前一段時間自己一直在做某市的5G試點計畫，對5G的無線接入網相關技術有了更深入的認識。因此，希望透過無線接入網為線索（行話叫錨點），幫大家梳理一下無線側接入網+承載網+核心網的架構，這裏以接入網為主，其他兩個網路的很多技術細節由於筆者研究的並不足夠深入，因此以幫助大家入門為主。
在我們正式講解之前，我想透過這張網路簡圖幫助大家認識一下全網的網路架構，透過對全網架構的了解，將方便您對後面每一塊網路細節的理解。
這張圖分為左右兩部份，右邊為無線側網路架構，左邊為固定側網路架構。
無線側：手機或者集團客戶透過基站接入到無線接入網，在接入網側可以透過RTN或者IPRAN或者PTN解決方案來解決，將訊號傳遞給BSC/RNC。在將訊號傳遞給核心網，其中核心網內部的網元透過IP承載網來承載。
固網側：家客和集客透過接入網接入，接入網主要是GPON，包括ONT、ODN、OLT。訊號從接入網出來後進入都會網路，都會網路又可以分為接入層、匯聚層和核心層。BRAS為都會網路的入口，主要作用是認證、鑒定、計費。訊號從都會網路走出來後到達骨幹網，在骨幹網處，又可以分為接入層和核心層。其中，移動叫CMNET、聯通叫169、電信叫163。
固網側和無線側之間可以透過光纖進行傳遞，遠距離傳遞主要是有波分產品來承擔，波分產品主要是透過WDM+SDH的升級版來實作對大量訊號的承載，OTN是一種訊號封裝協定，透過這種訊號封裝可以更好的在波分系統中傳遞。
最後訊號要透過防火墻到達INTERNET，防火墻主要就是一個NAT，來實作一個地址的轉換。這就是整個網路的架構。
看完宏觀的架構，讓我們深入進每個部份，去深入解讀一下吧。
由於我們的手機打電話或者上網時，訊號首先抵達的就是無線接入網，因此這裏我們從無線接入網開始談起。
本文原載自個人微信公眾號：beyondall_zhao，本文以下內容，修改自好友小棗君的個人微信公眾號:鮮棗課堂（xz classcom）的2篇原創文章。
【關於5G接入網，看這一篇就夠了】，連結如下： https:// mp.weixin.qq.com/s/77rk NdCBU9ohSwuub-u-Mg
【從2G到5G，核心網，你到底經歷了什麽？】，連結如下： 從2G到5G，核心網，你到底經歷了什麽？ ，並已獲得原作者授權。
接下來，讓我們進入正文，先回答：什麽是無線 接入網 ？
首先大家看一下這個簡化版的行動通訊架構圖：
無線接入網 ，也就是通常所說的 RAN（Radio Access Network） 。
簡單地講，就是把所有的手機終端，都接入到通訊網路中的網路。
大家耳熟能詳的 基站 （BaseStation），就是屬於 無線接入網（RAN） 。
無線基站
雖然我們從1G開始，歷經2G、3G，一路走到4G，號稱是技術飛速演進，但整個通訊網路的邏輯架構，一直都是：手機→接入網→承載網→核心網→承載網→接入網→手機。
通訊過程的本質，就是編碼解碼、調變解調、加密解密。
要做的事情就這麽多，各種裝置各司其職，完成這些事情。
通訊標準更新換代，無非是裝置改個名字，或者挪個位置，功能本質並沒有變化。
基站系統，乃至整個無線接入網系統，亦是如此。
一個基站，通常包括BBU（主要負責訊號調變）、RRU（主要負責射頻處理），饋線（連線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）。
基站的組成部份
在最早期的時候，BBU，RRU和供電單元等裝置，是 打包 塞在一個櫃子或一個機房裏的。
基站一體化
後來，慢慢開始發生變化。
怎麽變化呢？通訊磚家們把它們拆分了。
首先，就是把RRU和BBU先給拆分了。
硬體上不再放在一起，RRU通常會掛在機房的墻上。
BBU有時候掛墻，不過大部份時候是在機櫃裏。
機櫃裏的BBU
再到後來，RRU不再放在室內，而是被搬到了天線的身邊（所謂的「 RRU拉遠 」），也就是分布式基站DBS3900，我們的余承東總裁當年在聖無線的時候就是負責這方面變革的專家，該產品一出解決了歐洲營運商的剛需，為開啟歐洲市場立下了汗馬功勞。
天線+RRU
這樣，我們的RAN就變成了 D-RAN ，也就是 Distributed RAN （分布式無線接入網）。
這樣做有什麽好處呢？
