核心网
5G核心网基础知识
目录
• 5G核心网概述 • 5G核心网关键技术 • 5G核心网协议栈与接口 • 5G核心网部署与演进 • 5G核心网安全与挑战 • 5G核心网应用与前景
01
5G核心网概述
5G核心网定义与特点
定义
5G核心网是第五代移动通信网络 的核心组成部分，负责提供高速、 低时延、大连接等特性的网络服
谢谢观看
协议栈组成及功能
控制面协议栈
包括NGAP（Non-Access Stratum Protocol for 5G）、NAS（Non-Access Stratum）等协议，用于实现网络接入、移动性管理、会话管理等功能。
用户面协议栈
包括GTP-U（GPRS Tunnelling Protocol for User Plane）、UDP/IP（User Datagram Protocol/Internet Protocol）等协议，用于实现用户数据传输。
控制面与用户面分离
边缘计算
5G核心网支持边缘计算，将部分计算 任务下沉到网络边缘，降低数据传输 时延。
5G核心网将控制面与用户面分离，降 低网络复杂性，提高网络效率。
5G核心网与4G核心网对比
架构差异
时延优化
5G核心网采用服务化架构，而4G核心网主要 采用一体化架构。
5G核心网通过优化网络协议和架构，降低数 据传输时延，而4G核心网在时延方面相对较 高。
连接能力
业务支持
5G核心网支持海量设备连接，满足物联网等 应用场景的需求，而4G核心网在连接能力上 相对较弱。
5G核心网支持更多样化的业务类型和服务模 式，如超高清视频、虚拟现实等，而4G核心 网在业务支持上相对有限。
02
5G核心网关键技术
核心网，骨干网，支撑网，接入网的区别和联系
核心网，骨干网，支撑网，接入网的区别和联系从业务角度划分：业务网：核心网+接入网。
从传输角度划分：通信网：骨干网+接入网。
核心网（Core Network）：业务层的角度划分，将接入网与其他接入网连接在一起的网络。
骨干网（backbone network）：城市之间的连接网络。
支撑网：监管业务网（通信网）的网络。
广域网：都是由核心网＋接入网组成，骨干网一般都是广域网，作用范围几十到几千公里。
一、骨干网（backbone network）是承载网的概念，核心网（CN）是移动通信网络的概念，骨干网又被称为核心网”这个回答完全错误。
几台计算机连接起来，互相可以看到其他人的文件，这叫局域网，整个城市的计算机都连接起来，就是城域网，把城市之间连接起来的网就叫骨干网。
二、支撑网（supporting network（SN））：利用电信网的部分设施和资源组成的，相对独立于电信网中的业务网和传送网的网络。
支撑网对业务网和传送网的正常、高效、安全、可靠的运行、管理、维护和开通(OAM&P)起支撑和保证作用。
三、接入网（Access Network (AN)）：指骨干网络到用户终端之间的所有设备。
接入网的接入方式包括铜线（普通电话线）接入、光纤接入、光纤同轴电缆（有线电视电缆）混合接入HFC（Hybrid Fiber Coaxial）、无线接入和以太网接入等几种方式。
接入技术可以分为宽带有线接入技术和宽带无线接入技术两大类。
1、宽带有线接入网技术包括：（1）基于双绞线的ADSL技术（非对称数字用户线系统（ADSL：Asymmetric Digital Subscriber Line）），利用固话的双绞线实现与互联网上网功能，支持语音、视频、数据等。
（2）基于HFC网（光纤和同轴电缆混合网）的Cable Modem 技术、（Hybrid Fiber－Coaxial，即混合光纤同轴电缆网），利用有线电视的的同轴电缆，实现与互联网上网功能，支持语音、视频、数据等。
核心网接口和信令流程
核心网接口和信令流程核心网（Core Network）是移动通信网络的关键组成部分，负责实现移动用户的接入、切换和服务交付等功能。
核心网接口和信令流程是指在核心网中不同组件之间进行通信和协作的接口和流程，下面将详细介绍核心网接口和信令流程。
