其技术特点。

【关键词】核心网;局限性;5G;微服务架构

中图分类号： TN915.02文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）29-0142-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.29.066

Research on the Evolution of Mobile Core Network

LI Hui LI Heng

（Teaching Practice Department， Guilin University of Electronic Technology， Guilin Guangxi 541004， China）

【Abstract】This paper explores the development process of core network in mobile communication system in past dynasties， and Summarize the evolving rule and development direction of core network. By analyzing the limitations of the current network， this paper expounds the necessity and technical characteristics of 5G core network evolution to Service Based Architecture”.

【Key words】Core Network; Limitations; 5G; Service Based Architecture

0 引言

縱观移动通信技术飞速发展的40余年，其影响早已渗透到社会生产、生活的方方面面。40多年的发展历程中，移动通信系统已从第一代跃进到第四代。移动核心网也在迭代演进的过程中历经网元拆分、功能分化等变革，朝更适于宽带传输的扁平架构演进。但随着移动互联网与物联网的高速发展，多样且差异化的用户需求不断高涨，致使传统核心网的弊端日渐凸显，亟须更高效、更智能的新一代核心网络的技术支撑。基于此，将ICT技术充分融合的5G核心网走入人们的视线，为移动通信系统的进一步发展指明了方向。

1 传统核心网的演进历程

从移动核心网这么多年的发展来看，以语音业务为主导的架构渐向为以数据业务为主导的架构变革的过程即为核心网演进的实质。

1.1 GSM/GPRS核心网

基于传统TDM电路交换的GSM系统，最为核心的网元即为MSC，其功能是对所覆盖区域中的移动台进行控制和完成话路接续，提供面向其他功能实体和网络的接口。MSC将控制、承载、业务全部集中在设备内，因此系统拓扑结构相对简单，可对整网进行协调调度，统筹管控极为方便。但由此也带来一些限制，由于控制、承载不分家导致系统灵活性及扩展性极差，不能根据话务吸收点来灵活部署节点，不便于有针对性地对系统升级优化，不利于新业务的拓展。

GSM最初的定位仅针对移动电话业务，对数据业务的支撑并不好。随着互联网的飞速发展，市场对高速移动通信系统的需求与日俱增，而电路式数据通信业务最高的传输速率仅为9.6Kbps，传输速率过慢使人难以接受。迫于用户对移动数据业务的需求，GPRS通用分组无线业务）被引入GSM网络，即在GSM的架构上叠加分组交换网，增加SGSN和GGSN两个功能节点，SGSN负责移动性管理、接入控制和路由选择等功能;GGSN负责提供GPRS PLMN与外部PDN的接口。由此，语音业务和数据业务各行其道，通信系统的数据通信能力得到了强化。由于GPRS的发展阶段介于2G与3G之间，因此也称其为2.5G。

1.2 3G核心网

移动通信系统发展到第三代，软交换技术被应用到移动核心网CS域。核心网元MSC被拆分为MSC Server和MGW两个功能实体，两者之间采用H.248/Megaco协议互通，实现了呼叫控制与承载的彻底分离。由于MGW可以独立于MSS进行部署，使得组网更灵活，系统扩容升级更有针对性，从而大大降低了成本的投入，优化了网络结构。再者，用户对移动多媒体业务的需求，使传统TDM电路交换不在适于宽带网络的发展，从核心网至整网的IP化推进，有效提升了网络利用率，扁平化网络架构，同时也为核心网的持续平稳演进奠定了基础。随着软交换机在核心网的应用，设备商的通用硬件平台也有了长足的发展，设备更为简洁，硬件的需求可随着软件版本的升级而改变，能够更好地满足电信设备的定制要求。

PS域是第三代移动通信技术提出的概念，依然是在2.5G的架构上实现，只是功能有所扩展和增强。3G室内、室外和行车环境下传输速率分别为2Mbps、384kbps以及144kbps，对于用户来说体验速度并不高，但互联网在3G时代得到了迅猛发展，反之也激发了用户对移动通信系统的更多需求，推动移动通信系统的不断迭代。

