5G核心網(wǎng)的部署策略

宋鵬

摘要：2017年12月，3GPP批準(zhǔn)了使用現(xiàn)有4GLTE作為基礎(chǔ)進(jìn)行5G連接的5G非獨(dú)立（NSA，Non-StandAlone）標(biāo)準(zhǔn)。2018年6月批準(zhǔn)了5G獨(dú)立組網(wǎng)（SA，StandAlone）功能凍結(jié)。標(biāo)志著5G已經(jīng)完成第一階段全功能標(biāo)準(zhǔn)化工作，進(jìn)入了產(chǎn)業(yè)全面沖刺新階段。進(jìn)而結(jié)合國內(nèi)運(yùn)營商的目前現(xiàn)狀，從現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際部署情況出發(fā)，結(jié)合核心網(wǎng)虛擬化進(jìn)程，給出5G核心網(wǎng)部署的建議。

關(guān)鍵詞：5G；融合組網(wǎng)；部署策略

中圖分類號(hào)：TN929 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

引言

在日益加快的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)進(jìn)程中，只有未雨綢繆，提前為后期網(wǎng)絡(luò)部署準(zhǔn)備好所需條件，才能為規(guī)模商用的開展鋪平道路，從而為5G的各種場(chǎng)景提供快速服務(wù)能力。

1、部署原則及環(huán)境準(zhǔn)備

（1）網(wǎng)關(guān)分離和重新配置。網(wǎng)關(guān)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)C/U分離和接近CN部署，同時(shí)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的S/PGW硬件進(jìn)行復(fù)用，將其轉(zhuǎn)化為GW-U，并與云端GW-U組成混合池，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)平衡和無縫遷移。（2）4/5G核心網(wǎng)混合組網(wǎng)。將5G業(yè)務(wù)模塊引入4G核心網(wǎng)，形成4/5G混合云網(wǎng)絡(luò)部署。同時(shí)，云MME和傳統(tǒng)的MME組成了混合池，并順利發(fā)展到5G。（3）綜合5G核心網(wǎng)。控制平面完全集成。傳統(tǒng)的4GEPC通過軟件升級(jí)逐步融合，與5GC融合，形成5G集成網(wǎng)絡(luò)部署。（4）直流環(huán)境準(zhǔn)備。5G移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)需要云化MME/HSS/PCRF以支持EMBB場(chǎng)景。同時(shí)，省、市核心需要集中部署VEPC，現(xiàn)有的省級(jí)中央工程總承包需要虛擬化，而吉布達(dá)·偉士-U下沉到市政核心。這些網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化需要重建直流機(jī)房，以滿足5G網(wǎng)絡(luò)部署的需要。直流機(jī)房改造需提前規(guī)劃，優(yōu)化現(xiàn)有動(dòng)力/空調(diào)容量大冗余機(jī)房的預(yù)改造需求。同時(shí)，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)NFV部署路徑，按照“區(qū)域DC、核心DC、邊緣DC”的區(qū)域劃分，按需進(jìn)行改造部署。

2、5G核心網(wǎng)架構(gòu)及技術(shù)實(shí)現(xiàn)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SoftwareDefinedNetwork，SDN），是一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，它利用分層模式將網(wǎng)絡(luò)控制面與數(shù)據(jù)面分離。網(wǎng)絡(luò)控制面包含具有邏輯集中化的可編程控制器，通過其掌握的網(wǎng)絡(luò)全局信息，為運(yùn)營商和科研人員提供管理配置網(wǎng)絡(luò)和部署新協(xié)議的能力，其核心技術(shù)OpenFlow，它為5G網(wǎng)絡(luò)帶來了靈活性和可編程性，通過OpenFlow將5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開來，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制。5G核心網(wǎng)構(gòu)架主要分為應(yīng)用層、控制層和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層三個(gè)部分。應(yīng)用層主要包括各種不同的商業(yè)應(yīng)用和業(yè)務(wù)功能；控制層通過SDN軟件主要負(fù)責(zé)處理平面資源的編排，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑿畔顟B(tài)等并通過API（ApplicationProgrammingInterface，應(yīng)用程序編程接口）與應(yīng)用層進(jìn)行互聯(lián)；網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層主要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)的收集、處理以及轉(zhuǎn)發(fā)功能?？刂茖优c網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層之間的接口以及應(yīng)用層與控制層之間的接口是5G核心網(wǎng)構(gòu)架的重要組成部分，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口與控制層的位置關(guān)系，控制層與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層之間的接口稱為南向接口，應(yīng)用層與控制層之間的接口稱為北向接口，南向接口具有開放性的OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和開放化?；赟DN的5G核心網(wǎng)構(gòu)架如圖1所示：

圖1 5G核心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖

5G核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要技術(shù)特征，包括接入網(wǎng)側(cè)控制面與數(shù)據(jù)面分離、覆蓋與容量分離或部分控制功能提取、集群集中控制無線資源的集中協(xié)調(diào)管理、核心網(wǎng)的本地調(diào)車和靈活路由功能，主要包括通過控制面和數(shù)據(jù)面的分離和控制面的集中。將5G網(wǎng)絡(luò)軟硬件解耦的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)相結(jié)合，可以有效地滿足核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)，使5G網(wǎng)絡(luò)開放、可編程、靈活、可擴(kuò)展。此外，通過云計(jì)算技術(shù)和用戶體驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)的深度融合，使5G網(wǎng)絡(luò)具有用戶行為和業(yè)務(wù)感知能力，更具智能化特征。

