5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)*

張宏宇

（上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司，上海 200092）

0 引 言

5G核心網(wǎng)的創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力源于5G業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求和新型ICT使能技術(shù)，旨在構(gòu)建高性能、靈活可配的廣域網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，全面提升面向未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)能力。5G時(shí)代要求未來(lái)能形成虛擬化、分層化的核心網(wǎng)絡(luò)，以及資源開(kāi)放、適宜開(kāi)發(fā)新業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而能夠提供從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)到業(yè)務(wù)服務(wù)的經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展的模式。隨著5G標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)，商用部署提上議程，5G需求中所描繪的未來(lái)美好的全社會(huì)信息化生活正在從暢想變得觸手可及。作為連接萬(wàn)物，賦能業(yè)務(wù)的社會(huì)化信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要環(huán)節(jié)，移動(dòng)核心網(wǎng)在5G階段實(shí)現(xiàn)架構(gòu)、功能和平臺(tái)的全面重構(gòu)。相比于傳統(tǒng)4G核心網(wǎng)（EPC），5G核心網(wǎng)采用原生適配云平臺(tái)的設(shè)計(jì)思路、基于服務(wù)的架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)提供更泛在的接入，更靈活的控制和轉(zhuǎn)發(fā)以及更友好的能力開(kāi)放[1]。

1 5G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.1 兩種5G核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)呈現(xiàn)方式

5G核心網(wǎng)采用控制轉(zhuǎn)發(fā)分離架構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理和會(huì)話管理的獨(dú)立進(jìn)行，用戶面上去除承載概念，QoS參數(shù)直接作用于會(huì)話中的不同流。通過(guò)不同的用戶面網(wǎng)元可同時(shí)建立多個(gè)不同的會(huì)話并由多個(gè)控制面網(wǎng)元同時(shí)管理，實(shí)現(xiàn)本地分流和遠(yuǎn)端流量的并行操作，5G的核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為兩種架構(gòu)呈現(xiàn)，即參考點(diǎn)方式呈現(xiàn)和服務(wù)化架構(gòu)方式呈現(xiàn)，如圖1所示。

圖1 5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

服務(wù)化架構(gòu)是在控制面采用API能力開(kāi)放形式進(jìn)行信令的傳輸，在傳統(tǒng)的信令流程中，很多的消息在不同的流程中都會(huì)出現(xiàn)，將相同或相似的消息提取出來(lái)以API能力調(diào)用的形式封裝起來(lái)，供其它網(wǎng)元進(jìn)行訪問(wèn)，服務(wù)化架構(gòu)將摒棄隧道建立的模式，傾向于采用HTTP協(xié)議完成信令交互[2]。

1.2 兩種5G核心網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)模型

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)借鑒IT系統(tǒng)服務(wù)化和微服務(wù)化架構(gòu)的成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)模塊化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能間的解耦和整合，解耦后的網(wǎng)絡(luò)功能可獨(dú)立擴(kuò)容、獨(dú)立演進(jìn)、按需部署；控制面所有NF之間的交互采用服務(wù)化接口，同一種服務(wù)可以被多種NF調(diào)用，降低NF之間接口定義的耦合度，最終實(shí)現(xiàn)整網(wǎng)功能的按需定制，靈活支持不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景和需求。

5G核心網(wǎng)絡(luò)定義了兩種狀態(tài)模型，即注冊(cè)管理模型和連接管理模型。

（1）注冊(cè)管理模型

5G核心網(wǎng)定義以下兩種注冊(cè)管理狀態(tài)，用于反 映 UE（User Equipment） 與 AMF（Access and Mobile Management Function，接入和移動(dòng)管理功能）間的注冊(cè)狀態(tài)，UE的不同接入（如3GPP和N3G）有不同的注冊(cè)管理上下文。AMF給UE分配的RM上下文包括：一個(gè)在3GPP和非3GPP之間共用的臨時(shí)身份標(biāo)識(shí)，該臨時(shí)身份標(biāo)識(shí)全球唯一；每種接入類型（3GPP/Non-3GPP）有各自的注冊(cè)狀態(tài)；每種接入類型的注冊(cè)區(qū)域（RA）；3GPP接入類型的周期性注冊(cè)計(jì)時(shí)器，非3GPP不需要周期性注冊(cè)；Non-3GPP的隱式去注冊(cè)定時(shí)器。此外3GPP和非3GPP的注冊(cè)區(qū)域是獨(dú)立的，在同一PLMN或者equivalent PLMN中后續(xù)注冊(cè)的接入側(cè)繼續(xù)使用前一接入側(cè)使用的臨時(shí)標(biāo)識(shí)，UE可以通過(guò)3GPP側(cè)觸發(fā)處在IDLE態(tài)的非3GPP側(cè)的去注冊(cè)[3]。

