從核心網(wǎng)云化切入，實(shí)現(xiàn)4G到5G的演進(jìn)

□ 文 黃嘉 聶煒玲 李艷俊

從核心網(wǎng)云化切入，實(shí)現(xiàn)4G到5G的演進(jìn)

□ 文 黃嘉 聶煒玲 李艷俊

一、運(yùn)營商的轉(zhuǎn)型

運(yùn)營商從4G運(yùn)營向5G運(yùn)營轉(zhuǎn)型，需要經(jīng)歷4大階段：虛擬化和云化、業(yè)務(wù)遷移、端到端業(yè)務(wù)編排（EEO），以及網(wǎng)絡(luò)切片。

階段一：虛擬化和云化

虛擬化可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元軟/硬件功能的分離。這反映了軟件定義功能向計(jì)算硬件發(fā)展的轉(zhuǎn)變，可實(shí)現(xiàn)計(jì)算能力與存儲(chǔ)能力的靈活共享。除了虛擬化，計(jì)算和存儲(chǔ)能力也逐漸從PC向集中式的云轉(zhuǎn)移。云設(shè)施能夠?qū)崿F(xiàn)功能和位置的解耦，帶來的好處包括網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性、資源共享、網(wǎng)絡(luò)彈性、低功耗以及效率的提升。將大量數(shù)據(jù)集中起來提供給不同用戶，用于不同目的，還可以支持大數(shù)據(jù)分析以及相應(yīng)的不計(jì)其數(shù)的應(yīng)用。NFV將虛擬化技術(shù)引入到網(wǎng)絡(luò)設(shè)施中，將軟件功能和專用硬件解耦，支持虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）軟件在商用服務(wù)器上運(yùn)行，從而模仿網(wǎng)元的功能和性能。

階段二：業(yè)務(wù)遷移

運(yùn)營商部署NFV和SDN、將現(xiàn)網(wǎng)遷移到新平臺(tái)上可以采取多種策略，每種策略都必須考慮到業(yè)務(wù)的重要性以及各個(gè)業(yè)務(wù)的獨(dú)立性。

主要策略包括：1、部署新的業(yè)務(wù)：部署支持NFV/SDN功能的新業(yè)務(wù)，例如VoLTE業(yè)務(wù)。2、更換平臺(tái)：當(dāng)原有硬件和軟件系統(tǒng)生命周期結(jié)束、需要進(jìn)行大幅度容量提升時(shí)，這是最佳方案。3、部署中央SDN和NFV平臺(tái)：這種策略這樣能可實(shí)現(xiàn)大數(shù)據(jù)分析，并提供新的集成業(yè)務(wù)

階段三：端到端業(yè)務(wù)編排（EEO）

NFV和SDN是相互獨(dú)立卻又互補(bǔ)的技術(shù)，二者都能實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的軟件化轉(zhuǎn)型。但還需在全網(wǎng)部署支持端到端業(yè)務(wù)編排（EEO）的各種應(yīng)用，這樣才能發(fā)揮這兩項(xiàng)技術(shù)的最大功效。業(yè)務(wù)編排能夠加強(qiáng)運(yùn)營商的敏捷性，助力運(yùn)營商更加高效地分配網(wǎng)絡(luò)資源。

階段四：網(wǎng)絡(luò)切片

傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行模式都很單一，即一張網(wǎng)運(yùn)行所有業(yè)務(wù)。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源分配，實(shí)現(xiàn)最大成本效率，滿足多元5G新業(yè)務(wù)的需求。NGMN將網(wǎng)絡(luò)切片定義為端到端技術(shù)，涵蓋了核心網(wǎng)和接入網(wǎng)。新的5G空口技術(shù)就支持網(wǎng)絡(luò)切片。在核心網(wǎng)上，網(wǎng)絡(luò)切片可以單獨(dú)實(shí)施或者在新的5G空口部署之前實(shí)施。每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片邏輯上都是一個(gè)自給自足的網(wǎng)絡(luò)，每項(xiàng)業(yè)務(wù)都擁有一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)切片，也可以將多個(gè)相似業(yè)務(wù)放在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片上。每個(gè)切片都為專門業(yè)務(wù)類型而優(yōu)化，每個(gè)都支持端到端，包括核心網(wǎng)和RAN。與LTE不同的是，5G空口支持動(dòng)態(tài)和半動(dòng)態(tài)切片。多個(gè)并行的網(wǎng)絡(luò)切片可以部署到一個(gè)物理設(shè)施之上，每個(gè)切片都能實(shí)現(xiàn)超可靠和超實(shí)時(shí)的連接。