一方面，大大縮短了RRU和天線之間饋線的長度，可以減少訊號損耗，也可以降低饋線的成本。
另一方面，可以讓網路規劃更加靈活。畢竟RRU加天線比較小，想怎麽放，就怎麽放。
說到這裏，請大家註意： 通訊網路的發展演進，無非就是兩個驅動力，一是為了更高的效能，二是為了更低的成本 。
有時候成本比效能更加重要，如果一項技術需要花很多錢，但是帶來的報酬少於付出，它就很難獲得廣泛套用。
RAN的演進，一定程度上就是 成本壓力 帶來的結果。
在 D-RAN 的架構下，營運商仍然要承擔非常巨大的成本。因為為了擺放BBU和相關的配套裝置（電源、空調等），營運商還是需要租賃和建設很多的室內機房或方艙。
大量的機房=大量的成本
於是，營運商就想出了 C-RAN 這個解決方案。
C-RAN ，意思是 Centralized RAN ， 集中化無線接入網 。這個C，不僅代表集中化，還代表了別的意思：
相比於D-RAN，C-RAN做得更絕。
除了RRU拉遠之外，它把BBU全部都集中關押起來了。關在哪了？中心機房（CO，Central Office）。
這一大堆BBU，就變成一個BBU基頻池。
C-RAN這樣做，非常有效地解決了前文所說的成本問題。
可能在沒有接觸一線業務的時候，我們總以為裝置執行後，營運商大量的前都用到了網路裝置的維護中，但透過前期的勘測，我才了解到，營運商支持最大的成本不是通訊裝置維護，也不是僱用維護人員，而是電費！
在整個行動通訊網路中，基站的能耗占比大約是……
72%
在基站裏面，空調的能耗占比大約是……
56%
傳統方式機房的功耗分析
采用C-RAN之後，透過集中化的方式，可以 極大減少基站機房數量 ，減少配套裝置（特別是空調）的能耗。
若幹小機房，都進了大機房
機房少了，租金就少了，維護費用也少了，人工費用也跟著減少了。這筆開支節省，對飽受經營壓力之苦的營運商來說，簡直是久旱逢甘霖。
另外，拉遠之後的RRU搭配天線，可以安裝在離使用者更近距離的位置。距離近了，發射功率就低了。
低的發射功率意味著 使用者終端電池壽命的延長 和 無線接入網路功耗的降低 。說白了，你手機會更省電，待機時間會更長，營運商那邊也更省電、省錢！
更重要一點，除了營運商可以省錢之外，采用C-RAN也會帶來很大的社會效益，減少大量的碳排放（CO2）。
此外，分散的BBU變成 BBU基頻池 之後，更強大了，可以統一管理和排程，資源調配更加靈活！
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基頻池中共享使用者的數據收發、通道品質等資訊。強化的協作關系，使得聯合排程得以實作。小區之間的幹擾，就變成了小區之間的協作（CoMP），大幅提高頻譜使用效率，也提升了使用者感知。
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)。
此外，BBU基頻池既然都在CO（中心機房），那麽，就可以對它們進行 虛擬化 了！
虛擬化 ，就是 網元功能虛擬化（NFV） 。簡單來說，以前BBU是專門的硬體裝置，非常昂貴，現在，找個x86伺服器，裝個虛擬機器（VM，Virtual Machines），執行具備BBU功能的軟體，然後就能當BBU用啦！
這樣又可以幫客戶節省好多的經費，不過這項技術短期內主要還是套用於核心網的網元中，前一段時間刷屏的亞馬遜上銷售的僅需每月90美元的核心網裝置，就是利用這項核心技術。具體的我們留到後面再說，這裏讓我們繼續聚焦於接入網。
正因為C-RAN這種集中化的方式會帶來巨大的成本削減，所以，受到營運商的歡迎和追捧。
到了5G時代，接入網又發生了很大的變化。
在5G網路中，接入網不再是 由BBU 、 RRU 、 天線 這些東西組成了。而是被重構為以下3個功能實體：
CU： 原BBU的非即時部份將分割出來，重新定義為CU，負責處理非即時協定和服務。
AAU ：BBU的部份實體層處理功能與原RRU及無源天線合並為AAU。
DU ：BBU的剩余功能重新定義為DU，負責處理實體層協定和即時服務。
簡而言之，CU和DU，以處理內容的即時性進行區分。
簡單來說，AAU=RRU+天線
如果還不太清楚，我們看一下下面這張圖：
