5G 3大應用場景
eMBB 增強移動寬帶
URLLC 超可靠低時延通信
mMTC 海量機器類通信
網絡切片
把網絡拆開、細化，更靈活的應對場景需求。把物理網絡按應用場景划分為N張邏輯網絡，不同網絡服務不同場景。網絡切片，可以優化網絡資源分配，實現最大成本效率，滿足多元化需求。
需求多樣化->網絡多樣化->切片<-網元可以靈活移動-網元之間連接也要靈活
所以，把網絡拆開、細化，就是為了更靈活地應對場景需求。才有了DU和CU這樣的新架構。
接入網、承載網、核心網、空口
接入網是“窗口”，負責把數據收上來；承載網是“卡車”，負責把數據送來送去；核心網呢，就是“管理中樞”，負責管理這些數據，對數據進行分揀，然后告訴它，該去何方。
接入網（RAN）變化
BBU+ RRU+天線
一個基站，通常包括BBU（主要負責信號調制）、RRU（主要負責射頻處理），饋線（連接RRU和天線），天線（主要負責線纜上導行波和空氣中空間波之間的轉換）
最初基站一體化，BBU和RRU被放在一個機房或者一個櫃子
后來RRU被和BBU分開，被有時候掛牆，大部分時放到機櫃里。
在后來，RRU被放到天線身邊，所謂RRU拉遠。也就是分布式基站。
D-RAN
接上，RAN就變成了D-RAN。Distributed RAN（分布式無線接入網）
好處：大大縮短了RRU和天線之間饋線的長度，可以減少信號損耗，也可以降低饋線的成本。可以讓網絡規划更加靈活。畢竟RRU加天線比較小，想怎么放，就怎么放。但是給成本造成了一定的壓力.在D-RAN的架構下，運營商仍然要承擔非常巨大的成本。因為為了擺放BBU和相關的配套設備（電源、空調等），運營商還是需要租賃和建設很多的室內機房或方艙。
C-RAN
於是有了C-RAN，Centralized RAN，集中化無線接入網。除此之外，C還有其他含義。
除了把RRU拉遠，還把BBU集中起來，BBU變成BBU基帶池。分散的BBU變成BBU基帶池之后，更強大了，可以統一管理和調度，資源調配更加靈活！
通過集中化的方式，可以極大減少基站機房數量，減少配套設備（特別是空調）的能耗。另外，拉遠之后的RRU搭配天線，可以安裝在離用戶更近距離的位置。距離近了，發射功率就低了。低的發射功率意味着用戶終端電池壽命的延長和無線接入網絡功耗的降低。
C-RAN下，基站實際上是“不見了”，所有的實體基站變成了虛擬基站。
所有的虛擬基站在BBU基帶池中共享用戶的數據收發、信道質量等信息。強化的協作關系，使得聯合調度得以實現。小區之間的干擾，就變成了小區之間的協作（CoMP），大幅提高頻譜使用效率，也提升了用戶感知。多點協作傳輸(CoMP，Coordinated Multiple Points Transmission/Reception)是指地理位置上分離的多個傳輸點，協同參與為一個終端的數據(PDSCH)傳輸或者聯合接收一個終端發送的數據(PUSCH)。
CU、DU、AAU
在5G網絡中，接入網不再是由BBU、RRU、天線這些東西組成了。而是被重構為3個功能實體：CU(Centralized Unit,集中單元)、DU(Distribute Unit,分布單元)、AAU(Active Antenna Unit,有源天線單元)
CU：原BBU的非實時部分將分割出來，重新定義為CU，負責處理非實時協議和服務。
DU：BBU的剩余功能重新定義為DU，負責處理物理層協議和實時服務。
AAU：BBU的部分物理層處理功能與原RRU及無源天線合並為AAU。
