前段时间一直在做某个城市的5G试点项目，对5G的无线接入网相关技术有了更深入的认识。因此，希望通过无线接入网为线索（行话叫锚点），帮大家梳理一下无线侧接入网 承载网 核心网络的架构主要是接入网络。由于作者研究的不够深入，其他两个网络的许多技术细节主要是帮助每个人开始。
在我们正式解释之前，我想帮助你了解整个网络的网络架构。通过了解整个网络架构，您将很容易理解以下每个网络细节。
这张图分为左右两部分，右边是无线侧网络架构，左边是固定侧网络架构。
无线侧:手机或集团客户可以通过基站接入无线接入网络，在接入网络侧可以通过RTN或者IPRAN或者PTN解决方案解决，信号传输给BSC/RNC。将信号传递给核心网络，核心网络内部的网元通过IP承载网承载。
固网侧：通过接入网接入家客和集客，接入网主要是GPON，包括ONT、ODN、OLT。信号从接入网出来后进入城域网，可分为接入层、汇聚层和核心层。BRAS作为城域网入口，主要作用是认证、鉴定、计费。从城域网出来后，信号到达骨干网，可分为接入层和核心层。移动叫CMNET、电信叫169，联通叫163。
光纤可以在固网侧和无线侧之间传递，主要由波分产品承担。波分产品主要通过WDM SDH的升级版来实现对大量信号的承载，OTN它是一种信号包装协议，可以更好地在波分系统中传输。
最后，信号应通过防火墙到达INTERNET，防火墙主要是一个NAT，实现地址转换。这是整个网络的架构。
看完宏观结构，让我们深入到每一部分，深入解读。
因为当我们的手机打电话或上网时，信号首先到达的是无线接入网络，所以我们从无线接入网络开始。
什么是无线？
首先大家看一下这个简化版的移动通信架构图：
，也就是通常所说的。
简单来说，就是把所有的手机终端都连接到通信网络中的网络。
大家耳熟能详（BaseStation），就是属于。
无线基站
虽然我们从1G开始，历经2G、3G，一路走到4G，它被称为技术的快速发展，但整个通信网络的逻辑结构一直是：手机→接入网→承载网→核心网→承载网→接入网→手机。
通信过程的本质是编码解码、调制解调、加密解密。
要做的事情太多了，各种设备各司其职，完成这些事情。
更新通信标准无非是设备改名或移动位置，功能本质没有变化。
基站系统，甚至整个无线接入网络系统，也是如此。
通常包括一个基站BBU(主要负责信号调制)，RRU(主要负责射频处理)，馈线(连接)RRU天线(主要负责电缆导波与空气中空间波之间的转换)。
基站的组成部分
早期，BBU，RRU以及供电单元等设备塞在柜子或机房里。
基站一体化
后来，变化开始慢慢发生。
怎么变？通信砖家把它们拆了。
第一，就是把RRU和BBU先拆分。
硬件不再放在一起，RRU通常挂在机房的墙上。
BBU有时挂墙，但大部分时间都在机柜里。
机柜里的BBU
再到后来，RRU不再放在室内，而是搬到天线周围(所谓)，即分布式基站，DBS3900年，我们的余承东总无线时负责这一变化的专家。该产品解决了欧洲运营商的刚性需求，为开拓欧洲市场做出了巨大贡献。
天线 RRU
这样，我们的RAN就变成了，也就是(分布式无线接入网)。
一方面，大大缩短了RRU馈线与天线之间的长度可以减少信号损失和成本。
另一方面，它可以使网络规划更加灵活。RRU加天线比较小，想放就放。
说到这里，请注意：。
有时成本比性能更重要。如果一项技术需要花费大量资金，但回报低于支付，则很难得到广泛的应用。
RAN在某种程度上，演进是结果。
在在架构下，运营商仍然要承担巨大的成本。因为它被放置了BBU对于相关配套设备（电源、空调等），运营商仍需租用和建造大量室内机房或方舱。
大量的机房=大量的成本
因此，运营商想出了它这个解决方案。
，意思是，。这个C，它不仅代表集中，还代表其他含义：
相比于D-RAN，C-RAN做得更绝。
除了RRU拉远之外，它把BBU全部集中关押。关在哪里？中央机房（CO，Central Office）。
