中興通訊SBA+SBA向eSBA演進(jìn)之路

中興通訊|陳亞權(quán) 劉西亮 方琰崴

SBA向eSBA演進(jìn)是必然趨勢(shì)，中興通訊領(lǐng)先的SBA+解決方案為SBA向eSBA的平滑演進(jìn)提供了方向。

在3GPP R15版本中，SBA（Servicebased Architecture，服務(wù)化架構(gòu)）作為5G的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，極大地推動(dòng)了CT向IT微服務(wù)的轉(zhuǎn)變。隨著運(yùn)營(yíng)商與設(shè)備商大范圍的測(cè)試和試商用5G，SBA的成熟度越來越高。SBA架構(gòu)的引入將電信設(shè)備從過去的網(wǎng)元及網(wǎng)元間高耦合模式，變?yōu)榫W(wǎng)元功能服務(wù)化及服務(wù)間輕量級(jí)交互協(xié)議的低耦合模式，使得5G網(wǎng)絡(luò)成為一個(gè)靈活、可編輯、易上線、按需部署的網(wǎng)絡(luò)。

5G網(wǎng)絡(luò)面向全場(chǎng)景、全行業(yè)應(yīng)用，業(yè)務(wù)和功能需求越來越多樣化，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求也越來越高。網(wǎng)絡(luò)功能如何解耦、網(wǎng)絡(luò)如何高效通信、UPF（User Plane Function，用戶面功能）分布式部署帶來的業(yè)務(wù)連續(xù)性等問題都需要基于SBA架構(gòu)進(jìn)行持續(xù)演進(jìn)和發(fā)展，因此3GPP在R16 eSBA（enhanced SBA）中提出了25種假設(shè)場(chǎng)景及其可能的解決方案。

對(duì)于SBA如何向eSBA平滑演進(jìn)、如何保護(hù)已有SBA架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資等問題，eSBA中并未給出詳細(xì)的演進(jìn)方案。為此，中興通訊創(chuàng)新性地提出了SBA+的解決方案，這種新的解決思路和方法極大地方便了SBA向eSBA演進(jìn)。

R15 SBA的挑戰(zhàn)

SBA包括了網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)化NFS(Network Function Service，網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù))和基于服務(wù)的接口SBI(Serial Based Interface，基于業(yè)務(wù)的接口)兩大元素。NFS將傳統(tǒng)網(wǎng)元的功能以軟件的方式定義為若干個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)功能間的通信與交互通過服務(wù)調(diào)用的方式實(shí)現(xiàn)。

SBI主要指控制面網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)之間通過HTTP通信，可以被經(jīng)過授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)功能靈活調(diào)用。

SBA在網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)化和SBI基礎(chǔ)上，通過存儲(chǔ)和計(jì)算的分離，即邏輯上獨(dú)立出來非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)服務(wù)功能（UDSF）和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)服務(wù)功能（UDR），從而實(shí)現(xiàn)了無狀態(tài)NF。同時(shí)通過CUPS實(shí)現(xiàn)控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離，將對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能強(qiáng)依賴的轉(zhuǎn)發(fā)面UPF從網(wǎng)絡(luò)中分離出來，實(shí)現(xiàn)更為靈活的部署，滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景需求，如圖1所示。

但在SBA推動(dòng)了5GC重大變革的同時(shí)也帶來了新的挑戰(zhàn)。

圖 1 3GPP 建議的5G SBA架構(gòu)圖（TS 23.501 R15）

一是對(duì)無狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)功能的解析，當(dāng)前還有很多NF存在業(yè)務(wù)邏輯和接口的綁定問題，導(dǎo)致不能做到真正的無狀態(tài)，如AMF（Access and Mobility Management Function，接入和移動(dòng)性管理功能）無狀態(tài)受限NR連接。

二是各個(gè)NF中的通用功能和專有功能的切割問題，即如何讓NF做到更加純粹。

三是網(wǎng)絡(luò)功能NF提供的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)NFS的細(xì)分問題，如SMF中PDU（Protocol Data Unit，協(xié)議數(shù)據(jù)單元）Session既包含會(huì)話處理又包含PCC部分處理。

四是CUPS控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離，對(duì)于C面和U面的組合以及容災(zāi)處理，在配置簡(jiǎn)化、運(yùn)維開通上，依然有很多挑戰(zhàn)。

這些挑戰(zhàn)對(duì)發(fā)揮SBA的低耦合、高靈活性能有著重大的影響。同時(shí)，這些挑戰(zhàn)也為R16 eSBA的設(shè)計(jì)提供了解決問題的方向。

R16 eSBA的設(shè)計(jì)

2018年12月，3GPP正式發(fā)布了R16第一版eSBA構(gòu)想，針對(duì)SBA可能面臨的7種典型事件，提出了25個(gè)解決方案，諸如如何對(duì)SF以及NF進(jìn)行功能重組等，而對(duì)如何從SBA向eSBA演進(jìn)并未給出詳細(xì)建議，因此解決從SBA到eSBA的演進(jìn)將會(huì)有力推動(dòng)SBA向更加靈活、可靠的eSBA平滑演進(jìn)。

