5G 核心網(wǎng)的部署策略

文/劉慧洋

2017年12月，3GPP 批準(zhǔn)了使用現(xiàn)有4G LTE 作為基礎(chǔ)進(jìn)行5G 連接的5G 非獨(dú)立（NSA，Non-Stand Alone）標(biāo)準(zhǔn)。2018年6月批準(zhǔn)了5G 獨(dú)立組網(wǎng)（SA，Stand Alone）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。

獨(dú)立組網(wǎng)的5G 核心網(wǎng)一方面能夠?qū)崿F(xiàn)全5G 的能力，另一方面可以避免網(wǎng)絡(luò)的多次升級(jí)，對(duì)運(yùn)營商有非常重要的意義。2017年12月，由中國移動(dòng)牽頭設(shè)計(jì)的面向獨(dú)立組網(wǎng)（SA）的5G 系統(tǒng)架構(gòu)和流程標(biāo)準(zhǔn)制訂完成，標(biāo)志著全面實(shí)現(xiàn)5G 目標(biāo)的新架構(gòu)確定。

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)用場景展示，5G 距離規(guī)模商用越來越近。

1 5G核心網(wǎng)架構(gòu)

SBA 是3GPP 定義的5G 核心網(wǎng)的架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。NGMN 的SBA 項(xiàng)目在2017年3月由中國移動(dòng)牽頭啟動(dòng)，旨在溝通3GPP、ETSI、NGMN 等多個(gè)組織的相關(guān)工作，并就SBA 從部署、運(yùn)營及后續(xù)發(fā)展方面形成運(yùn)營商共識(shí)。這使得該項(xiàng)目對(duì)多個(gè)行業(yè)組織起到了重要的影響作用，促進(jìn)了3GPP 把SBA 確定為5G 核心網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)。

AMF：訪問和移動(dòng)性管理功能，實(shí)現(xiàn)訪問控制和移動(dòng)性管理。AMF 還包括網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能（NSSF）。

SMF：會(huì)話管理功能，該功能設(shè)置并管理會(huì)話，與網(wǎng)絡(luò)策略相關(guān)聯(lián)。

UPF：用戶平面功能，根據(jù)服務(wù)類型，可以將UPFs 部署到各種配置和位置。類似于4G 的GWs。

PCF：策略控制功能，它提供了一個(gè)包含網(wǎng)絡(luò)切片、漫游和移動(dòng)管理的策略框架，類似于4G 的PCRF。

UDM：統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理，存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)和配置文件。類似于4G 的HSS，但被同時(shí)用于固定和移動(dòng)訪問。

NRF：NF 存儲(chǔ)功能，是提供注冊(cè)和發(fā)現(xiàn)功能的新功能，使網(wǎng)絡(luò)功能（NFs）可以相互發(fā)現(xiàn)并通過API 進(jìn)行通信。

NEF：網(wǎng)絡(luò)開放功能，允許外部用戶（如企業(yè)或合作伙伴）接入的API 網(wǎng)關(guān)，它可以收集、提供和執(zhí)行應(yīng)用程序策略，供運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的用戶使用。

AUSF：認(rèn)證服務(wù)器功能。

2 移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）

ETSI 對(duì)于MEC 的標(biāo)準(zhǔn)定義是：在移動(dòng)網(wǎng)邊緣提供IT 服務(wù)環(huán)境和云計(jì)算能力。對(duì)運(yùn)營商來說，網(wǎng)絡(luò)分為三個(gè)部分：無線接入網(wǎng)、移動(dòng)核心網(wǎng)、內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)。其中，無線接入網(wǎng)由基站組成，負(fù)責(zé)用戶移動(dòng)終端的接入，移動(dòng)核心網(wǎng)由一堆高性能的路由器和服務(wù)器組成，負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理、會(huì)話控制、策略控制等，并將無線基站連接到外部互聯(lián)網(wǎng)，內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)就是各種應(yīng)用服務(wù)器提供內(nèi)容服務(wù)，由各種數(shù)據(jù)中心、服務(wù)器抑或PC 機(jī)組成。運(yùn)營商通常只掌管無線接入網(wǎng)和移動(dòng)核心網(wǎng)兩部分，內(nèi)容網(wǎng)絡(luò)則有內(nèi)容服務(wù)商手中，用戶的各種上網(wǎng)需求通過這三種網(wǎng)絡(luò)在用戶終端和應(yīng)用服務(wù)器之間完成數(shù)據(jù)交互。但是隨著各種新需求的出現(xiàn)，如AR/VR，V2X 等，當(dāng)前傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逐漸不堪重負(fù)，因此催生了MEC 的出現(xiàn)，即將網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)“下沉”到更接近用戶的無線接入網(wǎng)側(cè)，來實(shí)現(xiàn)更低的傳輸時(shí)延、更少的網(wǎng)絡(luò)擁塞。

圖1

3 面臨的挑戰(zhàn)

運(yùn)營商核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，自2G、3G 以來，直到目前的LTE，承載和控制的分離也逐步由功能分離轉(zhuǎn)換為功能實(shí)體分析?，F(xiàn)有核心網(wǎng)的部署較為集中，均部署在省會(huì)城市或區(qū)域中心城市。同樣，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也為運(yùn)營商的承載網(wǎng)絡(luò)造成了越來越大的壓力，特別是隨著國家提速降費(fèi)的政策的進(jìn)一步深化，無限流量套餐用戶習(xí)慣的進(jìn)一步養(yǎng)成，網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷的日益加重將是不可避免的。