这一大堆BBU，就变成一个BBU基带池。
C-RAN这样做可以有效地解决上述成本问题。
也许当我们不接触一线业务时，我们总是认为在设备运行后，运营商使用了大量的网络设备维护，但通过早期调查，我了解到运营商支持的最大成本不是通信设备维护，也不是雇佣维护人员，而是电费！
在整个移动通信网络中，基站的能耗比例约为……
在基站，空调的能耗比例约为……
传统机房功耗分析方法
几个小机房都进了大机房
机房少了，租金少了，维修费用少了，劳动力成本也降低了。节约这笔费用，对于经营压力大的运营商来说，简直就是久旱逢雨。
另外，拉远后RRU配天线，可安装在离用户更近的位置。近距离，发射功率低。
低发射功率意味着和。说白了，你的手机会省电，待机时间会更长，运营商会省电省钱！
更重要的是，除了运营商可以省钱外，还可以使用它C-RAN它还将带来巨大的社会效益，减少大量碳排放（CO2）。
另外，分散BBU变成之后，它更强大，可以统一管理和调度，资源配置更灵活！
C-RAN下面，基站实际上是消失的，所有的实体基站都变成了虚拟基站。
所有虚拟基站都在BBU共享基带池中用户的数据收发、信道质量等信息。加强合作关系，实现联合调度。社区之间的干扰已经成为社区之间的合作（CoMP），频谱的使用效率大大提高，用户感知也有所提高。
多点合作传输(CoMP，Coordinated Multiple Points Transmission/Reception)指地理位置上分离的多个传输点，共同参与终端数据(PDSCH)传输或联合接收终端发送的数据(PUSCH)。
此外，BBU既然基带池都在CO(中央机房)，然后，就可以虚拟化了！
虚拟化是网元功能的虚拟化（NFV）。简单地说，以前BBU它是一种特殊的硬件设备，非常昂贵。现在，找个x86服务器，装个虚拟机（VM，Virtual Machines），运行具备BBU功能软件，然后作BBU用啦！
这可以帮助客户节省大量资金，但该技术主要应用于核心网络的网络元。一段时间前，亚马逊每月只销售90美元的核心网络设备，使用该核心技术。让我们留在后面，让我们继续下去聚焦于接入网。
正因为C-RAN这种集中化的方式会带来巨大的成本削减，所以，受到运营商的欢迎和追捧。
到了5G时代，接入网又发生了很大的变化。
在5G网络中，接入网不再是、、这些东西组成了。而是被重构为以下3个功能实体：
-
CU（Centralized Unit，集中单元）
-
DU（Distribute Unit，分布单元）
-
AAU（Active Antenna Unit，有源天线单元）
原BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议和服务。
：BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。
：BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。
简而言之，CU和DU，以处理内容的实时性进行区分。
简单来说，AAU=RRU+天线
如果还不太清楚，我们看一下下面这张图：
注意，在图中，EPC（就是4G核心网）被分为New Core（5GC，5G核心网）和MEC（移动网络边界计算平台）两部分。MEC移动到和CU一起，就是所谓的“下沉”（离基站更近）。
核心网部分功能下沉
之所以要、，根本原因，就是为了满足5G不同场景的需要。
5G是一个“万金油”网络，除了网速快之外，还有很多的特点，例如时延低、支持海量连接，支持高速移动中的手机，等等。
不同场景下，对于网络的特性要求（网速、时延、连接数、能耗...），其实是不同的，有的甚至是矛盾的。
例如，你看高清演唱会直播，在乎的是画质，时效上，整体延后几秒甚至十几秒，你是没感觉的。而你远程驾驶，在乎的是时延，时延超过10ms，都会严重影响安全。
