CN115988535A - 一种5g专网核心网系统 - Google Patents

Abstract

本申请属于核心网技术领域，涉及一种5G专网核心网系统，包括：核心网主机、微基站、专网服务器以及管理平台；所述核心网主机分别与所述微基站、所述专网服务器以及所述管理平台电连接；所述核心网主机包括：处理器、内存、硬盘、显示组件以及网络组件；所述处理器分别与所述内存、所述硬盘、所述显示组件以及所述网络组件电连接；所述核心网主机还包括：电源；所述电源分别与所述处理器、所述内存、所述硬盘、所述显示组件以及所述网络组件电连接；所述核心网主机还包括：AC接口；AC接口与所述电源电连接。采用本申请能够实现小型化并降低成本。

Description

一种5G专网核心网系统

技术领域

本申请涉及核心网技术领域，特别是涉及一种5G专网核心网系统。

背景技术

现有5G专网系统中，核心网服务器体积大、成本高、风险多、应用技术门槛高，不利于用户使用5G技术进行生产作业。

厂商为控制生产成本以及满足工程安装的常用标准，服务器架构的核心网主机体积很大，只对厂商有利而不利于用户。

服务器架构的核心网主机虽然功能强大但应用成本较高，在小型专网系统中容易造成性能过剩，存在学习、应用和维护成本过高的问题。

现有5G专网系统的建设基本按照业内通用方案进行，结构复杂，系统组件较多，一般需要专用机柜或机房才能进行搭建，设备结点多，存在的故障风险点多。

目前，5G专网系统的核心网(5GC)设备采用标准服务器架构，5G专网服务器产品以华为、中兴等知名电信设备制造商为主生产供应，其产品方案大多基于国外成熟零部件制定，在关键企事业单位、高校或其他特殊行业中，存在一定数据安全风险，且少量小型5G核心网设备的体积和成本得到了控制，但5G核心网设备的核心零部件仍无法摆脱国外进口零部件的使用。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种5G专网核心网系统，能够实现小型化并降低成本。

一种5G专网核心网系统，包括：核心网主机、微基站、专网服务器以及管理平台；

所述核心网主机分别与所述微基站、所述专网服务器以及所述管理平台电连接。

在一个实施例中，所述核心网主机包括：处理器、内存、硬盘、显示组件以及网络组件；

所述处理器分别与所述内存、所述硬盘、所述显示组件以及所述网络组件电连接。

在一个实施例中，所述核心网主机还包括：电源；

所述电源分别与所述处理器、所述内存、所述硬盘、所述显示组件以及所述网络组件电连接。

在一个实施例中，所述核心网主机还包括：AC接口；AC接口与所述电源电连接。

在一个实施例中，所述核心网主机还包括：RJ45接口和SPF+接口；

RJ45接口和SPF+接口均与所述网络组件电连接。

在一个实施例中，所述核心网主机还包括：USB接口或COM接口；

USB接口或COM接口与所述处理器电连接。

在一个实施例中，所述核心网主机还包括：VGA接口或HDMI接口；

VGA接口或HDMI接口与所述显示组件电连接。

在一个实施例中，所述显示组件为显示芯片。

在一个实施例中，所述网络组件为网卡。

上述5G专网核心网系统，根据3GPP协会标准设计，整个系统仅包含4个组件，实现了核心网系统的小型化，同时实现了系统组件数量优化及系统建设成本降低；工控机(工业控制计算机)作为工业控制、工业物联网领域的关键设备，现已在各种工业生产、加工领域中广泛应用，该类产品具有较小的体积、强大的功能、丰富的拓展性，可以满足各种场景下的用户需求，经分析小型5G专网的系统特性及对于核心网主机的硬件性能需求，评估可使用工控机设计思路开发5G专网核心网主机设备，同时配套使用现有最新技术方案射频组件，即可大幅减小5G专网系统体积，并提供完整无线网络服务；采用工控机形式产品结构设计思路，产品主板基于民用级通用标准结构研发，适用于小型5G专网系统的核心网主机装置，用于承载5G网元(UDM、UDR、AUSF、AMF、SMF、PCF)，为5G专网系统提供所需的功能服务，可大幅降低核心网主机的终端售价、产品体积及维护难度。

附图说明

图1为一个实施例中5G专网核心网系统的架构图；

图2为一个实施例中5G专网核心网系统的核心网主机的硬件结构图；

图3为一个实施例中5G专网核心网系统的核心网主机的软件结构图；

图4为一个实施例中5G专网核心网系统的运行流程图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明，本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本申请中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中，“多组”的含义是至少两组，例如两组，三组等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