註意，在圖中，EPC（就是4G核心網）被分為New Core（5GC，5G核心網）和MEC（行動網路邊界計算平台）兩部份。MEC移動到和CU一起，就是所謂的「下沈」（離基站更近）。
核心網部份功能下沈
之所以要 BBU功能拆分 、 核心網部份下沈 ，根本原因，就是為了滿足5G不同場景的需要。
5G是一個「萬金油」網路，除了網速快之外，還有很多的特點，例如時延低、支持海量連線，支持高速移動中的手機，等等。
不同場景下，對於網路的特性要求（網速、時延、連線數、能耗...），其實是不同的，有的甚至是矛盾的。
例如，你看高畫質演唱會直播，在乎的是畫質，時效上，整體延後幾秒甚至十幾秒，你是沒感覺的。而你遠端駕駛，在乎的是時延，時延超過10ms，都會嚴重影響安全。
所以，把網路拆開、細化，就是為了更靈活地應對場景需求。
說到這裏，就要提到5G的一個關鍵概念—— 「切片」 。
切片，簡單來說，就是把一張物理上的網路，按套用場景劃分為N張邏輯網路。不同的邏輯網路，服務於不同場景。
不同的切片，用於不同的場景
網路切片，可以最佳化網路資源分配，實作最大成本效率，滿足多元化要求。
可以這麽理解，因為需求多樣化，所以要網路多樣化；因為網路多樣化，所以要切片；因為要切片，所以網元要能靈活移動；因為網元靈活移動，所以網元之間的連線也要靈活變化。
所以，才有了DU和CU這樣的新架構。
依據5G提出的標準，CU、DU、AAU可以采取分離或合設的方式，所以，會出現多種網路部署形態：
回傳、中傳、前傳，是不同實體之間的連線
上圖所列網路部署形態，依次為：
① 與傳統4G宏站一致，CU與DU共硬體部署，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。
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（如頻寬，時延等因素）、建設成本投入、維護難度等。
舉個例子，如果前傳網路為理想傳輸（有錢，光纖直接到天線那邊），那麽，CU與DU可以部署在同一個集中點。如果前傳網路為非理想傳輸（沒錢，沒那麽多光纖），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。
好了，透過前面的講解，我們應該已經大體對5G接入網的概念有了一定程度地了解，那麽接下來我們再來簡單地談一談5G承載網。
二、5G承載網
有同學就問，5G不僅僅只在接入網有變化，在即將到來的5G時代，5G的承載網和傳送網會是個什麽樣子，會采用什麽黑科技？
業界有一句話，就是承載先行。這也體現了承載網的重要性，為什麽說它重要呢？因為承載網是基礎資源，必須先於無線網部署到位。前面我們提到過5G的主要優點，總結而言，就三個：
5G想要滿足以上套用場景的要求，承載網是必須要進行升級改造的。
註意！劃重點啦！下面這段文字很重要！
在5G網路中，之所以要功能劃分、網元下沈，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。
這裏我們再來具體看看，對於前、中、回傳，到底怎麽個承載法。
首先看 前傳（AAU↔DU） 。主要有三種方式：
第一種， 光纖直連方式 。
每個AAU與DU全部采用光纖點到點直連組網，如下圖：
這就屬於典型的「土豪」方式了，實作起來很簡單，但最大的問題是光纖資源占用很多。隨著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。
第二種， 無源WDM方式 。
將彩光模組安裝到AAU和DU上，透過無源裝置完成WDM功能，利用一對或者一根光纖提供多個AAU到DU的連線。如下圖：
什麽是彩光模組？
光復用傳輸鏈路中的光電轉換器，也稱為WDM波分光模組。不同中心波長的光訊號在同一根光纖中傳輸是不會互相幹擾的，所以彩光模組實作將不同波長的光訊號合成一路傳輸，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，但是也存在著運維困難，不易管理，故障定位較難等問題。
第三種， 有源WDM/OTN方式 。
在AAU站點和DU機房中配置相應的WDM/OTN裝置，多個前傳訊號透過WDM技術共享光纖資源。如下圖：