注冊(cè)管理狀態(tài)如圖2所示。

圖2 注冊(cè)管理狀態(tài)圖（UE&網(wǎng)絡(luò)側(cè)）

（2）連接管理模型

5G核心網(wǎng)定義以下兩種連接管理狀態(tài)，用于在UE和AMF間通過(guò)N1接口實(shí)現(xiàn)信令連接的建立與釋放。

空閑態(tài)：UE與AMF間不存在N1接口的NAS信令連接，不存在UE N2和N3連接。UE可執(zhí)行小區(qū)選擇、小區(qū)重選和PLMN選擇?？臻e態(tài)AMF應(yīng)能對(duì)非MO-only模式的UE發(fā)起尋呼，執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)發(fā)起的業(yè)務(wù)請(qǐng)求過(guò)程。

連接態(tài)：UE所屬的AN和AMF間的N2連接建立后，網(wǎng)絡(luò)進(jìn)入連接態(tài)

連接管理狀態(tài)如圖3所示。

圖3 5G核心網(wǎng)連接管理狀態(tài)

2 5G核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 5G核心網(wǎng)的Qos機(jī)制

5G QoS參數(shù)分為A-Type和B-Type兩種。A-type為預(yù)設(shè)值，B-Type是實(shí)時(shí)下發(fā)的，其可選功能和Reflective QoS由核心網(wǎng)決定是否激活，由UE產(chǎn)生，可通過(guò)用戶面和信令面?zhèn)鹘oUE，用戶面有SMF發(fā)給UPF（User Plane Function，用戶平面功能），UPF在N3接口消息中加入RQI（QoSIndicator），然后發(fā)給RAN，再發(fā)給UE，信令面為SMF（Session Management Function，會(huì)話管理功能）通過(guò)N1信令直接發(fā)給UE，UE收到后生成衍生的QoS規(guī)則，并把上行數(shù)據(jù)和QoS流進(jìn)行映射，對(duì)上行流也進(jìn)行QoS處理。衍生規(guī)則包括Packet filter、QFI、優(yōu)先值。

5G核心網(wǎng)的QoS是基于QoS流的框架，QoS Flow是5G核心網(wǎng)QoS控制的最小粒度。5G系統(tǒng)中采用QoS Flow ID（QFI）來(lái)標(biāo)識(shí)QoS流。一個(gè)PDU會(huì)話中QFI保持唯一，具有相同QFI的用戶面業(yè)務(wù)流獲得相同的轉(zhuǎn)發(fā)處理方式。QFI封裝在N3接口報(bào)頭內(nèi)，可以被用于不同類型的凈荷，如IP數(shù)據(jù)包、非IP數(shù)據(jù)包和以太網(wǎng)幀。RAN可以根據(jù)策略，讓多個(gè)Qos Flow共用1個(gè)DRB，比如GBR Qos Flow使用一個(gè)DRB，Non-GBR Qos Flow使用一個(gè)DRB[4]。5G核心網(wǎng)的Qos機(jī)制原理圖如圖4所示。

5G核心網(wǎng)的Reflective Qos機(jī)制是指UE側(cè)根據(jù)下行數(shù)據(jù)包推演出上行數(shù)據(jù)的QoS規(guī)則，無(wú)需SMF通過(guò)NAS提供上行QoS規(guī)則。5G核心網(wǎng)的Reflective Qos機(jī)制主要體現(xiàn)在控制機(jī)制和退出機(jī)制兩個(gè)方面。

圖4 5G核心網(wǎng)的Qos機(jī)制原理圖

（1）控制機(jī)制

控制機(jī)制分為控制面和用戶面，在控制面當(dāng)SMF確定激活Reflective QoS機(jī)制時(shí)，SMF（Session Management Function，會(huì)話管理功能）發(fā)送包含RQI的SDF QoS控制信息給UPF，并發(fā)送包含RQA的QoS profile給AN。在用戶面當(dāng)UPF接收SDF對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)包，在數(shù)據(jù)包的隧道中包含RQI；AN根據(jù)數(shù)據(jù)的RQI設(shè)置空口數(shù)據(jù)包頭包含RQI；UE接收到包含RQI的數(shù)據(jù)，確定本地?zé)o對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的上行QoS規(guī)則，則生成一個(gè)UE derived的QoS規(guī)則，并啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器。確定本地有對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的上行QoS規(guī)則，則重啟定時(shí)器。定時(shí)器超期時(shí)，刪除UE derived的QoS規(guī)則。如果本地有對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的上行Qos規(guī)則但下行數(shù)據(jù)的QFI不同，UE則更新Qos規(guī)則對(duì)應(yīng)的QFI。