簡而言之，CU和DU，以處理內容的實時性進行區分。AAU就是RRU+天線。
EPC（就是4G核心網）被分為New Core（5GC，5G核心網）和MEC（移動網絡邊界計算平台）兩部分。MEC移動到和CU一起，就是所謂的“下沉”（離基站更近）。
BBU功能拆分、核心網部分下沉，根本原因，就是為了滿足5G不同場景的需要。把網絡拆開、細化，就是為了更靈活地應對場景需求。依據5G提出的標准，CU、DU、AAU可以采取分離或合設的方式，所以，會出現多種網絡部署形態。這些部署方式的選擇，需要同時綜合考慮多種因素，包括業務的傳輸需求（如帶寬，時延等因素）、建設成本投入、維護難度等。
① 與傳統4G宏站一致，CU與DU共硬件部署，構成BBU單元。
② DU部署在4G BBU機房，CU集中部署。
③ DU集中部署，CU更高層次集中。
④ CU與DU共站集中部署，類似4G的C-RAN方式。
舉個例子，如果前傳網絡為理想傳輸（有錢，光纖直接到天線那邊），那么，CU與DU可以部署在同一個集中點。如果前傳網絡為非理想傳輸（沒錢，沒那么多光纖），DU可以采用分布式部署的方式。再例如，如果是車聯網這樣的低時延要求場景，你的DU，就要想辦法往前放（靠近AAU部署），你的MEC、邊緣雲，就要派上用場。
承載網變化
承載網是基礎資源，必須先於無線網部署到位。5G想要滿足以上應用場景的要求，承載網是必須要進行升級改造的。
在5G網絡中，之所以要功能划分、網元下沉，根本原因，就是為了滿足不同場景的需要。前面再談接入網的時候，我們提到了前傳、回傳等概念說的就是承載網。因為承載網的作用就是把網元的數據傳到另外一個網元上。
這里我們再來具體看看，對於前、中、回傳，到底怎么個承載法。
前傳（AAUDU）
1 光纖直連
每個AAU與DU全部采用光纖點到點直連組網。實現起來很簡單，但最大的問題是光纖資源占用很多。隨着5G基站、載頻數量的急劇增加，對光纖的使用量也是激增。所以，光纖資源比較豐富的區域，可以采用此方案。
2 無源WDM方式
將彩光模塊安裝到AAU和DU上，通過無源設備完成WDM功能，利用一對或者一根光纖提供多個AAU到DU的連接。
彩光模塊：光復用傳輸鏈路中的光電轉換器，也稱為WDM波分光模塊。不同中心波長的光信號在同一根光纖中傳輸是不會互相干擾的，所以彩光模塊實現將不同波長的光信號合成一路傳輸，大大減少了鏈路成本。
采用無源WDM方式，雖然節約了光纖資源，但是也存在着運維困難，不易管理，故障定位較難等問題
3 有源WDM/OTN方式
在AAU站點和DU機房中配置相應的WDM/OTN設備，多個前傳信號通過WDM技術共享光纖資源。相比無源WDM方案，組網更加靈活（支持點對點和組環網），同時光纖資源消耗並沒有增加。
OTN（光傳送網，OpticalTransportNetwork），是以波分復用技術為基礎、在光層組織網絡的傳送網，是下一代的骨干傳送網。
中傳（DUCU）和回傳（CU以上）
由於中傳與回傳對於承載網在帶寬、組網靈活性、網絡切片等方面需求是基本一致的，所以可以使用統一的承載方案。主要介紹一下兩種方案，承載網中采用的FlexE分片技術、減低時延的技術、SDN架構等，還需進一步了解。
1 利用分組增強型OTN設備組建中傳網絡，回傳部分繼續使用現有IPRAN架構
IPRAN：是針對IP化基站回傳應用場景進行優化定制的路由器/交換機整體解決方案
2 中傳與回傳網絡全部使用分組增強型OTN設備進行組網
核心網變化
2G組網非常簡單，MSC就是核心網的最主要設備。HLR、EIR和用戶身份有關，用於鑒權。
