客服中心：010-864897213g→4g→5g：一张图看懂核心网演进史
2021/7/27 15:15:32
3g→4g
3gpp诞生于1998年，旨在对第三代（3g）移动通信网络进行技术规范。1999年，3gpp基于2g系统发布了首版标准release 99。在release 99中，核心网分为电路交换域和分组交换域两部分。
电路交换域主要包括msc（mobile switching center，移动交换中心）和gmsc（ msc gateway，msc网关），分别负责承载传统用户呼叫与外部基于电路的网络的接口。为了使能3g支持广泛的互联网多媒体应用，3gpp还设计了一个分组交换域来承载用户数据，其包括sgsn（serving gprs support node，服务gprs支持节点）和ggsn（gateway gsn，网关gsn），sgsn是负责移动性、会话管理和计费的实体，ggsn负责确保和管理与外部分组交换网络（例如internet）的连接。
此外，eir（equipment identity register，设备标识寄存器）、hlr（home location register，归属位置寄存器），和auc（authentication center，鉴权中心）是电路域和分组域共享的实体，包含了每个订阅的用户设备 (ue) 的所有管理信息，还负责连接规则以及信息和数据保护。
2009年，为了更好的支持移动互联网广泛普及，以及支持更多的用户连接和数据流量，3gpp发布了4g首版标准release 8。
release 8提出了分组交换系统的标准，称为epc（evolved packet core，演进分组核心）。在这个新架构中，所有的服务（比如语音、数据和短信）都由ip协议驱动，这意味着传统电路交换域从核心网中消失了。
传统msc 和 eir 的功能被合并到mme（mobility management entity，移动管理实体）中，mme负责移动宽带网络的鉴权、漫游和会话管理等。hss（home subscriber server，归宿用户服务器）可以当成是3g系统的hlr和auc的合并和演进，是存储所有网络用户信息的数据库。s-gw（serving gateway，服务网关）具有3g系统中的sgsn的一些功能，其在切换过程中充当移动锚点，并负责路由用户的数据包。pdn-gw（packet data network gateway，分组数据网网关）结合了gmsc 和 ggsn 的功能，其连接s-gw，也是与外部基于ip的网络的互联节点，负责数据包过滤、合法拦截和ip地址分配等。此外，pcrf（policy and charging rules function，策略与计费规则功能单元）是一个软件组件，是业务数据流和ip承载资源的策略与计费控制策决策点。
4g核心网cups
为了更灵活的支持不断增长的数据流量，为了让核心网更具模块化和可扩展性，3gpp在release 14版本中提出了一种称为cups的新架构，即cp（控制面）与up（用户面）分离（control and user plane separation）。在cups架构下，控制面和用户面可以独立扩展。基于cups架构，pdn-gw分离为pgw-c和pgw-u，s-gw分离为sgw-c和sgw-u。此外，tdf（traffic detection function，流量检测功能）也被分拆为tdf-c和tdf-u两部分。
4g→5g
随着nfv（网络功能虚拟化）和sdn（软件定义网络）技术不断发展，以及为了支持5g端到端网络切片，进入5g时代，核心网再次发生了变革。主要体现在两个方面：一、支持全虚拟化架构，原来3g和4g中的网元实体演变为软件化的网络功能；二、除了支持传统4g核心网网元实体的演进，还引入了控制和操作网络切片的相关功能。
传统mme被分拆为三个新功能：amf（access and mobility management function，接入和移动性管理功能）、smf（session management function，会话管理功能）、udm（unified data management，统一数据管理）。amf负责注册、连接和可达性管理以及接入认证与鉴权。udm和ausf还分担了传统hss的职责。smf负责会话管理，并承接了传统pgw-c和 sgw-c的所有功能。upf是pgw-u、sgw-u和tdf-u中所有功能的组合。此外，4g pcrf实体中的策略和计费规则由pcf提供。
一个网络切片至少需包含amf、smf、pcf、ausf、udm和upf这些基本功能，同时，为了控制和操作每个切片，3gpp还提出了一些新功能：nef（network exposure function，网络开放功能），负责将网络事件和能力安全地开放给其他功能和第三方网络；nssf（network slice selection function，网络切片选择功能），负责为终端选择网络切片；udsf（unstructured data storage function，非结构化数据存储功能），负责非结构化数据信息的存储和检索；nwdaf（network data analytics function，网络数据分析功能），切片负载分析，切片自动化；chf（charging function，计费功能），在线和离线计费；nrf（network repository function，网络存储库功能），提供“服务注册”，“服务授权”和“服务发现”功能；udr（unified data repository，统一数据存储库），负责用户和策略结构化数据的存储和检索；lmf（location management function，位置管理功能），测量用户、下行链路和上行链路位置……
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