二、5G核心網(wǎng)架構(gòu)及技術(shù)要點(diǎn)

2016年底，3GPP確定了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。5G核心網(wǎng)總體上分成兩個(gè)部分：控制面（Core-CP）和用戶面（Core-UP）?？刂泼鎸?huì)采用服務(wù)化架構(gòu)，各個(gè)功能模塊一起組成融合的控制面。用戶面功能將會(huì)與Gi-Lan的功能一起組成統(tǒng)一的用戶面。

5G核心網(wǎng)架構(gòu)具有以下特性：

? 基于服務(wù)的接口

? 控制面和用戶面分離

? 無狀態(tài)業(yè)務(wù)邏輯和獨(dú)立數(shù)據(jù)庫

? 移動(dòng)性管理和會(huì)話管理分離

? 多接入

? 獨(dú)立鑒權(quán)、應(yīng)用功能

? 通用的用戶面架構(gòu)

具體如圖1所示：

uSMF：Session Management Function，會(huì)話管理功能

uUPF：User Plane Function，用戶面功能

uAUSF：Authentication Server Function，鑒權(quán)功能

uNRF：Network Repository Function，網(wǎng)絡(luò)解析功能

uAF：Application Function，應(yīng)用功能

uAMF：Core Access and Mobility Management Function，接入和移動(dòng)性管理功能

uUDM：Unified Data Management，統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能

uPCF：Policy Control function，策略控制功能

uNEF：Network Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)開放功能

圖1 5G核心網(wǎng)架構(gòu)圖

未來業(yè)務(wù)要求網(wǎng)絡(luò)必須具備敏捷、彈性和健壯等特征，因此云化架構(gòu)會(huì)成為5G核心網(wǎng)的架構(gòu)基礎(chǔ)，同時(shí)5G核心網(wǎng)需關(guān)注以下技術(shù)要點(diǎn)：

1、服務(wù)化架構(gòu)（SBA）：5G核心網(wǎng)將控制面的功能解耦、聚合并服務(wù)化，可以與傳統(tǒng)網(wǎng)元的控制功能一起組成融合的控制面。服務(wù)化可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的即插即用，網(wǎng)絡(luò)會(huì)變得非常敏捷，快速部署滿足客戶業(yè)務(wù)需要的功能。

2、控制與承載分離（CUPS）：5G核心網(wǎng)C/U完全分離，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需求，靈活部署在不同層級(jí)的數(shù)據(jù)中心（DC）中。比如，用戶面下沉到邊緣DC，靠近終端用戶與應(yīng)用服務(wù)器部署，滿足低時(shí)延等極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)需求?？刂泼鎱f(xié)同用戶移動(dòng)過程中無縫業(yè)務(wù)路徑優(yōu)化，用戶體驗(yàn)更佳。

3、切片（Slicing）：5G核心網(wǎng)提供網(wǎng)絡(luò)功能和資源按需部署的能力，來滿足未來垂直行業(yè)多樣化的業(yè)務(wù)需求。在云化基礎(chǔ)設(shè)施上，構(gòu)建邏輯隔離的網(wǎng)絡(luò)切片來服務(wù)不同的業(yè)務(wù)或者垂直行業(yè)。統(tǒng)一的底層物理設(shè)施基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了多種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，降低了運(yùn)營商多個(gè)不同業(yè)務(wù)類型的建網(wǎng)成本。網(wǎng)絡(luò)切片管理實(shí)現(xiàn)了切片的設(shè)計(jì)、實(shí)例化、運(yùn)行時(shí)業(yè)務(wù)保障和退服的全生命周期管理，提升運(yùn)維效率。

圖2 4G向5G演進(jìn)示意圖

三、核心網(wǎng)從4G到5G的演進(jìn)

由于5G標(biāo)準(zhǔn)采用分階段方式凍結(jié)，5G網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展采取逐步演進(jìn)的方式建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需要保持現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，最大可能保護(hù)已有投資，同時(shí)為未來業(yè)務(wù)的發(fā)展預(yù)留空間。規(guī)劃5G核心網(wǎng)演進(jìn)策略時(shí)需要考慮以下三個(gè)原則：

1、平滑演進(jìn)

5G演進(jìn)，架構(gòu)先行。5G核心網(wǎng)將會(huì)部署在云化的基礎(chǔ)設(shè)施上。為了保證核心網(wǎng)平滑演進(jìn)，傳統(tǒng)的核心網(wǎng)首先需要進(jìn)行云化。在云化的過程中完成數(shù)據(jù)中心和傳輸網(wǎng)等基礎(chǔ)設(shè)施的改造，為5G建設(shè)做好準(zhǔn)備。同時(shí)，在云化的過程中構(gòu)建IT運(yùn)維能力，積累數(shù)據(jù)中心運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，完成運(yùn)維組織架構(gòu)的轉(zhuǎn)型，從垂直的運(yùn)維組織轉(zhuǎn)型成水平運(yùn)維組織。