一、核心网接口核心网中的各个组件通过接口实现信息的交换和共享，常见的核心网接口包括以下几种：1. S1接口：S1接口是连接eNodeB和MME（Mobility Management Entity）的接口，用于实现移动性管理的相关功能，比如移动用户的承载切换、位置更新等。
S1接口分为S1-MME和S1-U两部分，分别对应控制面和用户面的传输。
2. X2接口：X2接口是连接eNodeB之间的接口，用于实现小区间的协同工作，比如邻区关系的维护、干扰协调等。
通过X2接口，相邻的eNodeB可以共享信息，提高整个网络的性能和效率。
3. S6a接口：S6a接口是连接MME和HSS（Home Subscriber Server）的接口，用于实现用户鉴权、位置查询、密钥协商等功能。
MME通过S6a接口向HSS查询用户的订阅信息，以及提供用户的位置更新和鉴权结果。
4. S11接口：S11接口是连接MME和SGW（Serving Gateway）的接口，用于实现移动性的管理和数据传输等功能。
当移动用户切换到新的LTE小区时，MME通过S11接口将用户的相关信息传输给SGW，并负责控制用户数据的传输。
5.S1-MME接口：S1-MME接口是连接MME和SGW之间的接口，用于实现控制面的传输。
当MME需要控制用户数据的传输时，通过S1-MME接口向SGW发送指令和请求。
以上仅介绍了一部分核心网接口，实际上核心网中还存在许多其他接口，如S5/S8接口、S-GW/P-GW接口等，用于实现更多的功能。
二、核心网信令流程核心网中的信令流程是指不同组件之间进行通信和协作的过程，常见的信令流程有以下几种：1. 用户接入过程：当移动用户进入LTE网络区域时，首先进行鉴权和连接建立过程。
《核心网概述》课件
核心网的组成
交换机
交换机是核心网中的关键设备，负责数据的 交换和路由选择。
路由器
路由器负责将数据从一个网络传输到另一个 网络，并根据路由表选择最佳路径。
传输设备
传输设备包括光纤、电缆等，用于传输数据 和信令信息。
数据库
数据库存储了网络配置、用户数据等信息， 为核心网的操作和维护提供支持。
02 核心网技术
路由器技术
路由原理
路由器是一种网络设备，用于在不同 的网络之间转发数据包。路由器通过 路由表来决定数据包的转发路径，能 够实现不同网络之间的互联互通。
路由协议
为了使路由器能够正确地转发数据包 ，需要使用路由协议来交换路由信息 。常见的路由协议包括OSPF、BGP和 RIP等，它们在不同的应用场景下有各 自的优势和特点。
宽带接入技术
DSL技术
DSL是一种利用普通电话线提供宽带接入的技术。通过DSL技术，用户可以在电话线上同时进行语音和数据传输 ，实现高速上网。DSL技术包括ADSL、VDSL和SHDSL等不同类型，每种类型都有不同的传输速度和应用场景。
光纤接入技术
光纤接入技术是一种利用光纤作为传输介质的宽带接入技术。相比传统的铜线接入技术，光纤接入技术具有更高 的传输速度和更远的传输距离。光纤接入技术包括EPON和GPON等不同标准，能够满足不同用户的需求。
03
核心网通常由一系列的硬件和软件组成，包括交换 机、路由器、传输设备等。
核心网的作用
数据传输
核心网的主要功能是传输数据，包括来自移动设备、固定电话、互 联网等的数据流。
路由选择
核心网负责选择最佳路径，将数据从一个节点传输到另一个节点， 确保数据能够快速、准确地到达目的地。
核心网基础知识培训教材
语音信箱
允许用户在不方便接听电话时，将来电 留言保存在语音信箱中，稍后再听取。
呼叫转移
用户可将来电转移到其他电话号码上， 确保不会错过重要来电。
呼叫等待
用户在通话过程中，可以接收到其他来 电的提醒，并选择是否接听。
数据业务
短信服务
提供文本信息的发送和接 收功能，支持点对点和群 发短信。
彩信服务
允许用户发送和接收包含 图片、音频、视频等多媒 体内容的彩信。
防火墙通过包过滤技术、代理服务技术、 状态检测技术等技术手段来保护网络安 全。它可以对进出网络的数据包进行过 滤、检查、分析等处理，从而防止未经 授权的访问和数据泄露。