1.3 LTE核心网

EPC是LTE网络PS域的核心网，相比GPRS架构有了巨大的变化。具体来说，SGSN将控制面和数据面拆分为MME和SGW;GGSN变为PGW。由此，EPC子系统的控制与承载完成了拆分。eNodeB通过S1-MME接口连到MME上，完成UE的移动性管理;通过S1-U接口连到SGW实现路由和数据的转发。其中基站控制系统功能被eNodeB与SGW共同取代，实现了网络的进一步扁平化。LTE最大的传输速率是100Mbps，是2G网络的1000倍，3G网络的50倍，更进一步满足了用户数据业务的需求。从近几十年来看，LTE是发展最为迅速的网络，4G用户占有率持续升高。用户业务的多样化、种类繁多的终端都刺激数据流量的飞速增长，同时也激发用户对更为灵活、更为高效、更加智能的新一代无线通信系统的渴求。

2 LTE核心网的局限性

除开移动互联网及物联网的高速发展带来的市场推动力外，LTE核心网日渐暴露的局限性[1]也促使网络的进一步发展。一方面，EPS在核心网将用户面与控制面进行了分离，但分割并不彻底，仅完成了移动性功能的分离，控制功能分散在MME、SGW和PGW中。这一弊端，使得网关设备的用户面与控制面耦合度高，有针对性的扩容难以实现，必须同步进行。

另一方面，用戶面功能过于集中，尤为体现在PGW上。PGW除为UE分配IP地址外，还承担着PCRF选择、基于PCRF进行QoS处理、路由和数据转发和过滤、计费信息的收集等功能，以致PGW结构复杂、风险集中;且PGW作为UE与外部网络通信的唯一出入口，易成为数据传输的瓶颈。再者，EPC系统的网元功能与设备捆绑，很难对基于各设备商研发的专用网络设备进行功能的合并，系统灵活性很差。

3 5G核心网

随着海量终端的接入及物联网业务的蓬勃发展，传统核心网已日渐力不从心满足不了新形势下各种业务的差异化需求，迫切需要更为灵活、智能、高效的新一代核心网的技术支撑。5G移动网摒弃传统核心网的不足，将IT思想融入核心网架构的变革中，通过SBA、CUPS、网络切片等技术实现5G核心网“万物互联”的整体愿景。

SBA（基于服务的架构）：基于云原生的思想，将4G核心网网元以网络功能模块为单元进行功能重构，模块间的耦合度低可独立进行升级及弹性伸缩，网络可根据需要进行能力组合及功能调用，使网络更具灵活性。

CUPS：5GC的主要网元为AMF（接入和移动性管理功能）、SMF（会话管理功能）、UPF（用户面功能）。与4G网元相比，AMF+SMF共同完成MME+SGW+PGW控制面功能;UPF完成SGW+PGW用户面功能。由此，5G核心网的控制面与用户面实现了彻底分离，控制面集中化，用户面可根据需要进行分布式部署。

网络切片：网络切片是5G区别4G的一个显著核心技术。其在通用的虚拟化平台上，利用虚拟化技术在通用硬件设备上虚拟出多个逻辑网络，每一个逻辑网络对应一种定制业务，从而满足未来不同应用场景的部署。

4 结束语

历代移动核心网架构演进的规律，究其根本是控制、承载、业务的分分合合[2]。即将商用的5G移动通信系统也是如此，5G核心网通过控制面、数据面分离，控制面软件化实现本地流量分流、灵活路由的功能;通过通用硬件平台的软件与硬件的解耦，实现网络的可扩展性。基于核心技术的支撑，5G核心网的SBA架构将使新一代无线通信系统更具灵活性、开放性和可创新性。

【参考文献】

[1]杨峰义，谢伟良，张建敏.5G无线网络及关键技术[M].北京：人民邮电出版社，2017.

[2]陈学良，李丹.大话核心网[M].北京：电子工业出版社，2017.