大唐杯学习笔记(1)—— 5G网络架构与组网部署

本文详细介绍了5G网络的核心网与接入网概念,5G网络的演进,包括2G到5G核心网的变化。重点讨论了5G的主要网元功能,如UPF、SMF和AMF,以及5G接口的主要功能,如NG、Xn、E1和F1接口。同时,文章涵盖了SA与NSA组网的区别,以及MR-DC技术的基础知识。

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一、名词汇总

1.核心网与接入网
名词 定义
核心网 核心网部分就是位于网络子系统内,核心网的主要作用是把A口上来的呼叫请求或数据请求,接续到不同的网络上。
接入网 所谓接入网是指核心网络到用户终端之间的所有设备,其长度一般为几百米到几公里,因而被形象地称为"最后一公里"。

个人理解,核心网和接入网的定义比较好理解,就像是快递公司,会把一座城市的快递收集起来,这部分是接入网,再根据快递的信息处理其下一步应该发往哪个城市,这个快递公司的工作就是核心网。

2.5G网络架构
名词 定义
SA组网 (Standalone)5G独立组网
NSA组网 (Non-Standalone)5G非独立组网
NB 3G基站代称
eNB 4G基站代称
gNB 5G基站代称
en-gNB 承载部分4G业务的5G基站代称
gn-eNB 承载部分5G业务的4G基站代称
5GC 5G核心网
NG-(R)AN 由多个与5GC连接的gNB组成的(无线)接入网
NG接口 无线接入网和5G核心网之间的接口
Xn接口 NG-RAN节点(gNB或ng-eNB)之间的网络接口

学习网络就要学习他的发展过程。经济基础决定上层建筑,在建设5G的过程中不可能把3G、4G的基站全拆了换成5G。他是逐步演进逐步替换的过程。因此现在的5G组网也借助了4G的一些物理设备。有部分4G设备构成的5G网络就是NSA了。
从整个网络发展上看,很多新技术新协议的出现都要兼容老的一些协议,主要是我们的互联网过于庞大,想要进行迭代更新,也要考虑一些经济和一些现实问题。
NG接口分为NG-C接口控制面接口和NG-U接口用户面接口。
在这里插入图片描述

3.核心网架构演进
(1)2G核心网
名词 定义
PCM 脉冲编码调制
TDM 时分复用技术
分组通信 利用无线信道以分组方式传送数据或话音信息的通信
PDH 准同步数字系列,美日采用μ律,欧洲和我国采用A律
SDH 同步数字体系,PDH改进型,速度更快,统一了光接口
X.25 是目前使用最广泛的分组交换协议
ATM 异步传递方式,采用统计时分复用
STM 同步传递方式,采用时分复用
(1)3G,4G核心网
名词 定义
MPLS 多协议标签交换,用于不同的包转发和包交换技术,面向连接
SDN 软件定义网络,将数据与控制相分离
NFV 网络功能虚拟化
Open Stack 一个云计算平台项目,覆盖了网络、虚拟化、操作系统、服务器等各个方面

在这里插入图片描述

4.4G核心网架构
名词 定义
LTE 长期演进技术,3G与4G技术之间的过渡
UE 终端
Uu 空中接口
E-UTRAN 演进的UMTS陆地无线接入网,即LTE移动通信无线网络
S1-U eNodeB(基站)与 EPC(分组核心网)之间的通讯接口,-U同上表示用户数据部分
GW-U Gateway是网关,百度上有GW-S表示服务网关,猜测这里表示用户(User)网关
SGi 与外部数据网络对接
HSS 归属用户服务器,负责管理用户的签约数据及移动用户的位置信息
MME 移动性管理实体,负责处理信令
SGW 服务网关,负责处理业务流
CG 计费网关/计费网关,负责完成计费话单的检错、纠错和话单的合并,并完成话单格式的转换
PGW 分组数据网网关,负责分组数据包路由和转发;3GPP和非3
### 5G网络架构概述 5G网络架构是一种基于服务化设计的新型网络结构,旨在支持多样化的业务场景和更高的性能需求。其主要组成部分可以分为两大部分:5G核心网(5GC)和5G接入网(NG-RAN)。其中,5G核心网负责提供控制面和服务管理功能,而5G接入网则专注于无线信号的传输处理。 #### 核心网的主要组件 在5G核心网中,主要包括以下几个关键的功能模块: - **AMF (Access and Mobility Management Function)**:负责移动性管理和会话注册等功能[^2]。 - **SMF (Session Management Function)**:用于会话建立、修改和释放等操作,并分配IP地址给UE设备。 - **UPF (User Plane Function)**:作为数据转发的核心节点,实现用户平面的数据包路由和转发。 这些功能模块通过服务化接口相互协作,共同构建起灵活高效的5G核心网体系。 #### 接入网的关键要素 5G接入网由多个实体构成,其中包括下一代基站gNB以及继承自LTE技术的ng-eNB。为了提高资源利用率并降低延迟,在物理层面进一步划分为两个子单元: - **Distributed Unit (DU)**:靠近终端侧,承担实时性强的任务如PHY层处理等工作负荷[^1]。 - **Centralized Unit (CU)**:位于更高层次位置,执行非实时性的高层协议栈任务比如RRC/PDCP等功能[^1]。 两者之间采用特定标准定义好的F1接口相连,该接口又细分为面向信令交互的F1-C针对流量承载优化后的F1-U两种类型[^2]。 此外还存在其他重要接口描述如下表所示: | 层级 | 连接关系 | 接口名称 | 协议 | 延迟要求 | 带宽需求 | |--------------|----------------|-------------|-----------------------|--------------|---------------------| | 前传 | AAU ↔ DU | eCPRI | <100μs | ~25Gbps(视具体配置情况有所不同)| | 中传 | DU ↔ CU | F1接口 | <1ms | ~10Gbps | | 回传 | CU → 5GC/MEC | N2/N3接口 | <5ms | ≥40Gbps | 以上表格展示了不同层级之间的连接特性及其对应的技术参数指标。 ```python class NetworkArchitecture: def __init__(self, core_network_components, access_network_entities): self.core_network = core_network_components self.access_network = access_network_entities def describe(self): description = f"The Core Network consists of {', '.join([component.__name__ for component in self.core_network])}. " description += f"While the Access Network includes entities such as {' and '.join([entity.__name__ for entity in self.access_network])}." return description amf_instance = AMF() smf_instance = SMF() upf_instance = UPF() du_entity = DU() cu_entity = CU() architecture = NetworkArchitecture([amf_instance, smf_instance, upf_instance], [du_entity, cu_entity]) print(architecture.describe()) ```
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