eMBB應用場景下的5G核心網(wǎng)切片設計方案研究

1 引言

移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務需求以及對于安全機制及設備性能的要求，使得4G技術不能夠滿足新形勢下基于業(yè)務、用戶需求，以及應用場景的要求。豐富的應用場景為5G提供了廣闊的前景。ITU定義了5G三大應用場景：增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）、海量物聯(lián)網(wǎng)通信（Massive Machine Type Communication mMTC）、超高可靠性與超低時延業(yè)務（Ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC））三大應用場景。其中eMBB作為傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)的主要應用場景，業(yè)務成熟度高，將是5G率先實現(xiàn)的應用。本文首先分析了5G應用場景，特別是eMBB應用場景關鍵指標及其網(wǎng)絡需求，并在此基礎上，以5G端到端網(wǎng)絡切片架構為基礎，研究了5G核心網(wǎng)的切片設計方案，為5G網(wǎng)絡的部署提供了參考。

2 eMBB應用場景及其關鍵性能指標

eMBB應用場景要求在保證用戶移動性的前提下，為用戶提供無縫的高速業(yè)務體驗，并且提供極高的連接密度。與傳統(tǒng)4G相比，5G需要將有用戶的峰值速率從1 Gbit/s提高到10 Gbit/s，對應的5G也要求提供0.1～1 Gbit/s的用戶體驗速率。

eMBB典型應用包括超高清視頻、虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實等。在具體的應用中，從兩方面對傳統(tǒng)4G的應用進行增強：

（1）無縫廣域覆蓋

eMBB應用要求可以為用戶提供高清視頻，語音以及互聯(lián)網(wǎng)、視頻電話業(yè)務，要求為用戶帶來20 Mbit/s的4K高清體驗，每小時500 km以上的移動性，無論是公路、鐵路、村落、郊區(qū)或偏遠地區(qū)都需要滿足用戶無縫覆蓋的需求。

（2）熱點區(qū)域的高速率

eMBB應用要求可以為用戶提供高速FTP下載、3D視頻、VR/AR應用，要求為用戶提供100 Mbit/s用戶體驗速率（熱點場景可達1 Gbit/s）、數(shù)十Gbit/s峰值速率、每平方公里數(shù)十Tbit/s的流量密度；要求在熱點、室內(nèi)、咖啡廳、辦公室以及體育場等熱點區(qū)域滿足用戶高速率需求。

3GPP的技術文檔TR22.891和TR38.913對具體的業(yè)務指標的描述如表1所示。

表1 eMBB關鍵指標描述

3 5G核心網(wǎng)切片設計要求

從以上eMBB應用場景可以看出，5G多樣化的場景要求未來網(wǎng)絡可以基于通用的基礎設施，靈活提供低成本的差異化、定制化組網(wǎng)的能力。5G端到端網(wǎng)絡切片技術通過在不同應用場景下按照各自的需求定制網(wǎng)絡功能和特性，配置網(wǎng)絡資源，使得5G的多樣化應用場景成為可能。網(wǎng)絡切片技術改變了傳統(tǒng)4G一網(wǎng)承載多種業(yè)務的模式，將網(wǎng)絡部署演變?yōu)榘葱瓒ㄖ苹M網(wǎng)，也使得5G的垂直行業(yè)應用成為可能。

5G端到端網(wǎng)絡切片要求做到網(wǎng)絡定制化、將網(wǎng)絡資源靈活分配，網(wǎng)絡能力按需組合，同時做到各邏輯子網(wǎng)能夠隔離；每個端到端切片均由核心網(wǎng)、無線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)子切片組合而成，并通過端到端切片管理系統(tǒng)進行統(tǒng)一平臺管理，以達到質(zhì)量可保證的目標。

核心網(wǎng)的網(wǎng)絡切片設計要求做到：控制面和用戶面徹底分離，網(wǎng)元由多個網(wǎng)絡功能NF（Network Function）構成，NF接口通過總線型網(wǎng)絡相互連接。如圖1所示。

圖1 核心網(wǎng)網(wǎng)絡子切片示意圖

核心網(wǎng)子切片采用NSSF（Network Slide Selection Function，網(wǎng)絡切片選擇功能）實現(xiàn)切片的選擇，通過能力開放功能NEF支持定制化的網(wǎng)絡功能參數(shù)，既可以實現(xiàn)以PLMN為單位部署的公共服務，也可以共享多個NF為多個切片提供服務，為不同垂直行業(yè)提供不同、相互隔離、功能可定制的網(wǎng)絡服務；實現(xiàn)客戶化定制的網(wǎng)絡切片的設計，部署和運維。各域可以在功能場景、設計方案上獨立進行裁剪。

4 5G核心網(wǎng)切片設計方案

eMBB應用可以作為5G網(wǎng)絡建設初期試點應用，在進行網(wǎng)絡部署時，需要考慮與4G網(wǎng)絡的融合，可采取4G網(wǎng)絡逐步演進的部署方案，分步驟分階段完成網(wǎng)絡建設工作。核心網(wǎng)的控制面與用戶面的分離以及控制面的集中化可以實現(xiàn)本地分流、靈活路由等功能。按照服務化結構定義的原則。核心網(wǎng)切片內(nèi)共享和專用網(wǎng)元組合一般可分為以下3種典型方案：

方案1：控制面與用戶面全隔離方案。在該方案中，盡量為切片分配專用控制和用戶面網(wǎng)元。適合安全隔離需求,或者定制化需求較高場景,如電網(wǎng)切片等, 不支持同一終端多切片場景。如圖2所示。

圖2 控制面與用戶面全隔離方案

方案2：部分控制面,用戶面專用方案。在該方案中，部分控制面，以及用戶面網(wǎng)元專用。其安全隔離性適中,可支持同一終端多切片，如圖3所示。

圖3 部分控制面,用戶面專用方案

方案3：用戶面專用方案。在該方案中，用戶面網(wǎng)元均為專用，控制面網(wǎng)元共享。其安全隔離性較低，僅要求用戶面隔離專用場景，可支持同一終端多切片，如圖4所示。

圖4 用戶面專用方案

對比3種方案，專用性越強的方案，其安全性越高，但是同樣帶來的問題是成本最高；同時要求考慮部署的難度，其中方案2，部分共享的方式為3GPP的標準方案，其部署難度最易，需要根據(jù)實際的應用需求和側重點進行方案的選擇。

5 結束語

eMBB場景作為5G最早應用的場景，其部署方案設計可以作為5G網(wǎng)絡部署探索和驗證的切入點。本文根據(jù)5G端到端網(wǎng)絡切片的設計原則和方案，給出了在eMBB場景下核心網(wǎng)切片的不同方案，并且對設計方案進行了對比，在實際的網(wǎng)絡部署中，應該根據(jù)具體的安全性要求和成本要求選擇合適的方案進行網(wǎng)絡部署實踐。