同時(shí)，隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的逐步規(guī)模商用，核心網(wǎng)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)的需求更加迫切。5G 的三大典型應(yīng)用場景為增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、超高可靠超低時(shí)延通信（URLLC）、海量機(jī)器類通信（mMTC），從滿足應(yīng)用場景來看，核心網(wǎng)和無線網(wǎng)的建設(shè)難度相對(duì)較低，而傳輸承載網(wǎng)絡(luò)和邊緣DC 的建設(shè)難度較大，且面臨更多地現(xiàn)實(shí)困難。

隨著網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化的趨勢(shì)，核心網(wǎng)作為網(wǎng)絡(luò)的大腦也將更加集中化，通過建網(wǎng)初期完成功能網(wǎng)元的部署，后期通過硬件資源的彈性擴(kuò)容即可逐步滿足日益增長的用戶需求。相應(yīng)地，作為核心網(wǎng)部署所必須的配套資源，核心機(jī)樓的動(dòng)力和空調(diào)資源需要提前規(guī)劃建設(shè)，并對(duì)現(xiàn)網(wǎng)老舊設(shè)備及時(shí)完成退網(wǎng)，提前騰退出相應(yīng)資源。

而MEC 作為核心網(wǎng)的“觸角”，將伴隨著5G 承載網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)遍布各個(gè)城市，實(shí)現(xiàn)越來越多地點(diǎn)場景的應(yīng)用。隨著5G 網(wǎng)絡(luò)的逐步成熟，MEC 的部署地點(diǎn)也將越來越多，越來越靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣，所需要的站址數(shù)量也將會(huì)越多。5G 三大場景應(yīng)用的需求，對(duì)于MEC 和承載網(wǎng)設(shè)備來說，都將部署在邊緣DC，因此對(duì)邊緣DC 的選址、建設(shè)都將是5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的一大重點(diǎn)。現(xiàn)有節(jié)點(diǎn)機(jī)房的空間、動(dòng)力、空調(diào)資源相對(duì)都比較緊張，同時(shí)部署MEC 和承載網(wǎng)設(shè)備的難度相對(duì)較大。在5G 網(wǎng)絡(luò)初期，5G應(yīng)用需求尚不成規(guī)模，邊緣DC的需求數(shù)量、密度相對(duì)較小，但隨著5G 網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的擴(kuò)大，對(duì)邊緣DC 的需求將是跨越式的增長。而且，作為部署MEC 的節(jié)點(diǎn)機(jī)房所能提供的空間、動(dòng)力、空調(diào)資源的能力，也是有一定要求。因此，提前選址、建設(shè)、儲(chǔ)備更多的節(jié)點(diǎn)機(jī)房以及改造現(xiàn)有部分機(jī)房，都將是5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的一大重點(diǎn)。

4 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 場景。

基于服務(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5G SA 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)有市場需求的重要5G 業(yè)務(wù)時(shí)，適時(shí)考慮VoNR 等技術(shù)方案。

5 MEC部署策略

MEC 的部署主要兩種：基于現(xiàn)網(wǎng)的部署和基于5G 架構(gòu)的部署。

基于現(xiàn)網(wǎng)的部署，即在LTE 網(wǎng)絡(luò)中部署MEC，其服務(wù)器主要以通過軟件升級(jí)或新增板卡插入內(nèi)置于基站設(shè)備或作為獨(dú)立設(shè)備外置于基站后或網(wǎng)關(guān)后兩種形態(tài)存在。MEC 服務(wù)器位于基站與核心網(wǎng)之間，可部署在無線側(cè)（RAN 側(cè)）或部署在核心網(wǎng)側(cè)（CN 側(cè)）。

基于5G 架構(gòu)的部署，相對(duì)于在LTE 網(wǎng)絡(luò)中部署來說，5G 下的MEC 與5G 網(wǎng)絡(luò)更深度融合，分流功能和策略功能使用了5G 標(biāo)準(zhǔn)的UPF 和PCF 網(wǎng)絡(luò)功能，能根本解決LTE 網(wǎng)絡(luò)中MEC 存在計(jì)費(fèi)和策略的問題，因此MEC能真正實(shí)現(xiàn)商用。在5G 網(wǎng)絡(luò)中部署MEC，有無線接入側(cè)部署、邊緣部署和匯聚部署3 種方式，部署位置與業(yè)務(wù)場景關(guān)系密切，可按需部署。

MEC 具有多種靈活的部署方案，可根據(jù)不同場景、不同業(yè)務(wù)需求綜合選擇。根據(jù)權(quán)威研究報(bào)告預(yù)測(cè)，后4G 時(shí)代開始，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量和連接數(shù)將急劇增長，多種新業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)延的要求將越來越高，預(yù)計(jì)未來幾年將有數(shù)以百億計(jì)的終端會(huì)與設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，因此大量數(shù)據(jù)將需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進(jìn)行分析、處理和存儲(chǔ)。短期內(nèi)相應(yīng)的應(yīng)用場景、業(yè)務(wù)不夠成熟，初期考慮在核心機(jī)樓、骨干匯聚節(jié)點(diǎn)部署MEC 平臺(tái)，滿足廣覆蓋、大流量和大連接的場景。同時(shí)，在接入層、匯聚層提前儲(chǔ)備節(jié)點(diǎn)機(jī)房備用，以應(yīng)對(duì)后續(xù)越來越多場景應(yīng)用引起的MEC 下沉需求。

6 結(jié)論

5G 核心網(wǎng)及MEC 的部署在5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，因網(wǎng)絡(luò)規(guī)模小，其所需求的配套資源也相對(duì)較少，面臨壓力也相對(duì)較小。但在日益加快的網(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 的各種場景提供快速服務(wù)能力。