按技术可分为包过滤型防火墙、代理服 务型防火墙和状态检测型防火墙；按应 用部署位置可分为边界防火墙、个人防 火墙和混合防火墙等。
服务器与存储设备
路由器的分类
按性能档次可分为高、中、低档路由器；按结构可分为模块化路由器和 非模块化路由器；按网络位置可分为核心路由器、汇聚路由器和接入路 由器等。
防火墙
防火墙的定义
防火墙的工作原理
防火墙的分类
防火墙指的是一个由软件和硬件设备组 合而成、在内部网和外部网之间、专用 网与公共网之间的界面上构造的保护屏 障.是一种获取安全性方法的形象说法， 它是一种计算机硬件和软件的结合，使 Internet与Intranet之间建立起一个安 全网关（Security Gateway），从而 保护内部网免受非法用户的侵入。
交换机的工作原理
交换机的分类
交换机根据收到数据帧中的源 MAC地址建立该地址同交换机端 口的映射，并将其写入MAC地址 表中。当交换机收到数据帧时， 会检查该数据帧的目的MAC地址， 并在MAC地址表中查找对应的端 口。如果找到，则将该数据帧从 对应端口转发出去；否则，将数 据帧广播到所有端口。
NSA和SA的区别
NSA和SA的区别
SA和NSA主要在定义、范围、基站、核心网、互连复杂程度
以及接入技术上有区别。
核心网上，SA有5G核心网，NSA没有
5G核心网；互连复杂程度上，SA的5G与4G在核心网级互通，NSA的5G与4G在接入网级互通。
以下是具体区别：
1、定义不同：
NSA是非独立组网，SA是独立组网。
2、范围不同：
在NSA模式下，5g网络和4g网络是互连互通的，非常复杂，
而在SA模式下，5g网络和4g网络是互相独立的。
3、基站不同：
NSA采用的是新建5G核心网或4G核心网，终端双连接；SA
采用的是5G核心网和5G基站，终端单连接。
4、核心网不同：
SA有5G核心网，而NSA没有5G核心网。
由于在NSA组网下，由于没有5G核心网，不能支持网络切片，也无法完美支持MEC，
因此在网络时延、业务部署敏捷性和服务可靠性上略差。
5、互连复杂程度不同：
在SA组网下，5G网络独立于4G网络，5G与4G仅在核心网
级互通，互连简单;在NSA组网下，5G与4G在接入网级互通，互
连复杂。
6、接入技术不同：
在SA组网下，终端连接NR一种无线接入技术; NSA组网下，终端双连接LTE和NR两种无线接入技术。
核心网面试的相关知识题
核心网面试的相关知识题1. 介绍核心网是移动通信系统中的一个重要组成部分，负责承载移动通信网络的核心功能。
核心网面试中，常涉及到一些相关的知识题，本文将对一些常见的核心网面试题进行介绍。
2. 问题1：请简要介绍核心网的结构和功能核心网主要由以下几个组成部分构成： - MME（Mobility Management Entity）：负责移动性管理和信令控制。
- S-GW（Serving Gateway）：承载用户数据和控制信令，提供用户数据的切换功能。
- P-GW（Packet Data Network Gateway）：连接核心网和外部网络，负责数据包的路由、转发和策略控制。
- HSS（Home Subscriber Server）：存储用户的身份和业务数据。
- PCRF（Policy and Charging Rules Function）：负责策略控制和计费管理。
核心网的功能包括移动性管理、信令控制、用户数据传输、访问控制、安全保护等。
3. 问题2：请解释LTE网络中的EPS（Evolved Packet System）是什么EPS是LTE网络中的核心网架构，是LTE网络的一种网络体系结构。
它由MME、S-GW、P-GW等组成，支持IP数据包传输和信令控制。
EPS为LTE网络提供了高速数据传输、低延迟和高效的移动性管理功能。
4. 问题3：请介绍LTE网络中的用户鉴权过程LTE网络中的用户鉴权过程包括以下步骤： 1. UE（User Equipment）向MME发送鉴权请求。
2. MME向HSS发送鉴权请求，请求验证UE的身份和合法性。
3. HSS向MME返回鉴权结果，如果验证通过，HSS还会返回密钥等信息。