核心網(wǎng)引入云化架構(gòu)，為5G演進(jìn)做好軟件架構(gòu)準(zhǔn)備；引入C/U分離架構(gòu)，將網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)面下沉到城域，滿足快速發(fā)展的移動(dòng)視頻業(yè)務(wù)體驗(yàn)需求；引入MEC架構(gòu)，將網(wǎng)關(guān)進(jìn)一步下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，拓展智能辦公室、自動(dòng)駕駛等新業(yè)務(wù)。MEC（Multi-access、Edge、Computing）是一種使能網(wǎng)絡(luò)邊緣業(yè)務(wù)的技術(shù)，具備超低時(shí)延、超高帶寬、實(shí)時(shí)性強(qiáng)等特性，IT與CT業(yè)務(wù)結(jié)合的理想載體平臺(tái)。

核心網(wǎng)完成云化和架構(gòu)演進(jìn)之后，4G、5G核心網(wǎng)能夠部署在相同的基礎(chǔ)設(shè)施和軟件架構(gòu)上，現(xiàn)網(wǎng)可以平滑向5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)。

2、實(shí)現(xiàn)最大化5G價(jià)值

3GPP對5G的演進(jìn)給出了幾種路徑建議。對于核心網(wǎng)來說，5G演進(jìn)有兩種選擇，在NSA標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后先將現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)為EPC+，SA標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后再升級(jí)為NGC（Next Generation Core），或者等SA標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后直接建設(shè)NGC。EPC+的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)先行凍結(jié)，滿足移動(dòng)超寬帶業(yè)務(wù)的需求，但是終端的類型非5G標(biāo)準(zhǔn)終端，后續(xù)無法通過升級(jí)成為5G終端。NGC的標(biāo)準(zhǔn)會(huì)在半年后凍結(jié)，支持的功能更多，終端為5G標(biāo)準(zhǔn)終端。運(yùn)營商需要根據(jù)自身業(yè)務(wù)發(fā)展選擇5G核心網(wǎng)演進(jìn)策略，從最大化5G價(jià)值來看，NGC更加適合未來業(yè)務(wù)發(fā)展。

3、保持業(yè)務(wù)連續(xù)性

在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，不可避免會(huì)出現(xiàn)2/3/4G核心網(wǎng)與5G核心網(wǎng)并存。用戶在進(jìn)行4G與5G網(wǎng)絡(luò)互操作時(shí)，會(huì)在兩個(gè)核心網(wǎng)之間發(fā)生切換，很難保持業(yè)務(wù)連續(xù)性。5G核心網(wǎng)解決方案需要支持2/3/4/5G融合接入，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運(yùn)維和互操作性，保持業(yè)務(wù)連續(xù)不中斷。

總體來看，核心網(wǎng)的演進(jìn)策略建議分成兩個(gè)階段實(shí)施，首先進(jìn)行架構(gòu)演進(jìn)，然后再進(jìn)行功能演進(jìn)。傳統(tǒng)的核心網(wǎng)分區(qū)域進(jìn)行云化演進(jìn)，并逐步引入云、C/U分離、MEC架構(gòu)，為5G核心網(wǎng)做好基礎(chǔ)設(shè)施和架構(gòu)準(zhǔn)備。在標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后進(jìn)行功能演進(jìn)，根據(jù)自身業(yè)務(wù)的發(fā)展選擇5G核心網(wǎng)功能演進(jìn)的方式。

四、小結(jié)

5G將開啟一個(gè)萬物互聯(lián)的時(shí)代，越來越多的智能終端會(huì)通過不同的方式接入到網(wǎng)絡(luò)中。超低時(shí)延業(yè)務(wù)、超大連接業(yè)務(wù)和以超高帶寬業(yè)務(wù)將會(huì)在5G時(shí)代出現(xiàn)，而當(dāng)前的核心網(wǎng)無法滿足未來多場景接入和業(yè)務(wù)的多樣性需求。本文重點(diǎn)針對運(yùn)營商轉(zhuǎn)型步驟、5G核心網(wǎng)技術(shù)特征、核心網(wǎng)從4G到5G的演進(jìn)策略等方面進(jìn)行了詳細(xì)的闡述，可為運(yùn)營商建設(shè)5G核心網(wǎng)提供參考。■

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