圖2 3GPP eSBA分布式服務(wù)框架（TS 23.742 R16）

以eSBA分布式服務(wù)框架設(shè)計(jì)為例，將業(yè)務(wù)和框架解耦，業(yè)務(wù)拆分成業(yè)務(wù)邏輯和框架代理，框架進(jìn)行功能重構(gòu)，把業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、注冊(cè)、認(rèn)證、路由控制等功能作為框架的基本功能，通過框架代理為所有業(yè)務(wù)服務(wù)（見圖2）。

eSBA還要對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能NF提供的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)NFS做更詳細(xì)的模塊化細(xì)分。以AMF為例，在R15中，AMF包括Communication、EventExposure、Location和MT（Mobile Termination）4種網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)，未來為了能更好地為UE管理好N2連接，需要新增N2網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)，而這個(gè)服務(wù)就是從AMF中再次細(xì)分出來的。

SBA+創(chuàng)新方案助力SBA向eSBA平滑演進(jìn)

中興通訊率先在行業(yè)提出SBA+解決方案（見圖3），鋪平SBA向eSBA演進(jìn)之路。

● 網(wǎng)絡(luò)功能無狀態(tài)重構(gòu)

SBA+解決方案可依托SBA架構(gòu)對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)進(jìn)行邏輯劃分，提取網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)（NFS）有狀態(tài)部分，并對(duì)有狀態(tài)部分做特殊可靠性處理。網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)無狀態(tài)部分代表了該網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)對(duì)外表現(xiàn)為無狀態(tài)。進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)秒級(jí)彈縮，按需彈縮，更加方便業(yè)務(wù)的發(fā)展。

● 網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯和接口細(xì)分

針對(duì)AMF、SMF、UDM等3GPP定義的網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行重構(gòu)，將鏈路管理、功能發(fā)現(xiàn)等功能分拆并作為單獨(dú)服務(wù)，以通用服務(wù)來為其他網(wǎng)絡(luò)功能提供服務(wù)，即業(yè)務(wù)邏輯和通用邏輯功能分離。

以AMF為例，將與(R)AN交互的N2接口及與MME交互的N26接口的鏈路處理部分剝離出來，并且這部分鏈路處理模塊還可以被SMF共用，讓AMF專注于處理接入相關(guān)的業(yè)務(wù)邏輯。

經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)后，業(yè)務(wù)邏輯專注于處理業(yè)務(wù)，當(dāng)需要網(wǎng)絡(luò)功能間通信時(shí)，再向通用服務(wù)發(fā)出請(qǐng)求，通用服務(wù)再進(jìn)行響應(yīng)。通用服務(wù)共享給其他網(wǎng)絡(luò)功能使用后，也將大大提升模塊利用率。重構(gòu)之后，業(yè)務(wù)邏輯和通用功能都達(dá)到了輕量化，系統(tǒng)的彈縮也可以更加靈活。

● 網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)按照功能特性內(nèi)聚細(xì)分

要滿足eSBA的演進(jìn)要求，還需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)進(jìn)一步內(nèi)聚，將具有獨(dú)立特性、功能的模塊抽象出來，成為新的NFS。

圖3 中興通訊SBA+網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

以SMF為例，根據(jù)3GPP R15的定義，SMF包括兩種服務(wù)：PDUSession和Event Expo sure。中興通訊將PDUSession根據(jù)其功能特點(diǎn)進(jìn)行了再次細(xì)分，拆分為IPM（IP Management，IP管理）、UPM（User Management，用戶管理）、PDU Session-C和PDUSession-PCC，根據(jù)不同場(chǎng)景、不同需求運(yùn)行不同的服務(wù)。

細(xì)分讓網(wǎng)絡(luò)功能的重組更加精細(xì)化，也為網(wǎng)絡(luò)功能的重組提供了更多的可能，而且，細(xì)分的最終目的依然是讓網(wǎng)絡(luò)更加靈活。

● CUPS控制轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)化

在4G網(wǎng)絡(luò)里，為提高媒體面轉(zhuǎn)發(fā)效率、降低時(shí)延、提高帶寬、增強(qiáng)容災(zāi)能力，將SAE-GW分離成 GW-C和GW-U。但在5G網(wǎng)絡(luò)中，由于媒體面UPF已經(jīng)是一個(gè)單獨(dú)基于SBA的網(wǎng)絡(luò)功能，可以通過N4接口、SMF靈活部署，UPF可以下沉到MEC。

但是SBA存在C面和U面由于配置復(fù)雜而導(dǎo)致開通復(fù)雜的問題，中興通訊通過更加科學(xué)地靈活簡(jiǎn)化配置C面和U面，使得SMF和UPF可以進(jìn)行1∶1、1∶M、M∶1、M∶N等各種復(fù)雜場(chǎng)景下的配置，大大提高了CUPS的容災(zāi)能力，也縮短了系統(tǒng)開通的時(shí)間，為SBA向eSBA高可靠容災(zāi)場(chǎng)景的演進(jìn)打下基礎(chǔ)。

總體看來，雖然3GPP R16中eSBA的解決方案還有很多需要進(jìn)一步討論，但是SBA向eSBA演進(jìn)是必經(jīng)之路，而中興通訊領(lǐng)先的SBA+解決方案為SBA向eSBA的平滑演進(jìn)提供了方向。