之所以圖上面寫的是“MSC/VLR”，是因為VLR是一個功能實體，但是物理上，VLR和MSC是同一個硬件設備。相當於一個設備實現了兩個角色，所以畫在一起。HLR/AUC也是如此，HLR和AUC物理合一。
2.5G（GPRS）在之前2G只能打電話發短信的基礎上，有了GPRS，就開始有了數據（上網）業務。於是，核心網有了大變化，開始有了PS核心網。PS，Packet Switch，分組交換，包交換。
GSN：Serving GPRS Support Node，服務GPRS支持節點
GGSN：Gateway GPRS Support Node，網關GPRS支持節點
SGSN和GGSN都是為了實現GPRS數據業務
基站部分跟着變，2.5G到了3G，網絡結構變成了下圖，3G基站，由RNC和NodeB組成。3G除了硬件變化和網元變化之外，還有兩個很重要的思路變化。其中之一，就是IP化。IP化，就是TCP/IP，以太網。網線、光纖開始大量投入使用，設備的外部接口和內部通訊，都開始圍繞IP地址和端口號進行。第二個思路變化，就是分離。具體來說，就是網元設備的功能開始細化，不再是一個設備集成多個功能，而是拆分開，各司其事。
在3G階段，是分離的第一步，叫做承載和控制分離。在通信系統里面，說白了，就兩個（平）面，用戶面和控制面。
用戶面，就是用戶的實際業務數據，就是你的語音數據，視頻流數據之類的。
而控制面，是為了管理數據走向的信令、命令。這兩個面，在通信設備內部，就相當於兩個不同的系統
接着，SGSN變成MME，GGSN變成SGW/PGW，也就演進成了4G核心網。
基站里面的RNC沒有了，為了實現扁平化，功能一部分給了核心網，一部分給了eNodeB。
MME：Mobility Management Entity，移動管理實體
SGW：Serving Gateway，服務網關
PGW：PDN Gateway，PDN網關
在3G到4G的過程中，IMS出現了，取代傳統CS（也就是MSC那些），提供更強大的多媒體服務（語音、圖片短信、視頻電話等）。
到了5G，網絡邏輯結構徹底改變了。5G核心網，采用的是SBA架構（Service Based Architecture，即基於服務的架構）。SBA架構，基於雲原生構架設計，借鑒了IT領域的“微服務”理念。把原來具有多個功能的整體，分拆為多個具有獨自功能的個體。每個個體，實現自己的微服務。
有一個明顯的外部表現，就是網元大量增加了。除了UPF之外，都是控制面。
網元看上去很多，實際上，硬件都是在虛擬化平台里面虛擬出來的。這樣一來，非常容易擴容、縮容，也非常容易升級、割接，相互之間不會造成太大影響（核心網工程師的福音）。
簡而言之，5G核心網就是模塊化、軟件化。就是為了“切片”，就是為了滿足不同場景的需求。
如，在低時延的場景中（例如自動駕駛），核心網的部分功能，就要更靠近用戶，放在基站那邊，這就是“下沉”。下沉不僅可以保證“低時延”，更能夠節約成本，所以，是5G的一個殺手鐧。
MEC（mobile edge coumputing）移動邊緣計算
隨着移動端新業務需求的不斷增加，傳統網絡架構已經無法滿足需求。於是有了基於NFV和SDN技術的雲化核心解決方案，雲計算成為核心網絡架構的演進方向，將所有計算放在雲端處理，終端只做輸入和輸出。