另外，本申请各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本申请要求的保护范围之内。

本申请提供了一种5G专网核心网系统，如图1所示，在一个实施例中，包括：核心网主机、微基站、专网服务器以及管理平台。

核心网主机分别与微基站、专网服务器以及管理平台电连接。具体地，核心网主机与微基站采用万兆端口电连接，以满足5G专网的业务数据、信令数据等数据传输需求；核心网主机与专网服务器采用万兆端口电连接，以用于关键数据存储、查询；核心网主机与管理平台采用千兆端口电连接，以进行通讯，实现前期的系统调试及后续系统维护工作。具体的核心网主机(如传统服务器)、微基站、专网服务器以及管理平台可以根据需要进行选择或设计。

本申请的系统吞吐量达2Gbos，可提供200个用户接入，最多可扩展100台微基站接入。

需要说明：核心网主机可以与微基站合并成为一体式产品。

上述5G专网核心网系统，根据3GPP协会标准设计，整个系统仅包含4个组件，实现了核心网系统的小型化，系统建设成本降低，存在的故障风险点少；经分析小型5G专网的系统特性及对于核心网主机的硬件性能需求，开发的5G专网核心网主机设备区别与标准服务器架构形式，采用轻量化设计思路，在小体积主板上实现系统接口的全面配置，且桌面级设备的安装、应用和维护成本将存在明显优势，系统具有较小的体积、强大的功能、丰富的拓展性，可以满足各种场景下的用户需求；配套使用现有最新技术方案射频组件，即可大幅减小5G专网系统体积，并提供完整无线网络服务；采用工控机形式产品结构设计思路，产品主板基于民用级通用标准结构研发，适用于小型5G专网系统的核心网主机装置，用于承载5G网元(UDM、UDR、AUSF、AMF、SMF、PCF)，为5G专网系统提供所需的功能服务，可大幅降低核心网主机的终端售价、产品体积及维护难度。

如图2所示，在一个实施例中，核心网主机包括：处理器、内存、硬盘、显示组件、网络组件、电源以及多个外部接口。

处理器分别与内存、硬盘、显示组件以及网络组件电连接。具体地，处理器与内存电连接，以满足系统运行及核心网元程序运行时所需的数据调用，内存可以采用DDR4-2133内存通讯方案；处理器与硬盘电连接，以满足系统安装、运行和核心网元程序的运行日志数据存储需求，硬盘可以采用SATA3.0/m.2接口形式的固态硬盘；处理器与显示组件电连接，以满足核心网元程序的前期安装调试需求，采用数字通道HDMI接口以及模拟通道VGA接口输出视频信息，显示组件可以是显示芯片；处理器与网络组件电连接，以满足核心网系统其他组件的连接需求，因核心网系统中不同组件的通讯速度需求不同，网络组件对外预留千兆网口(RJ45)和万兆网口(SPF+)，以此保障系统性能的最优状态，网络组件可以是网卡。

电源分别与处理器、内存、硬盘、显示组件以及网络组件电连接，以为处理器、内存、硬盘、显示组件以及网络组件供电。

外部接口包括：AC接口、RJ45接口、SPF+接口、USB接口、COM接口、VGA接口以及HDMI接口。其中，AC接口与电源电连接，以为内部开关电源模块提供市电，而电源模块会将220V交流电转换成主机各组件所需的不同电压幅值直流电，为确保整机高效运行，开关电源模块的转换效率需大于85％；RJ45接口和SPF+接口均与网络组件电连接，以满足主机与其他系统组件的网络通讯需求，其中RJ45端口采用国产PHY芯片与CPU的对应管脚相连，SPF+端口通过国产万兆网卡芯片，接入CPU的PCIE端子，实现万兆网络通讯功能；USB接口或COM接口与处理器电连接，以对外提供主机的基础调试接口；VGA接口或HDMI接口与显示组件电连接，以在设备第一次安装使用时，提供直观的调试信息展示。

上述核心网主机为标准通用型设计，包含CPU(即处理器)、PCIE拓展插槽(网络组件)、DIMM内存插槽(内存)、SATA/M.2硬盘插槽(硬盘)及其他外部设备接口(即：AC接口、RJ45接口、SPF+接口、USB接口、COM接口、VGA接口以及HDMI接口)。

当然，核心网主机也可以采用专用型设计，能够根据用户需求进行硬件资源的配置，内存容量、硬盘容量、网络功能、显示功能和外部设备接口都采用非标准形式设计；其中，内存、硬盘、网络功能、显示功能将不通过插槽进行组装，而是在电路设计时选择合适的功能芯片进行电路设计，并在PCB贴装时直接装配，此举将进一步优化主板性能、提高产品稳定性、降低制造成本；外部接口也将根据实际应用需求进行配置，可减少产品设计冗余，在产品体积不变的情况下满足用户的多端口使用需求。