4. MME将鉴权结果返回给UE，同时生成安全参数用于后续的数据传输。
5. 问题4：请解释LTE网络中的移动性管理过程LTE网络中的移动性管理过程包括以下几个方面： - 切换管理：核心网控制UE 在不同基站间的切换，保证用户在移动过程中的连续性。
核心网流量计算公式
核心网流量计算公式在通信网络中，核心网流量是指通过核心网传输的数据量，是评估网络运营商网络负载和性能的重要指标。
核心网流量的计算公式可以帮助网络运营商准确地评估网络的负载情况，从而合理规划网络资源，提高网络性能和用户体验。
核心网流量计算公式一般包括两个方面的内容，数据包的大小和数据包的数量。
数据包的大小通常以比特（bit）或字节（byte）为单位，而数据包的数量则是指在一定时间内通过核心网的数据包数量。
下面将详细介绍核心网流量计算公式的具体内容。
首先，我们来看数据包大小的计算。
数据包大小通常是指数据包的平均大小，它可以通过以下公式计算：数据包大小 = 数据包总字节数 / 数据包总数量。
其中，数据包总字节数是指在一定时间内通过核心网的所有数据包的总字节数，数据包总数量则是指在同一时间段内通过核心网的数据包数量。
通过计算数据包大小，可以得知平均每个数据包的大小，从而更好地评估网络的负载情况。
其次，我们来看数据包数量的计算。
数据包数量通常是指在一定时间内通过核心网的数据包数量，它可以通过以下公式计算：数据包数量 = 数据包总数量。
通过计算数据包数量，可以得知在一定时间内通过核心网的数据包数量，从而更好地评估网络的负载情况。
最后，我们来看核心网流量的计算。
核心网流量是指在一定时间内通过核心网的总数据量，它可以通过以下公式计算：核心网流量 = 数据包大小数据包数量。
通过计算核心网流量，可以得知在一定时间内通过核心网的总数据量，从而更好地评估网络的负载情况。
需要注意的是，核心网流量的计算公式中的数据包大小和数据包数量需要根据实际情况进行统计和计算。
另外，为了更准确地评估网络的负载情况，还可以根据实际情况对核心网流量进行分时段统计和分地区统计，以便更好地了解网络的负载情况。
总之，核心网流量的计算公式是评估网络负载和性能的重要工具，可以帮助网络运营商更好地规划网络资源，提高网络性能和用户体验。
通过合理地使用核心网流量计算公式，可以更好地了解网络的负载情况，从而更好地优化网络性能，提高用户满意度。
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35
与SGSN相连的网元和接口
36
R99的UTRAN&UE
• UTRAN包含：RNC和NodeB；类似于BSS包含：BSC和BTS。2个 RNC之间有接口Iur,不同于2个BSC之间没有接口。RNC在RNC和 UE之间起加密和解密的作用、高层后向纠错BEC。RNC的结构及 接口如下图：
37
R4
13
• 信令转接点（STP）：具有转接信令的功能， 它可以将一条信令链路的信令消息转 发至另一 条信令链路，常用符号“□”表示。 • STP用信令点编码来标识。 • STP分为独立的STP和综合的STP。 • STP在三级信令网中分为低级信令转接点 （LSTP）和高级信令转接点（HSTP）
14
• 信令链路（Signaling Link）：连接各个信令点、 信令转接点，传送信令消息的物理链路称为信 令链路。 • 相同属性的信令链路组成一组链路集。到同一 局向的所有链路可属一个链路集，也可属多个 链路集；但两个相邻的信令点之间的信令链路 只能属于一个链路集。 • 对于相邻两信令点之间的所有链路，需对其统 一编号，称为信令链路编码（SLC），它们之 间编号应各不相同，而且两局应一一对应。对 于到不同局向的信令链路可有相同的链路编码。
核心网介绍
1
2G 核心网网元
• 交换系统由移动业务交换中心（MSC）、 归属位置登记器(HLR)、拜访位置登记器 （VLR）、鉴权中心（AUC）和设备身 份登记器(EIR)五个部分组成。
2
• •