然而隨着5G的到來，終端數量增多、要求更高的帶寬、更低的延遲、更高的密度。於是提出了MEC（mobile edge coumputing）移動邊緣計算的概念，在無線側提供用戶所需的服務和雲端計算功能的網絡架構。用於加速網絡中各項應用的下載，讓用戶享有不間斷的高質量網絡體驗，具備超低時延、超高寬帶、實時性強等特性。
MEC主要優勢，省時、省力、省流量、簡單細致高效。相信會應用在各個領域。
上面提到過，5G使用SBA等技術，分離控制面和用戶面。用戶面的功能由NF負責，控制面的功能由若干NF負責。
UPF即可與核心網控制面一起部署在機房，也可以部署在更靠近用戶的接入端。
如中興的5G MEC解決方案，把UPF下沉到無線側，和CU、移動邊緣應用（ME APP，如視頻集成內容cache、VR視頻渲染APP）一起部署在運營商MCE平台中，就近提供前端服務。
如，直播現場，部署MEC平台，可以調取全景攝像頭拍攝視頻進行清晰的實時回放。低時延、高帶寬。
如，視頻監控，視頻回傳數據量比較大，但大部分畫面是靜止不動，沒有價值的。部署MEC平台，可以提前對內容進行分析處理，提取有價值的畫面和片段進行上傳，價值不高的數據就保存在MEC平台的存儲器中，極大的節省了傳輸資源。
霧計算
與雲計算相比，霧計算所采用的架構更呈分布式，更接近網絡邊緣。霧計算將數據、數據處理和應用程序集中在網絡邊緣的設備中，而不像雲計算那樣將它們幾乎全部保存在雲中。數據的存儲及處理更依賴本地設備，而非服務器。所以，雲計算是新一代的集中式計算，而霧計算是新一代的分布式計算，符合互聯網的"去中心化"特征。
霧計算不像雲計算那樣，要求使用者連上遠端的大型數據中心才能存取服務。除了架構上的差異，雲計算所能提供的應用，霧計算基本上都能提供，只是霧計算所采用的計算平台效能可能不如大型數據中心。
霧計算是以個人雲，私有雲，企業雲等小型雲為主，它有幾個明顯特征:低延時和位置感知，更為廣泛的地理分布，適應移動性的應用，支持更多的邊緣節點。這些特征使得移動業務部署更加方便，滿足更廣泛的節點接入。
"雲計算"可以簡單地理解為網絡計算，因為雲的概念即是指網絡。而"霧計算"則可以簡單地理解為局域網計算，霧的概念可以代指分布式的局域網絡。雲計算與霧計算各有優缺點，可以相輔相成，同時又有競爭。
一般而言，霧計算和邊緣計算的區別在於，霧計算更具有層次性和平坦的架構，其中幾個層次形成網絡，而邊緣計算依賴於不構成網絡的單獨節點。霧計算在節點之間具有廣泛的對等互連能力，邊緣計算在孤島中運行其節點，需要通過雲實現對等流量傳輸。
5G中的NFV和SDN
未來5G網絡將是基於SDN、NFV和雲計算技術的更加靈活、智能、高效和開放的網絡系統。5G網絡架構包括接入雲、控制雲、轉發雲3各域。接入雲支持多種無線制式的接入，融合集中式、分布式兩種無線接入網架構，適應各種類型的回傳鏈路，實現靈活的組網部署和更高效的無線資源管理。
5G網絡支持網絡分片功能，為不同業務場景、用戶，虛擬專用的網絡資源。各網絡系統的虛擬化、分層化演進，將使網絡信息傳送能力的統一控制得到實現。
NFV（Network Function Virtualization，網絡功能虛擬化）/SDN（Software Defined Network，軟件定義網絡）架構引入，控制承載進一步分離，各系統同平台部署，系統互通和協同工作更為方便。
SDN是一種新興的、控制與轉發分離並直接可編程的網絡架構，其核心是將傳統網絡設備緊耦合的網絡架構解耦成應用、控制、轉發三層分離的架構，並通過標准實現網絡的集中管控和網絡應用的可變成性。
目前SDN主要部署在數據中心之間，針對移動無線網絡部署方案及架構還在討論中。