不管是标准通用型设计还是专用型设计，针对5G专网核心网主机，本申请核心零部件均采用国内自主品牌的产品，包括主频大于2.0GHz，内核数量为4核或8核的ARM架构或x86架构，并具有国密算法加速功能的CPU产品，容量大于等于16GB的DDR4内存方案，容量大于等于128GB的SATA或M.2固态硬盘，通讯速率达10Gbps的网卡(网络芯片)提供2个万兆网口、2个千兆网口，满足5G网元的程序运行需求及管理终端、各类外设的接入，并以此实现基于硬件层面的数据安全防护功能。

基于国产CPU产品，核心网主机的软件安装匹配国产操作系统或开源操作系统，在此基础上实现特定5G网元程序的部署及云端应用的运行，且BIOS(系统引导程序)也采用国产厂商或CPU生产厂商自研的程序，在程序性能满足专网系统要求的前提下，增强了数据安全性，实现软件层面的数据安全保障。

当然，也可以选用进口零部件搭配自研数据加密软件，达到同样效果。

上述5G专网核心网系统，电路进行了标准通用型设计和专用型设计，能够适应各类应用场景需求，提供完整的系统解决方案，并提供综合运维服务；电路主板采用紧凑型布局，仅保留系统必要功能组件，使得尺寸控制在170mm*170mmm以内，因此整机体积亦得到优化，当电路主板使用专用型方案时，搭配单独设计的电源主板，整机高度可控制在50mm以内，宽度和深度可控制在250mm以内，使得产品生产、运输和安装成本降低，且包含各类常用通讯接口及基础拓展能力；系统所需的易损件仅为电源线、网络通讯线，由于5G网元程序部署于主机CPU内部，系统上电时将自动运行，因此系统的搭建无需专业人士进行，普通用户即可完成操作，后期维护也可通过接入公网实现远程操作实现；针对关键领域数据安全性问题，硬件方案核心零部件采用国内拥有自主知识产权的供应商产品，软件方案采用国产操作系统和国内公司开发的5G网元程序，确保系统安全，提高了安全防护能力，同时还能够为教育行业用户提供教学资源支持；系统组件均采用现有最新技术产品，使系统组件数量大幅低于传统专网系统，提高系统稳定性，降低前期建设和后期维护成本；通过软硬件结合，使得5G专网系统的体积大幅精简，降低了用户使用成本、学习成本及故障风险，推进5G行业发展。

如图3和图4所示，核心网主机上电后，由BIOS程序进行硬件检查和系统引导，当主板硬件完成初始化之后操作系统开始运行，完成外设的驱动加载及为应用程序提供内核服务，随后核心网元程序自动开始运行，完成与基站设备的连接初始化及云平台基础服务启动并接入管理平台。此时核心网主机已经可以提供5G专网的各种功能，包括业务数据处理、设备鉴权、信令传输等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本申请专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种5G专网核心网系统，其特征在于，包括：核心网主机、微基站、专网服务器以及管理平台；

所述核心网主机分别与所述微基站、所述专网服务器以及所述管理平台电连接。

2.根据权利要求1所述的5G专网核心网系统，其特征在于，所述核心网主机包括：处理器、内存、硬盘、显示组件以及网络组件；

所述处理器分别与所述内存、所述硬盘、所述显示组件以及所述网络组件电连接。

3.根据权利要求2所述的5G专网核心网系统，其特征在于，所述核心网主机还包括：电源；

所述电源分别与所述处理器、所述内存、所述硬盘、所述显示组件以及所述网络组件电连接。

4.根据权利要求3所述的5G专网核心网系统，其特征在于，所述核心网主机还包括：AC接口；AC接口与所述电源电连接。

5.根据权利要求2至4任一项所述的5G专网核心网系统，其特征在于，所述核心网主机还包括：RJ45接口和SPF+接口；

RJ45接口和SPF+接口均与所述网络组件电连接。

6.根据权利要求2至4任一项所述的5G专网核心网系统，其特征在于，所述核心网主机还包括：USB接口或COM接口；

USB接口或COM接口与所述处理器电连接。

7.根据权利要求2至4任一项所述的5G专网核心网系统，其特征在于，所述核心网主机还包括：VGA接口或HDMI接口；

VGA接口或HDMI接口与所述显示组件电连接。

8.根据权利要求2至4任一项所述的5G专网核心网系统，其特征在于，所述显示组件为显示芯片。

9.根据权利要求2至4任一项所述的5G专网核心网系统，其特征在于，所述网络组件为网卡。

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