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核心网怎么这么难

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大家好,今天我们来说说核心网。

长期关注小枣君的朋友们一定知道,我是一个典型的“核心网恐惧症”患者。一直以来,我都在给大家灌输一个思想,那就是——

大家看我写的文章,从基站到手机,从卫星到海缆,可以说是覆盖了通信的各个领域,但是,唯独核心网,极少涉及。

而实际上,我是一个正儿八经、根正苗红的核心网工程师——我在Z司工作了整整十一年,一直都隶属于核心网部门。

之所以我这样一个老司机都不肯写自己最擅长的专业,就是因为,即使以我十余年的道行,都很难把它说得通俗易懂。

不过今天,我实在是忍(zi)无(xun)可(si)忍(lu),决定霸王硬上弓,给大家做一期属于核心网的专题——

什么是核心网?

核心网的英文叫Core Network(核心网络),简称CN,嗯,没错,和我们伟大祖国的英文简称是一样的。

关于核心网的定义,大家千万别去看百度百科,里面的说法要么是废话,说了等于没说,要么不是人话,完全看不懂。

那究竟该怎么定义呢?

说实话,迄今为止,我没有见到任何一个能让人满意的回答。

不是我故弄玄虚,而是这个概念真的很难定义——如果从广义的角度来解释,很难划定边界,如果从狭义的角度来解释,又没有任何一个实体准确与之对应。

它实际上是一个集合,是很多“具有特定功能的设备”的统称。

为了方便理解,大家可以把核心网视为一个“非常复杂的加强版路由器”。

通信网络的三大组成部分:接入网、承载网、核心网

接入网是“窗口”,负责把数据收上来;承载网是“卡车”,负责把数据送来送去;核心网呢,就是“管理中枢”,负责管理这些数据,对数据进行分拣,然后告诉它,该去何方。

因此,如果你立志要从事核心网,恭喜你,《电磁场和电磁波》可以扔了!不过,请去隔壁计算机那边,借一本《计算机网络(自顶向下方法)》。

核心网之所以复杂,其实是人为造成的。再具体一点说,就是因为市场的需要。用户产生欲望,市场制造欲望,欲望越多,需求越多,需求越多,业务越多。业务越多,设备越多,接口越多,网络越复杂。

整个通信,亦是如此。

最早的时候,固定电话网的核心网,说白了就是把电线两头的电话连接起来,这种交换,非常简

后来,用户数量越来越多,网络范围越来越大,开始有了分层。

网络架构也复杂了,有了网元。网元就是Net Element(网络单元),简称NE,是具有某种功能的网络单元实体。

同时,我们要识别和管理用户了——不是任何一个用户都允许用这个通信网络。只有被授权的合法用户,才能使用。

于是,多了一堆和用户有关的设备(网元)。简而言之,它们的核心任务只有三个:认证、授权和记账。

认证,就是看你是不是合法用户,有没有密钥。

授权,就是看你有权限做什么事,哪些服务可以用,哪些不能用。

记账,就是看你做了哪些事,然后记录下来,收你的钱。

再后来,有了无线通信,连接用户的方式变了,从电话线变成无线电波,无线接入网诞生。接入网变了,核心网也要跟着变,于是有了无线核心网。

再再后来,有了2G,3G,4G。

每一代通信标准,每一项具体制式,都有属于自己的网络架构,自己的硬件平台,自己的网元,自己的设备。

硬件平台随时代发展(以某厂家为例)  

于是,这个网络就变得空前复杂。

这张图,只是一个LTE而已。。。

为什么每一代新通信标准出现,都要换新的设备呢?

主要原因在于:

第一,因为用户数量激增,无线速率激增,所以网络设备的数据处理能力必须随之激增。处理器的运算速度激增,设备单板端口数量和带宽激增(电口变光口),内部线路(总线)的带宽激增。

就像我们的电脑一样,以前是586,1M网卡,后来是奔腾处理器,100M网卡,现在是酷睿处理器,1000M网卡。

这就是升级换代,速度和性能的提升。

第二,就是我前面说的,业务变得无比复杂了。

最开始是打电话,后来多了发短信,再后来,多了上网(数据业务)。

你以为就这三种简单业务?细究起来,远远不止啊:

以前是后付费,你打电话,我记账,月底给你账单。后来,有了预付费,你先存钱,你打电话的同时,我随时盯着你,只要你的余额一用完,我立刻掐掉你的电话。为了实现“预付费”这个功能,我们多了“智能网”设备。

以前发文本短信,后来要发彩信。

以前电话振铃就是嘟嘟嘟,后来有了彩铃。

以前电话号码是正常位数,现在多了短号码,多了集团用户,多了特服号码(不是你想的那种“特殊服务”啊,是110,119,120这种特殊情况服务号码)。更别说还有变态的一卡双号和一号双卡。

以前上网就是统一按流量收费,现在有了定向免流量(像腾讯大王卡这样)。

……

所有这些特殊的业务,都带来了新网元,新设备,新功能,从而导致整个核心网,越来越庞大,越来越复杂。

不要看了,会抑郁的
小枣君仔细思考过无线和核心网的难点。

我个人认为,无线的难,难在空中接口、信道。站在研发的角度,编解码方式的设计、调制解调方式的设计、天线的设计、算法、仿真等,都难。然后,网络的性能指标、参数设置、手机状态、阀值、兼容问题等,也难(尤其是对网优工程师)。

但是,终究都是围绕空口这一个接口转,标准流程并不算复杂,涉及的网元也不多。

而且,对于一线工程师来说,理论部分都是顶层设计好的,不需要改动(例如前面说的编码方式、信道设计、物理层结构),所以,实际工作中,这一方面要好一些。更多的工作难度,是来自于基站的数量。一个项目,几千个站,需要把它们都照顾好,经常要下站点,是体力上的考验、困难。

但是,核心网恰好相反。核心网,就是路由交换,打包发包,围着协议栈、TCP/IP、OSI模型、报文转,没有空间波那些高深的理论,也不需要想破头去考虑如何突破速率瓶颈和对抗干扰。

但是,它涉及的功能性网元种类多,网元与网元之间的接口非常多。不同的接口,使用的是不同的协议,要记住的协议细节很多。

数不清的接口

而且,核心网有各种业务,例如短信、智能网、VoLTE等,业务的流程非常复杂,涉及到很多网元的配合,甚至跨网络类型(例如同时接入3GPP无线和Non-3GPP无线)。

核心网业务流程举例
所以,核心网的一线工程师之所以难当,就是难在业务流程、业务对接和协议参数上。此外,就是各种网元的各种数据配置项,非常复杂。再有一个,复杂的网络,一旦出现问题,排查起来非常困难。

不过和无线相比,核心网有一点优势,就是KPI指标。无线非常关注指标,而核心网对指标其实并不是特别care。不是指标不重要,而是说,核心网,要么就是对的,要么就是错的,一旦能接通,就每次都能,不存在说有时候成功,有时候失败。而无线空口的话,就说不准了。

除了技术难度的压力外,核心网因为承载动辄百万千万的用户,一旦出事,就是大事,所以精神压力会远远大于无线工程师,这是另话。

正是因为核心网的技术难度,加上责任艰巨,使得核心网工程师在同行面前,拥有相当不错的“江湖地位”。

不过,这个地位仅限于精神上,至于说经济地位,很抱歉,这是不存在的,你就不要想太多了……

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