NFV是一種通過硬件最小化來減少依賴的硬件的更靈活和簡單的網絡發展模式。其實質是將網絡功能從專用硬件設備中剝離出來。實現軟件和硬件解耦后的各自獨立，基於通用的計算、存儲、網絡設備並根據需要實現網絡功能及其動態靈活的部署。
5G網絡架構的三朵雲。藍色的無線接入雲，支持控制和承載分離、接入資源的的協同管理，滿足未來多種的部署場景。
紅色的控制雲，實現網絡控制功能集中，網元功能具備虛擬化、軟件及其重構性，支持第三方網絡能力開放。
綠色的轉發雲，將控制功能剝離，轉發功能靠近各個基站，將不同的業務能力與轉發能力融合。
其中，網絡控制功能會根據物理區域進行划分，具體分為本地、區域和全局集中3種，一般來說控制功能會部署在數據中心，並通過北向接口來實現移動性管理、會話管理、資源控制和路由尋址等功能。
總體來看，SDN是連接控制雲和轉發雲的關鍵；NFV將轉發雲設備和多個控制雲中的網元用通用設備來替代，從而節省成本。3朵雲中的資源調度、彈性擴展和自動化管理都是依賴雲計算平台。
NFV負責虛擬網元，形成“點”，SDN負責網絡連接，形成“線”，而所有這些網絡連接，都是部署在虛擬化的雲平台中，雲計算形成了“面”。
NFV主要負責網絡功能的軟件和虛擬化，並保持功能不變。軟件化是基於雲計算平台的基礎設施，虛擬化是充分利用IT設備資源的低成本和靈活性，但並非所有網絡功能都需要被虛擬化。
SVN技術追求的是網絡控制和承載的分離，將傳統分布式路由計算轉變為集中式、流標下發的方式，在網絡抽象層面上，將基於分組的轉發顆粒度轉為基於流的轉發顆粒度，同時根據策略進行業務流處理。
NAS、RRC、PDCP
NAS（Non-Access Stratum，非接入層）和AS（Access Stratum，接入層）
NAS協議處理UE和CN之間信息的傳輸，傳輸的內容可以是用戶信息或控制信息（如業務的建立、釋放或者移動性管理信息）。NAS消息一定程度上獨立於下面的AS協議結構，與采樣什么樣的無線接入網無關（可以是GSM、GPRS、WCDMA）。控制平面的NAS消息有CM、MM、SM以及GMM等。用戶平面的網絡層NAS協議是IP（分組交換），電路交換業務不需要。NAS消息的傳輸要基於底層的AS協議。AS是無線接入網采用的協議。
AS協議包括：無線接口協議，Iub協議以及Iu協議。其中的無線接口協議是UE與UTRAN間的協議，協議的高層（包括MAC、RLC、RRC等）位於UE和RNC之間，而底層（PHY）位於UE和NodeB之間。
RRC（Radio Resource Control）無線資源控制協議，RRC是處理UE(User Equipment)和eNodeB(Evolved Node-B)之間控制平面的第三層信息。層一為物理層（PHY），層二為媒體接入控制子層（MAC）、無線鏈路控制子層（RLC）和分組數據會聚協議子層（PDCP），層三為無線資源控制層（RRC）。其中物理層是無線接入系統最底層，它以傳輸信道為接口，向上層提供服務。RRC對無線資源進行分配並發送相關信令，UE和UTRAN之間控制信令的主要部分是RRC消息，RRC消息承載了建立、修改和釋放層2和物理層協議實體所需的全部參數，同時也攜帶了NAS(非接入層）的一些信令，如MM、CM、SM等。
LTE中RRC只有兩個狀態：RRC_CONNECTED狀態和RRC_IDLE狀態。當已經建立了RRC連接，則UE處在RRC_CONNECTED狀態。如果沒有建立RRC連接，即UE處在RRC_IDLE狀態。在RRC不同狀態下的操作如下。