所以，把网络拆开、细化，就是为了更灵活地应对场景需求。
说到这里，就要提到5G的一个关键概念——。
切片，简单来说，就是把一张物理上的网络，按应用场景划分为N张逻辑网络。不同的逻辑网络，服务于不同场景。
不同的切片，用于不同的场景
网络切片，可以优化网络资源分配，实现最大成本效率，满足多元化要求。
可以这么理解，因为需求多样化，所以要网络多样化；因为网络多样化，所以要切片；因为要切片，所以网元要能灵活移动；因为网元灵活移动，所以网元之间的连接也要灵活变化。
所以，才有了DU和CU这样的新架构。
依据5G提出的标准，CU、DU、AAU可以采取分离或合设的方式，所以，会出现多种网络部署形态：
回传、中传、前传，是不同实体之间的连接
上图所列网络部署形态，依次为：
① 与传统4G宏站一致，CU与DU共硬件部署，构成BBU单元。
② DU部署在4G BBU机房，CU集中部署。
③ DU集中部署，CU更高层次集中。
④ CU与DU共站集中部署，类似4G的C-RAN方式。
这些部署方式的选择，需要同时综合考虑多种因素，包括业务的传输需求（如带宽，时延等因素）、建设成本投入、维护难度等。
举个例子，如果前传网络为理想传输（有钱，光纤直接到天线那边），那么，CU与DU可以部署在同一个集中点。如果前传网络为非理想传输（没钱，没那么多光纤），DU可以采用分布式部署的方式。
再例如，如果是车联网这样的低时延要求场景，你的DU，就要想办法往前放（靠近AAU部署），你的MEC、边缘云，就要派上用场。
好了，通过前面的讲解，我们应该已经大体对5G接入网的概念有了一定程度地了解，那么接下来我们再来简单地谈一谈5G承载网。
二、5G承载网
有同学就问，5G不仅仅只在接入网有变化，在即将到来的5G时代，5G的承载网和传送网会是个什么样子，会采用什么黑科技？
业界有一句话，就是承载先行。这也体现了承载网的重要性，为什么说它重要呢？因为承载网是基础资源，必须先于无线网部署到位。前面我们提到过5G的主要优点，总结而言，就三个：
-
1Gbps的用户体验速率：eMBB
-
毫秒级的延迟：uRLLC
-
百万级/k㎡的终端接入：mMTC
5G想要满足以上应用场景的要求，承载网是必须要进行升级改造的。
在5G网络中，之所以要功能划分、网元下沉，根本原因，就是为了满足不同场景的需要。前面再谈接入网的时候，我们提到了前传、回传等概念说的就是承载网。因为承载网的作用就是把网元的数据传到另外一个网元上。
这里我们再来具体看看，对于前、中、回传，到底怎么个承载法。
首先看。主要有三种方式：
第一种，。
每个AAU与DU全部采用光纤点到点直连组网，如下图：
这就属于典型的“土豪”方式了，实现起来很简单，但最大的问题是光纤资源占用很多。随着5G基站、载频数量的急剧增加，对光纤的使用量也是激增。
所以，光纤资源比较丰富的区域，可以采用此方案。
第二种，。
将彩光模块安装到AAU和DU上，通过无源设备完成WDM功能，利用一对或者一根光纤提供多个AAU到DU的连接。如下图：
光复用传输链路中的光电转换器，也称为WDM波分光模块。不同中心波长的光信号在同一根光纤中传输是不会互相干扰的，所以彩光模块实现将不同波长的光信号合成一路传输，大大减少了链路成本。
采用无源WDM方式，虽然节约了光纤资源，但是也存在着运维困难，不易管理，故障定位较难等问题。
第三种，。
在AAU站点和DU机房中配置相应的WDM/OTN设备，多个前传信号通过WDM技术共享光纤资源。如下图：
这种方案相比无源WDM方案，组网更加灵活（支持点对点和组环网），同时光纤资源消耗并没有增加。
看完了前传，我们再来看看。
由于中传与回传对于承载网在带宽、组网灵活性、网络切片等方面需求是基本一致的，所以可以使用统一的承载方案。
主要有两种方案：
-
分组增强型OTN+IPRAN
利用分组增强型OTN设备组建中传网络，回传部分继续使用现有IPRAN架构。