移动业务交换中心(MSC) 移动业务交换中心完成系统的电话交换功能。 负责建立呼叫、路由选择、控制和终止呼叫， 负责管理交换区内部的切换和补充业务，并 且负责收集计费和帐单信息，用于协调与固 定电话交换网之间的业务，完成公共信道信 令及网络的接口。它能够提供与其他非话业 务之间正确互联工作所需要的功能，例如公 共分组数据交换业务。
7
• •
省内数字公用陆地蜂窝移动通信网 省内数字公用陆地蜂窝移动通信网由省 内的各移动业务本地网构成，省内若干 个移动业务汇接中心也称二级汇接中心 或省级汇接中心。二级汇接中心可以只 作汇接中心，或者既作端局又作汇接中 心的移动业务交换中心。
8
•
省内数字公用陆地蜂窝移动通信网中的 每一个移动端局，应与省内二级汇接中 心相连，省内的二级汇接中心之间为网 状的，如下图所示。
44
版本5
体系：网络实体和参考点，包括计费功能 信令：基本路由原则、注册、会话发起、 会话变更、会话拆除、网络发起的 会话释放/注册解除流程： UE和IMS之间的SIP压缩 用户信息存储（HSS）和会话控制实体 （CSCF）之间的数据传输 用户信息存储（HSS）和应用服务器 （AS）之间的数据传输 安全：使用IMS AKA队用户和网络进行 认证、UE和IMS网络之间SIP消 息的完整性保护、网络域安全 服务质量：IMS和GPRS接入网之间的策 略控制、前提和授权令牌 服务提供：应用服务器和IMS服务控制参 考点的用法 基本：ISIM
MSISDN-----IMSI
手机做被叫的过程
HLR/AUC
MSISDN GMSC IMSI MSRN
MSC/VLR
IMSI---MSRN
19
基本呼叫的信令程序
20
呼叫至空闲用户的接续
MSC
IAI ACM 回铃音 ANC 通话 CBK CLF RLG 主叫先 挂机 CLF RLG CBK CLF RLG CLF RLG 被叫先 挂机 ANC
3
• •
拜访位置登记器（VLR） (Visitor Location Register)
4
• •
归属位置登记器(HLR) (Home Location Register)
5
• •
鉴权中心（AUC） 鉴权中心与本地用户位置登记器连接在 一起，它为本地用户位置登记器提供一 个与用户有关的并用于安全方面的鉴别 参数和加密密钥。
15
• 在七号信令系统中采用两种信令传送方式。 • 直联方式：两个信令点之间通过直达信令链路 传递消息。 此时话路和信令链路是平行的。如 图。
16
直联方式
话路 SP 链路 SP
17
准直联方式：两个信令点之间通过预先设定 的多个串接的信令链路传递消息
STP 链路 话路 SP
预先设定 链路
SP
18
Tm(汇接局）
IAI ACM
MSC
21
• • • • • • • • •
I A I 带有附加信息的初始地址消息（Initial address message with additional information） I AM 初始地址消息（Initial address message） ACM 地址全消息（Address complete message） ANC 应答信号、计费（Answer signal， charge） CBK 挂机信号（Clear-back signal） CLF 拆线信号（Clear forward signal） RLG 释放监护信号（Release guard signal） STB 用户长忙信号（Subscriber toll busy signal） LOS 线路不工作信号（Line out of service signal）
• R4和R5相比R99变化在核心网部分，他们都将CN与RAN彻底分开。R4最 大改变在CN的CS域。将CS分成MSC_Server和CS_MGW两大部分，将信 令和业务承载分开，多出接口:Nc,Mc,Nb。R4的CS结构如下：
38
R5
• R4也分PS域（不变）和CS域（改变），R5中只有PS域，都通过 IP网传送。R5相对R4的新网元有：HSS\MGCF\CSCF。R5的结构 如下图：