（2）退出機(jī)制

退出機(jī)制分為控制面和用戶面，在控制面，當(dāng)5GC決定不再對(duì)某SDF使用Reflective Qos時(shí)，SMF通過(guò)N4接口移除提供給UPF的相應(yīng)SDF的RQI。在用戶面當(dāng)UPF接收到此SDF的指令時(shí)，UPF不再在N3參考點(diǎn)的報(bào)文頭中設(shè)置RQI。UPF將在一定時(shí)間內(nèi)（運(yùn)營(yíng)商可配）在最初授權(quán)的QoS Flow上繼續(xù)接收該SDF的UL業(yè)務(wù)。

2.2 5G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)切片將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分成多個(gè)虛擬的邏輯網(wǎng)絡(luò)，每一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。網(wǎng)絡(luò)切片可以按需網(wǎng)絡(luò)定制，在通用的物理基礎(chǔ)設(shè)施上（可包含外部用戶）提供具有不同特性和彈性能力的定制化網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)切片分為公共部分和獨(dú)立部分。公共部分是可以共用的功能，一般包括簽約信息、鑒權(quán)、策略等相關(guān)功能模塊。獨(dú)立部分是每個(gè)切片按需定制的功能，一般包括會(huì)話管理、移動(dòng)性管理等相關(guān)功能模塊。

為了能夠正確的選擇網(wǎng)絡(luò)切片，3GPP協(xié)議中引入了S-NSSAI（Single Network Slice Selection Assistance Information，單一網(wǎng)絡(luò)切片選擇輔助信息）標(biāo)識(shí)，S-NSSAI包括：切片業(yè)務(wù)類型（SST Slice Business Type），指示所需切片的業(yè)務(wù)特性與業(yè)務(wù)行為。切片租戶標(biāo)識(shí)（SD），在切片業(yè)務(wù)類型的基礎(chǔ)上進(jìn)一步區(qū)分接入切片的補(bǔ)充信息UE可提供網(wǎng)絡(luò)切片選擇的信息，以網(wǎng)絡(luò)側(cè)的決定為準(zhǔn)。

不同的網(wǎng)絡(luò)切片中，可以根據(jù)不同的應(yīng)用類型，靈活、動(dòng)態(tài)的定義與之相匹配的網(wǎng)絡(luò)能力。這樣不僅可以提升應(yīng)用的體驗(yàn)，適配應(yīng)用的快速創(chuàng)新，也可以通過(guò)減少不必要的能力降低網(wǎng)絡(luò)的成本和復(fù)雜度。網(wǎng)絡(luò)隔離和SLA保障，通過(guò)資源隔離生成網(wǎng)絡(luò)切片以向租戶提供SLA保障的專有網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)新商業(yè)模式的關(guān)鍵因素。切片是端到端網(wǎng)絡(luò)，包括RAN（Radio Access Network，無(wú)線接入網(wǎng)），傳輸網(wǎng)和核心網(wǎng)，需要跨域的切片管理系統(tǒng)。切片需要實(shí)現(xiàn)資源隔離，安全隔離和OAM隔離，不同域可以采用不同的技術(shù)，如CN采用虛擬化技術(shù)，此外切片是可以定制的，目前R15只定義了eMBB（Enhanced Mobile Broadband，移動(dòng)增強(qiáng)帶寬）。網(wǎng)絡(luò)切片有利于運(yùn)營(yíng)商按垂直行業(yè)的需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行定制，從而優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能。

5G支持端到端網(wǎng)絡(luò)切片包括無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)，核心網(wǎng)控制面，核心網(wǎng)用戶面，不同網(wǎng)絡(luò)切片的網(wǎng)絡(luò)功能可共享，典型的共享包括：基站共享（Slice A&B&C)；控制面功能共享，如AMF共享（Slice A&B）；核心網(wǎng)用戶面功能不共享。UE可同時(shí)接入共享AMF的多個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片（Slice A&B），例如UE最多可同時(shí)接入8個(gè)切片，目前只定義了三種類型的網(wǎng)絡(luò)切片即eMBB，uRLLC，mIoT

