核心网演进

移动核心网架构技术演进

定义

核心网演进描述了移动通信核心网从2G电路域、3G分组域到4G EPC、5G 5GC的架构变迁。每代核心网在业务能力、网络架构、云化程度等方面均有显著提升。4G EPC采用网元化架构(MME、SGW、PGW等);5G 5GC采用服务化架构(SBA),网元拆分为微服务,通过HTTP/2接口交互,支持网络切片、边缘计算等。

演进路径

  • 2G:MSC/VLR电路交换,语音为主
  • 3G:SGSN/GGSN分组域,数据业务兴起
  • 4G:EPC全IP扁平化,控制面与用户面分离,支持VoLTE
  • 5G:5GC云原生、服务化(AMF、SMF、UPF等),支持切片、MEC

演进趋势

云化(NFV)、服务化(SBA)、切片化(网络切片)、边缘化(MEC/UPF下沉)是核心网演进方向。物联网设备通过4G EPC或5G 5GC完成认证、会话建立与数据转发;5G切片可为物联网提供专用逻辑网络。

典型应用场景

达希物联的物联网卡经EPC/5GC完成接入,核心网演进直接影响专网、切片、边缘等能力。达希物联与运营商核心网对接,可为客户提供差异化连接能力。

核心网是物联网设备连接运营商网络后的数据处理枢纽。达希物联的物联网卡通过4G EPC或5G 5GC核心网完成认证、计费与数据转发。达希物联与运营商核心网深度对接,可为客户提供专用APN、网络切片等差异化连接能力,满足企业级物联网的定制化需求。

用户面分离之后计费点落在哪一台设备

早期分组域把控制和转发放在同一类网关里,会话建立和流量统计几乎在一处完成。四G把控制面留在移动性管理和分组网关上,用户面可以独立扩展。五G进一步把会话管理与用户面功能拆开,用户面功能甚至下沉到靠近基站的机房。计费和策略若仍去问控制面“现在速率多少”,拿到的是会话参数,不是实时字节。实时用量要在用户面经过的那个点采集,下沉之后采集点也跟着到边缘。

物联网卡的流量争议常常来自采集点不一致:模组计数的是空口发出的字节,核心网计数的是通过用户面功能的IP字节,两者差在头开销和重传。对账时应声明统计点,而不是假设演进前后的网元名字还代表同一个计数位置。

服务化接口把网元调用变成了请求事务

五G核心网的网络功能通过服务接口互相调用,接口风格接近网页里的请求和响应,而不再是前一代那种成对的专用信令链路。一次会话建立会穿过接入管理、用户数据、策略和会话管理多个功能。其中任何一次调用超时,终端看到的仍是附着失败,原因却可能只是某一项服务没有响应。排查不能停在“核心网拒绝”四个字,要看到底是哪一次服务调用没有返回。

服务可以按容量水平扩展,状态却必须能找到存放会话的那一份。负载均衡若把后续请求送到没有会话的实例,会出现第一跳成功、第二跳说用户不存在。这和卡数据错误很像,差别是换一张卡仍然复现,且只在某一组网络功能上出现。判断条件是失败与特定服务实例相关,而不是与终端位置单调相关。

切片标识从终端到用户面要穿过几跳

切片用一组标识把终端放进逻辑网络。标识要在终端请求、接入网选择、接入和会话管理、最后到用户面功能上保持一致。任何一跳把标识映成默认切片,后面的服务质量就按默认切片执行,业务层不会收到“切片丢失”的明确报错。核对时在终端请求、接入网透传和会话建立三条记录里看标识是否相同。

达希物联的物联网卡能附着到四G核心网或五G核心网,取决于卡、模组和当地网络开通了哪一代。卡开通了五G签约,模组只做四G,会话仍落在四G核心网,切片和用户面下沉都不会出现。平台上区分制式,才能解释为什么同一张卡在不同设备上得到的网络能力不一样。专网接入点名称仍然是把流量引进企业侧的常用手段,它不依赖核心网是不是已经服务化。

用户面下沉之后往返时间不再指向中心机房

用户面功能放到靠近基站的机房后,终端到用户面的往返变短,到企业中心服务器的往返却不一定变短,因为服务器可能仍在远处。用一个平均往返时间判断“核心网演进是否生效”会把两段路混在一起。应把路径拆开:终端到用户面、用户面到应用。前一段变短,说明下沉发生了;后一段仍长,要在应用部署或专线上去缩短,而不是再改核心网架构。

控制面往往还在中心,会话建立、策略查询的时延不会随用户面下沉一起下降。开机附着仍可能慢,数据面却很快,这是演进后的正常组合,不是故障。达希物联的卡落在哪一代核心网,决定这些功能是否存在,模组决定能不能接入那一代无线网。平台若把附着时延和数据时延画成一条线,会误判下沉没有效果。两条时延应分开采集,再决定优化的是会话建立还是用户面出口。


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