3、5G核心網(wǎng)部署策略

5G核心網(wǎng)建議采用SA組網(wǎng)方案，通過核心網(wǎng)互操作實(shí)現(xiàn)4G和5G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，初期主要滿足eMBB場(chǎng)景需求。隨著標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的逐步演進(jìn)和完善，5G核心網(wǎng)將按需升級(jí)支持mMTC和URLLC場(chǎng)景?；诜?wù)化架構(gòu)的5G核心網(wǎng)將采用云化部署，控制面集中部署，對(duì)用戶面轉(zhuǎn)發(fā)資源進(jìn)行全局調(diào)度，用戶面可按需下沉，實(shí)現(xiàn)分布式靈活部署，體現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)即服務(wù)理念，支持如下特性：支持端到端到的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)與不同業(yè)務(wù)類型的匹配、精準(zhǔn)服務(wù)垂直行業(yè)的個(gè)性化需求；支持邊緣計(jì)算技術(shù)，重點(diǎn)服務(wù)低時(shí)延、本地大流量業(yè)務(wù)的需求，解決邊緣計(jì)算在4G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中存在的用戶識(shí)別、計(jì)費(fèi)和監(jiān)管等問題，為創(chuàng)新邊緣計(jì)算的盈利模式做好技術(shù)準(zhǔn)備。5G核心網(wǎng)應(yīng)具備語音業(yè)務(wù)的承接能力，初期采用從5G回落到4G網(wǎng)絡(luò)的方案，通過VoLTE技術(shù)提供語音業(yè)務(wù)。推動(dòng)多網(wǎng)融合技術(shù)發(fā)展，在多網(wǎng)融合技術(shù)和產(chǎn)業(yè)成熟后，適時(shí)考慮5G核心網(wǎng)支持多種接入方式的統(tǒng)一管理和統(tǒng)一認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)多種接入網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)并發(fā)或數(shù)據(jù)調(diào)度，保持業(yè)務(wù)和會(huì)話的連續(xù)性，發(fā)揮多網(wǎng)融合優(yōu)勢(shì)。3GPP提出了多種5G與4G互操作方案，包括5GSA組網(wǎng)和NSA組網(wǎng)兩類互操作方案。建議優(yōu)先選擇SA組網(wǎng)，并通過核心網(wǎng)互操作方案實(shí)現(xiàn)4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同。對(duì)于語音業(yè)務(wù)，5G實(shí)現(xiàn)全覆蓋相對(duì)較難，為避免頻繁切換，保持語音連續(xù)性，初期采用SA下的5G回落VoLTE方案。當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋性能全面提升并出現(xiàn)有市場(chǎng)需求的重要5G業(yè)務(wù)時(shí)，適時(shí)考慮VoNR等技術(shù)方案。

4、MEC部署策略

MEC部署有兩種主要類型：當(dāng)前基于網(wǎng)絡(luò)的部署和5G基于架構(gòu)的部署，MEC在LTE網(wǎng)絡(luò)中的部署是基于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的部署，其服務(wù)器主要通過軟件升級(jí)或在基站設(shè)備中插入新板或作為基站或網(wǎng)關(guān)后的獨(dú)立設(shè)備存在，MEC服務(wù)器位于基站和核心網(wǎng)絡(luò)之間，可以部署在無線端（RAN端）或核心網(wǎng)絡(luò)端（CN端）?；?G架構(gòu)的部署，與LTE網(wǎng)絡(luò)相比5G下的MEC與5G網(wǎng)絡(luò)的集成更為深入，發(fā)散函數(shù)和策略函數(shù)采用5G標(biāo)準(zhǔn)的UPF和PCF網(wǎng)絡(luò)函數(shù)，從根本上解決了LTE網(wǎng)絡(luò)中MEC的計(jì)費(fèi)和策略問題，真正實(shí)現(xiàn)了MEC的商業(yè)應(yīng)用。MEC在5G網(wǎng)絡(luò)中的部署包括無線接入端部署、邊緣部署和匯聚部署。部署位置與業(yè)務(wù)場(chǎng)景密切相關(guān)，可以按需部署，MEC有多種靈活的部署方案，可以根據(jù)不同的場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需要進(jìn)行選擇。權(quán)威研究報(bào)告顯示，4G后時(shí)代的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量和連接數(shù)將大幅增加，對(duì)許多新業(yè)務(wù)的延遲要求將越來越高。預(yù)計(jì)未來幾年將有數(shù)百億終端接入設(shè)備，因此需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析、處理和存儲(chǔ)。短期內(nèi)，相應(yīng)的應(yīng)用場(chǎng)景和服務(wù)還不夠成熟。初期在核心樓和骨干匯聚節(jié)點(diǎn)部署MEC平臺(tái)，以滿足大覆蓋、大流量、大連接的情況。同時(shí)，在接入層和匯聚層，提前預(yù)留節(jié)點(diǎn)空間，以滿足越來越多后續(xù)場(chǎng)景應(yīng)用帶來的MEC下沉需求。

結(jié)束語

目前，國內(nèi)運(yùn)營商也陸續(xù)建成基于3GPP標(biāo)準(zhǔn)的5G端到端試驗(yàn)站點(diǎn)，各試驗(yàn)城市在2018年底也已建成微服務(wù)化核心網(wǎng)和超過百個(gè)5G試驗(yàn)站點(diǎn)，并完成了多個(gè)5G行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景展示，5G距離規(guī)模商用越來越近。

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（作者單位：中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信有限公司天津市分公司）