這種方案相比無源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。
看完了前傳，我們再來看看 中傳（DU↔CU）和回傳（CU以上） 。
由於中傳與回傳對於承載網在頻寬、組網靈活性、網路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。
主要有兩種方案：
利用分組增強型OTN裝置組建中傳網路，回傳部份繼續使用現有IPRAN架構。
中傳與回傳網路全部使用分組增強型OTN裝置進行組網。
這裏我們僅僅對承載網做了最簡單的講解，至於承載網中采用的FlexE分片技術、減低時延的技術、SDN架構等等想了解的小夥伴建議自己查一查。
最後對5G承載網做一下總結：
三、5G核心網
由於核心網是我認為最難的一塊網路，涉及的產品非常多，實話說我也還沒有理解透，因此這裏采用從2G到5G核心網演進的方式，幫助大家初步了解核心網。尤其會重點說一說，馬上進入5G時代了，我們的核心網究竟會變成什麽樣子。
2G的核心網裝置，是這樣的：
2G核心網裝置
大大寬寬的機櫃，有好幾層機框，然後每層機框插了很多的單板。單板很薄很輕，面板是塑膠的，很容易壞。
這個裝置，名字就叫 MSC（Mobile Switching Center） ，移動交換中心。
我們來看看當時的網路架構圖：
2G網路架構
可以看出來，組網非常簡單，MSC就是核心網的最主要裝置。HLR、EIR和使用者身份有關，用於鑒權。
註意：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是同一個硬體裝置。相當於一個裝置實作了兩個角色，所以畫在一起。HLR/AUC也是如此，HLR和AUC物理合一。
後來，到了2.5G。是的沒錯，2G和3G之間，還有一個2.5G——就是GPRS。
在之前2G只能打電話發簡訊的基礎上，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。
紅色部份為PS交換
SGSN：Serving GPRS Support Node，服務GPRS支持節點
GGSN：Gateway GPRS Support Node，閘道器GPRS支持節點
SGSN和GGSN都是為了實作GPRS數據業務
很快，基站部份跟著變，2.5G到了3G，網路結構變成了這樣：
（為了簡單，HLR等網元我就沒畫了）
3G基站，由RNC和NodeB組成。
到了3G階段，裝置商的硬體平台進行徹底變革升級。
機架內部
（單板比2G重，而且面板都是金屬的）
機框後側
（主要是提供網線、時鐘線、訊號線介面）
大家不要小看了硬體平台，實際上，就像最開始 華為的C&C08 、 中興的ZXJ10 一樣，裝置商自家的很多不同業務的裝置，都是基於同一個硬體平台進行開發的。不可能每個裝置都單獨開發硬體平台，既浪費時間和精力，又不利於生產和維護。
穩定可靠且處理能力強大的硬體平台，是產品的基石。
3G除了硬體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。
以前是TDM電路，就是E1線，中繼電路。
粗重的E1線纜
IP化，就是TCP/IP，乙太網路。網線、光纖開始大量投入使用，裝置的外部介面和內部通訊，都開始圍繞IP地址和埠號進行。
硬體平台上的光纖
第二個思路變化，就是分離。
具體來說，就是網元裝置的功能開始細化，不再是一個裝置整合多個功能，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。
在通訊系統裏面，說白了，就兩個（平）面，使用者面和控制面。如果不能理解兩個面，就無法理解通訊系統。
使用者面，就是使用者的實際業務數據，就是你的語音數據，視訊流數據之類的。
而控制面，是為了管理數據走向的信令、命令。
這兩個面，在通訊裝置內部，就相當於兩個不同的系統，
2G時代，使用者面和控制面沒有明顯分開。3G時代，把兩個面進行了分離。
接著，SGSN變成MME，GGSN變成SGW/PGW，也就演進成了4G核心網：
4G LTE網路架構
（註意，基站裏面的RNC沒有了，為了實作扁平化，功能一部份給了核心網，一部份給了eNodeB）