-
端到端分组增强型OTN
中传与回传网络全部使用分组增强型OTN设备进行组网。
这里我们仅仅对承载网做了最简单的讲解，至于承载网中采用的FlexE分片技术、减低时延的技术、SDN架构等等想了解的小伙伴建议自己查一查。
最后对5G承载网做一下总结：
-
架构：核心层采用Mesh组网，L3逐步下沉到接入层，实现前传回传统一。
-
分片：支持网络FlexE分片
-
SDN：支持整网的SDN部署，提供整网的智能动态管控。
-
带宽：接入环达到50GE以上，汇聚环达到200GE以上，核心层达到400GE。
三、5G核心网
由于核心网是我认为最难的一块网络，涉及的产品非常多，实话说我也还没有理解透，因此这里采用从2G到5G核心网演进的方式，帮助大家初步了解核心网。尤其会重点说一说，马上进入5G时代了，我们的核心网究竟会变成什么样子。
2G的核心网设备，是这样的：
2G核心网设备
大大宽宽的机柜，有好几层机框，然后每层机框插了很多的单板。单板很薄很轻，面板是塑料的，很容易坏。
这个设备，名字就叫，移动交换中心。
我们来看看当时的网络架构图：
2G网络架构
可以看出来，组网非常简单，MSC就是核心网的最主要设备。HLR、EIR和用户身份有关，用于鉴权。
注意：之所以图上面写的是“MSC/VLR”，是因为VLR是一个功能实体，但是物理上，VLR和MSC是同一个硬件设备。相当于一个设备实现了两个角色，所以画在一起。HLR/AUC也是如此，HLR和AUC物理合一。
后来，到了2.5G。是的没错，2G和3G之间，还有一个2.5G——就是GPRS。
在之前2G只能打电话发短信的基础上，有了GPRS，就开始有了数据（上网）业务。
于是，核心网有了大变化，开始有了PS核心网。PS，Packet Switch，分组交换，包交换。
红色部分为PS交换
SGSN：Serving GPRS Support Node，服务GPRS支持节点
GGSN：Gateway GPRS Support Node，网关GPRS支持节点
SGSN和GGSN都是为了实现GPRS数据业务
很快，基站部分跟着变，2.5G到了3G，网络结构变成了这样：
（为了简单，HLR等网元我就没画了）
3G基站，由RNC和NodeB组成。
到了3G阶段，设备商的硬件平台进行彻底变革升级。
机架内部
（单板比2G重，而且面板都是金属的）
机框后侧
（主要是提供网线、时钟线、信号线接口）
大家不要小看了硬件平台，实际上，就像最开始、一样，设备商自家的很多不同业务的设备，都是基于同一个硬件平台进行开发的。不可能每个设备都单独开发硬件平台，既浪费时间和精力，又不利于生产和维护。
稳定可靠且处理能力强大的硬件平台，是产品的基石。
以前是TDM电路，就是E1线，中继电路。
粗重的E1线缆
IP化，就是TCP/IP，以太网。网线、光纤开始大量投入使用，设备的外部接口和内部通讯，都开始围绕IP地址和端口号进行。
硬件平台上的光纤
具体来说，就是网元设备的功能开始细化，不再是一个设备集成多个功能，而是拆分开，各司其事。
在3G阶段，是分离的第一步，叫做承载和控制分离。
用户面，就是用户的实际业务数据，就是你的语音数据，视频流数据之类的。
而控制面，是为了管理数据走向的信令、命令。
这两个面，在通信设备内部，就相当于两个不同的系统，
2G时代，用户面和控制面没有明显分开。3G时代，把两个面进行了分离。
接着，SGSN变成MME，GGSN变成SGW/PGW，也就演进成了4G核心网：
4G LTE网络架构
（注意，基站里面的RNC没有了，为了实现扁平化，功能一部分给了核心网，一部分给了eNodeB）
MME：Mobility Management Entity，移动管理实体
SGW：Serving Gateway，服务网关
PGW：PDN Gateway，PDN网关
演进到4G核心网之前，硬件平台也提前升级了。