●RRC_IDLE：
（1）PLMN選擇。
（2）接收高層配置DRX。
（3）獲取系統信息廣播。
（4）監控尋呼信道，檢測到達的尋呼。
（5）進行鄰區測量和小區選擇和重選。
（6）UE獲取唯一標識其跟蹤區的ID。
●RRC_CONNECTED：
（1）E-UTRAN可以傳輸給UE或從UE接收單播數據。
（2）eNodeB可以控制UE的DRX配置。
（3）網絡控制的移動性，即切換和具有網絡協助（NACC）到GERAN的小區變更命令。
（4）UE可以進行以下過程。
a．監控一個尋呼信道和SIB1（SystemInformationBlockType1）的內容，來檢測系統信息改變，具有ETWS能力的UE檢測ETWS通知。
b．監控相關的控制信道，確定是否有給自己的數據調度。
c．提供信道質量和反饋信息。
d．進行鄰區測量和測量上報。
e．獲取系統信息。
PDCP(Packet Data Convergence Protocol)分組數據匯聚協議 。PDCP位於RLC子層之上，是L2的最上面的一個子層，只負責處理分組業務的業務數據。PDCP主要用於處理空中接口上承載網絡層的分組數據，例如IP數據流。
LTE系統PDCP協議層的主要目的是發送或接收對等PDCP實體的分組數據。該子層主要完成以下幾方面的功能：IP包頭壓縮與解壓縮、數據與信令的加密，以及信令的完整性保護。
在控制平面，加密和完整性保護是必選功能；而在用戶平面，可靠頭壓縮（ROHC）為必選功能，數據加密為可選功能，這里的數據既可以是用戶數據，也可以是應用層信令，如SIP、RTCP等。
PDCP向位於UE側的RRC和用戶平面的上層，或者向eNodeB側的中繼提供業務，包括用戶平面數據的傳輸、控制平面數據的傳輸、頭壓縮、加密、完整性保護等。
PDCP層可以向下層提供的業務包括：透明數據傳輸業務、確認的數據傳輸業務（包括對PDCP PDU傳輸成功的指示）、非確認的數據傳輸業務（按序傳輸、包復制或丟棄處理）等。
具體來講，PDCP層的用戶平面包括如下功能。
● 頭壓縮與解壓縮，只支持一種壓縮算法，即ROHC算法。
● 用戶平面的數據傳輸，即從NAS子層接收PDCP SDU數據轉發給RLC層，反之亦然。
● RLC AM的PDCP重建立流程時對上層PDU的順序遞交。
● RLC AM的PDCP重建立流程時對下層SDU的重復檢測。
● RLC AM切換時對PDCP SDU的重傳。
● 數據加密。
● 上行基於定時器的SDU丟棄。
PDCP層控制平面包括的具體功能如下。
● 加密與完整性保護。
● 控制平面的數據傳輸，即從RRC層接收PDCP SDU數據，並轉發給RLC層，反之亦然。
與UMTS系統中的PDCP層相比較，LTE系統中的PDCP層呈現出以下特征。
● 壓縮算法簡單，僅支持一種壓縮算法。
● 不支持無損重定位。
● 需支持加密。
PDCP實體
PDCP實體位於PDCP層。對於一個UE，可以定義多個PDCP實體。每個用於攜帶用戶平面數據的PDCP實體可以配置使用頭壓縮技術，每個PDCP實體攜帶一個無線承載的數據。當前協議版本中，只支持ROHC協議，每個PDCP實體最多只能用一個ROHC實例。
一個PDCP實體是關聯控制平面還是用戶平面，主要取決於它為哪種無線承載攜帶數據。
作者：雪海無涯
鏈接：https://www.jianshu.com/p/f9c013ac8eff
來源：簡書
著作權歸作者所有。商業轉載請聯系作者獲得授權，非商業轉載請注明出處。