5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)圖如圖5所示。

圖5 5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)圖

切片功能相當(dāng)于VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網(wǎng)絡(luò)），但是比VPN靈活，例如VPN不管怎么設(shè)置，還是需要滿足一整套的Internet協(xié)議，而切片可以只包括部分Internet協(xié)議，不用的可以不要，需求可以定制，可以共享[5]。

2.3 5G核心網(wǎng)的邊緣計(jì)算技術(shù)

邊緣計(jì)算，也稱Edge Computing（EC），邊緣計(jì)算技術(shù)使得運(yùn)營(yíng)商和第三方業(yè)務(wù)能夠部署在靠近UE附著的接入點(diǎn)，因而能降低端到端時(shí)延和傳輸網(wǎng)的負(fù)載，實(shí)現(xiàn)高效的業(yè)務(wù)交付。5G核心網(wǎng)支持邊緣計(jì)算的能力包括：本地路由即5G核心網(wǎng)選擇UPF引導(dǎo)用戶流量到本地?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)；流量加速即5G核心網(wǎng)選擇需引導(dǎo)至本地?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用功能的業(yè)務(wù)流量；支持會(huì)話和業(yè)務(wù)連續(xù)性，支持QoS與計(jì)費(fèi)；EC服務(wù)兼容移動(dòng)性限制要求；用戶面選擇和重選，如基于來(lái)自應(yīng)用功能的輸入。

5G引入MEC一方面可以降低E2E時(shí)延，提升用戶體驗(yàn)，另一方面通過(guò)本地泄流，可以減小回傳網(wǎng)絡(luò)開(kāi)銷，降低網(wǎng)絡(luò)成本。MEC將移動(dòng)網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行深度融合，開(kāi)啟了業(yè)務(wù)重回網(wǎng)絡(luò)的契機(jī)，對(duì)運(yùn)營(yíng)商和設(shè)備商都有重要的戰(zhàn)略意義。

MEC的引入對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的影響主要體現(xiàn)在用戶面，包括業(yè)務(wù)的分流、連續(xù)性的保障、UPF的選擇和重選，此外對(duì)能力開(kāi)放、QoS和計(jì)費(fèi)等也有影響。

除此之外SMF可以控制PDU會(huì)話的數(shù)據(jù)路徑，使得PDU會(huì)話可以同時(shí)對(duì)應(yīng)于多個(gè)N6接口。同一個(gè)PDU會(huì)話的不同UPF提供對(duì)同一DN的訪問(wèn)。在PDU會(huì)話建立中分配的UPF與PDU會(huì)話的SSC模式相關(guān)聯(lián)，并且在同一PDU會(huì)話中分配的附加UPF（例如，用于選擇性地向DN路由）獨(dú)立于PDU會(huì)話的SSC模式。選擇性DN業(yè)務(wù)路由支持將一些選定的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)發(fā)到某個(gè)與UE更近的DN的N6接口。

2.4 5G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放

基于EPC里的網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放層SCEF的設(shè)計(jì)理念，結(jié)合5G需求和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特點(diǎn)，提出了5G網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放架構(gòu)。5G網(wǎng)絡(luò)將構(gòu)建端到端的業(yè)務(wù)域、平臺(tái)域和網(wǎng)絡(luò)域的能力開(kāi)放。

其中業(yè)務(wù)域包含第三方業(yè)務(wù)提供商，虛擬運(yùn)營(yíng)商，終端用戶，或運(yùn)營(yíng)商的自營(yíng)業(yè)務(wù)。業(yè)務(wù)域可以向平臺(tái)域輸入網(wǎng)絡(luò)能力的需求信息，并接受平臺(tái)域提供的網(wǎng)絡(luò)能力，也可以向平臺(tái)域提供網(wǎng)絡(luò)域需求的能力信息，實(shí)現(xiàn)反向的能力開(kāi)放。

平臺(tái)域則需要具備第三方業(yè)務(wù)的簽約管理，對(duì)業(yè)務(wù)域的API開(kāi)放和計(jì)費(fèi)功能，以及對(duì)網(wǎng)絡(luò)域的能力編排和能力調(diào)度功能。構(gòu)建具有良好的互通能力，管理能力和開(kāi)放能力的平臺(tái)域是5G網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放的重要研究?jī)?nèi)容[6]。

網(wǎng)絡(luò)域則主要考慮BSS/OSS（Business Support System，業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)/Operation Support System運(yùn)營(yíng)支持系統(tǒng)）和MANO能力的結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片的統(tǒng)一編排管理，以及對(duì)平臺(tái)域的能力開(kāi)放。網(wǎng)元實(shí)體實(shí)現(xiàn)具體的網(wǎng)絡(luò)控制能力，監(jiān)控能力，網(wǎng)絡(luò)信息，以及網(wǎng)絡(luò)基本服務(wù)能力的開(kāi)放。大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，并將分析結(jié)果上報(bào)給平臺(tái)域[7]。