华为的USN系列，开始启用ATCA/ETCA平台（后来MME就用了它），还有UGW平台（后面PGW和SGW用了它，PGW和SGW物理上是一体的）。
中兴ATCA机框
ATCA：Advanced Telecom Computing Architecture，先进电信计算架构
ETCA：enhanced ATCA，增强型ATCA
中兴xGW（T8000）硬件平台
其实就是一个大路由器
在3G到4G的过程中，IMS出现了，取代传统CS（也就是MSC那些），提供更强大的多媒体服务（语音、图片短信、视频电话等）。IMS，使用的也主要是ATCA平台。
前面所说的V3平台，实际上很像一个电脑，有处理器（MP单板），有网卡（以太网接口卡，光纤接口卡）。而V4的ATCA平台，更像一台电脑了，前面你也看到了，名字就叫“先进电信计算平台”，也就是“电信服务器”嘛。
确切说，ATCA里面的业务处理单板，本身就是一台单板造型的“小型化电脑”，有处理器、内存、硬盘，我们俗称“刀片”。
ATCA业务处理板——“刀片”
（没找到中兴的，只能放个华为的）
既然都走到这一步，原来的专用硬件，越做越像IT机房里面的x86通用服务器，那么，不如干脆直接用x86服务器吧。
于是乎，虚拟化时代，就到来了。
虚拟化，就是网元功能虚拟化（Network Function Virtualization，）。
说白了，硬件上，直接采用HP、IBM等IT厂家的x86平台通用服务器（目前以刀片服务器为主，节约空间，也够用）。
软件上，设备商基于openstack这样的开源平台，开发自己的虚拟化平台，把以前的核心网网元，“种植”在这个平台之上。
网元功能软件与硬件实体资源分离
注意了，虚拟化平台不等于5G核心网。也就是说，并不是只有5G才能用虚拟化平台。也不是用了虚拟化平台，就是5G。
按照惯例，设备商先在虚拟化平台部署4G核心网，也就是，在为后面5G做准备，提前实验。
硬件平台，永远都会提前准备。
好了，上面说了5G核心网的硬件平台，接下来，我们仔细说说5G核心网的架构。
到了5G，网络逻辑结构彻底改变了。
5G核心网，采用的是SBA架构（Service Based Architecture，即基于服务的架构）。名字比较好记，呵呵…
SBA架构，基于云原生构架设计，借鉴了IT领域的“微服务”理念。
把原来具有多个功能的整体，分拆为多个具有独自功能的个体。每个个体，实现自己的微服务。
单体式架构（Monolithic）→ 微服务架构（Microservices）
这样的变化，会有一个明显的外部表现，就是网元大量增加了。
红色虚线内为5G核心网
除了UPF之外，都是控制面
这些网元看上去很多，实际上，硬件都是在虚拟化平台里面虚拟出来的。这样一来，非常容易扩容、缩容，也非常容易升级、割接，相互之间不会造成太大影响（核心网工程师的福音）。
简而言之，。
5G核心网之所以要模块化，还有一个主要原因，就是为了。
很多人觉得“切片”很难，其实并非如此。
切片，就是“多种人格”。同一样东西，具有不同的特性，以应对不同的场景，也有点像“瑞士军刀”。
5G是一个天下一统的网络，通吃所有用户。设计之初，就需要它应对各种需求。
既然网络用途不同，当然要见招拆招。以一个死板的固定网络结构去应对，肯定是不行的。只有拆分成模块，灵活组队，才能搞定。
网络切片
例如，在低时延的场景中（例如自动驾驶），核心网的部分功能，就要更靠近用户，放在基站那边，这就是“下沉”。
部分核心网功能，“下沉”到了MEC
下沉不仅可以保证“低时延”，更能够节约成本，所以，是5G的一个杀手锏。
以上，就是从2G到5G，核心网整个的演进过程和思路。并不难理解吧？
简单概括，就是拆分、拆分、再拆分，软件、软件、更软件。
在将来，核心网的硬件和IT行业的硬件一样。而核心网的软件，就变成手机上面的app一样。
通过以上的讲解希望对大家理解无线通信的网络架构有所帮助！