INTS IAM ACM TMSC1 IAI ACM 回铃音 ANC ANC 通话 CBK CLF RLG 主叫 先挂机 CLF RLG CBK CLF RLG CLF RLG CBK CLF RLG CLF RLG 被叫 先挂机 ANC TMSC2 IAI ACM MSC
26
被叫接入,鉴权阶段(从无线侧到核心网)
27
TCH指配,通话阶段(从无线侧到核心网)
28
2.5G(GPRS)核心网网元
29
30
• 3G网络架构
31
The UMTS Network示意图
32
The UMTS Network的网元
33
34
R99 CN: CS Domain
• R99最大的改变在无线侧:UTRAN（含RNC\NodeB)是完全新增的 部分；当然，GSM BSS部分依然存在。CN包含CS和PS两个部分， 即同时支持电路交换和分组交换。 • R99的CN的CS域与2G的CN相比最大的改变在于将IWF/TC放在核 心网内。 • 2G的核心网是CS，网元有：MSC/VLR、GMSC，接口有：A、B、 C、D、E、F、G、H等； • 3G核心网中增加2个网元：SGSN、GGSN和2个接口：IU(cs)和Gs • IU(cs):IWF/TC----RNC; Gs: MSC----SGSN • R99 CN的CS&PS的公共部分：CSE、EIR、HLR/AUC
39
IMS
40
IP多媒体子系统
• 基于IP协议的设备联网是新一代的通信理念，其应用是 由对等（peer-to-peer)的实体构成。它具有各种应用资源， 且具有永久在线的特性。 • 应用中的共享更为便利：共享浏览，共享白板，共享游 戏，共享的双向无线通话(如按键通话（push-to-talk))等 • 为了实现通信功能，基于IP的应用必须具有一种到达使 用者的机制，而在现有的Internet上，这一至关重要的IP 连接能力只能相对隔离在单个服务提供商内部提供。 • 为此我们需要一个全球的系统，设备应用之间可以建立 对等的连接。 • 因此我们引入IMS（IP Multimedia Subsystem）－IP多媒 体子系统的概念，来实现对等的连接的功能
41
首先介绍一下IMS
• IMS为分组交换域 引入了多媒体会话 控制 • IMS在分组交换域 中提供了电路交换 能力 • IMS为提供基于 VoIP和IP多媒体业 务定义了通用的体 系结构
42
IMS产生的背景
• R99版 3GPP开发完成业务，系统结构，WCDMA无线接入以及通 用核心网。 ETSI SMG开发GSM/全球演进增强型数据数率（EDGE） 无线接入 • R4版 3GPP开始定义全IP网络（All－IP），其中主要新功能包括： MSC服务器和MGW的概念、核心网协议的IP传输、 UTRAN的LCS增强、多媒体消息以及Gb用户平面的IP传输
版本6
体系：互联（CS、其他IP网络、WLAN）， 一些新的实体和参考点 信令：组身份的路由、多重注册、紧急会 话
安全：SIP消息的机密性保护、公钥体系的 采用、用户用户证书
服务：在线状态、消息、会议、组管理、 本地服务
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Why IMS？- 运营商的观点
How can IMS solve these issues?
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移动用户呼叫国际用户
MSC IAI ACM TS1 IAM ACM 回铃音 ANC ANC 通话 CBK CLF RLG 主叫 先挂机 CLF RLG CBK CLF RLG CLF RLG CBK CLF RLG CLF RLG 被叫 先挂机 ANC TS2 IAM ACM INTS
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国外用户呼叫国内移动用户
•
SST 发送专用信息音信号（Send special information tone signal）
22
呼叫遇用户忙等的接续
MSC
IAI
STB、LOS、SST
Tm(汇接局）
IAI
STB、LOS、SST