MME：Mobility Management Entity，移動管理實體
SGW：Serving Gateway，服務閘道器
PGW：PDN Gateway，PDN閘道器
演進到4G核心網之前，硬體平台也提前升級了。
華為的USN系列，開始啟用ATCA/ETCA平台（後來MME就用了它），還有UGW平台（後面PGW和SGW用了它，PGW和SGW物理上是一體的）。
中興ATCA機框
ATCA：Advanced Telecom Computing Architecture，先進電信計算架構
ETCA：enhanced ATCA，增強型ATCA
中興xGW（T8000）硬體平台
其實就是一個大路由器
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、圖片簡訊、視訊電話等）。IMS，使用的也主要是ATCA平台。
前面所說的V3平台，實際上很像一個電腦，有處理器（MP單板），有網卡（乙太網路介面卡，光纖介面卡）。而V4的ATCA平台，更像一台電腦了，前面你也看到了，名字就叫「先進電信計算平台」，也就是「電信伺服器」嘛。
確切說，ATCA裏面的業務處理單板，本身就是一台單板造型的「小型化電腦」，有處理器、記憶體、硬碟，我們俗稱「刀片」。
ATCA業務處理板——「刀片」
（沒找到中興的，只能放個華為的）
既然都走到這一步，原來的專用硬體，越做越像IT機房裏面的x86通用伺服器，那麽，不如幹脆直接用x86伺服器吧。
於是乎，虛擬化時代，就到來了。
虛擬化，就是網元功能虛擬化（ N etwork F unction V irtualization， NFV ）。
說白了，硬體上，直接采用HP、IBM等IT廠家的x86平台通用伺服器（目前以刀鋒伺服器為主，節約空間，也夠用）。
軟體上，裝置商基於openstack這樣的開源平台，開發自己的虛擬化平台，把以前的核心網網元，「種植」在這個平台之上。
網元功能軟體與硬體實體資源分離
註意了，虛擬化平台不等於5G核心網。也就是說，並不是只有5G才能用虛擬化平台。也不是用了虛擬化平台，就是5G。
按照慣例，裝置商先在虛擬化平台部署4G核心網，也就是，在為後面5G做準備，提前實驗。
硬體平台，永遠都會提前準備。
好了，上面說了5G核心網的硬體平台，接下來，我們仔細說說5G核心網的架構。
到了5G，網路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）。名字比較好記，呵呵…
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，實作自己的微服務。
單體式架構（Monolithic）→ 微服務架構（Microservices）
這樣的變化，會有一個明顯的外部表現，就是網元大量增加了。
紅色虛線內為5G核心網
除了UPF之外，都是控制面
這些網元看上去很多，實際上，硬體都是在虛擬化平台裏面虛擬出來的。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核心網就是模組化、軟體化 。
5G核心網之所以要模組化，還有一個主要原因，就是為了 「切片」 。
很多人覺得「切片」很難，其實並非如此。
切片，就是「多種人格」。同一樣東西，具有不同的特性，以應對不同的場景，也有點像「瑞士軍刀」。
5G是一個天下一統的網路，通吃所有使用者。設計之初，就需要它應對各種需求。
既然網路用途不同，當然要見招拆招。以一個死板的固定網路結構去應對，肯定是不行的。只有拆分成模組，靈活組隊，才能搞定。
網路切片
例如，在低時延的場景中（例如自動駕駛），核心網的部份功能，就要更靠近使用者，放在基站那邊，這就是「下沈」。
部份核心網功能，「下沈」到了MEC
下沈不僅可以保證「低時延」，更能夠節約成本，所以，是5G的一個殺手鐧。
以上，就是從2G到5G，核心網整個的演進過程和思路。並不難理解吧？
簡單概括，就是拆分、拆分、再拆分，軟體、軟體、更軟體。
在將來，核心網的硬體和IT行業的硬體一樣。而核心網的軟體，就變成手機上面的app一樣。
透過以上的講解希望對大家理解無線通訊的網路架構有所幫助！