3 5G核心網(wǎng)的演進(jìn)思路

5G核心網(wǎng)發(fā)展兼顧EPC演進(jìn)和NGC部署兩種情況，選擇EPC還是直接上NGC，取決于如下因素：

（1）3GPP核心網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品成熟度；RAN產(chǎn)品成熟度和部署策略，若NR先于NGC成熟則考慮優(yōu)選EPC增強(qiáng)，反之建議直接上NGC；

（2）SDN/NFV基礎(chǔ)設(shè)施部署成熟度，5G核心網(wǎng)需要通過(guò)NFV/SDN基礎(chǔ)設(shè)施上實(shí)現(xiàn)“自上而下”按需、靈活的網(wǎng)絡(luò)切片定制；

（3）IMS語(yǔ)音成熟度，5GC必須且只支持VoLTE語(yǔ)音業(yè)務(wù)。

NSA（Non-Stand Alone非獨(dú)立組網(wǎng)）與SA（Stand Alone獨(dú)立組網(wǎng)）混合組網(wǎng)分析如下：

SA方案的標(biāo)準(zhǔn)于2018年6月凍結(jié)。采用SA方案，5G網(wǎng)絡(luò)可支持網(wǎng)絡(luò)切片、MEC等新特性，4G 核心網(wǎng)MME需要升級(jí)支持N26接口，4G基站僅需較少升級(jí)（如增加與5G切換等參數(shù)），4G/5G基站可異廠家組網(wǎng)，終端不需要雙連接。

NSA是將5G的控制信令錨點(diǎn)在4G基站上，通過(guò)4G基站接入EPC或5GC（5G核心網(wǎng)），NSA方案要求4G/5G基站同廠家，終端支持雙連接?；贓PC的NSA標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)在2017年12月凍結(jié)。采用這種方案，不支持網(wǎng)絡(luò)切片、MEC等新特性，EPC需升級(jí)支持5G接入相關(guān)的功能，4G基站需要升級(jí)支持與5G基站間的X2接口。采用這種方案，5G網(wǎng)絡(luò)可以支持網(wǎng)絡(luò)切片、MEC等新特性，但4G基站需升級(jí)支持5G協(xié)議[8]。

NSA非獨(dú)立組網(wǎng)方案在5G啟動(dòng)之初以eMBB和mMTC（Massive Machine Type of Communication，海量機(jī)器類通信）業(yè)務(wù)為突破口。在業(yè)務(wù)上，重點(diǎn)應(yīng)用場(chǎng)景以eMBB和mMTC為切入點(diǎn)；在核心網(wǎng)側(cè)，eMBB業(yè)務(wù)和mMTC業(yè)務(wù)通過(guò)演進(jìn)的EPC架構(gòu)支持；在無(wú)線側(cè)，用戶面以4G基站作為5G基站的錨點(diǎn)接入EPC網(wǎng)絡(luò)，5G站點(diǎn)視為對(duì)當(dāng)前容量的提升，mMTC業(yè)務(wù)的接入通過(guò)4G增強(qiáng)技術(shù)進(jìn)行，在4G基礎(chǔ)上演進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)和5G新網(wǎng)絡(luò)共同進(jìn)行eMBB業(yè)務(wù)的接入。NSA架構(gòu)在網(wǎng)絡(luò)性能、投資成本及5G初期商用等方面具有先發(fā)優(yōu)勢(shì)。首先，從網(wǎng)絡(luò)性能上來(lái)看，NSA架構(gòu)的5G載波可看作在現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)上增加的新型載波，可用于熱點(diǎn)區(qū)域擴(kuò)容；基于雙連接特性，可以保證5G與4G之間的業(yè)務(wù)連續(xù)性，有利于保障用戶體驗(yàn)。其次，從投資及建設(shè)成本來(lái)看，NSA架構(gòu)在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)資源基礎(chǔ)設(shè)施上整合新的5G網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)升級(jí)所需投資門檻低，既有利于LTE投資的收回，又有利于5G初期低成本部署。最后，從5G商用需求來(lái)看，NSA架構(gòu)使得運(yùn)營(yíng)商。有選擇性地靈活建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)，便于快速推出5G新業(yè)務(wù)[9]。

5G核心網(wǎng)的演進(jìn)要分階段分步驟進(jìn)行。第一階段主要針對(duì)部分eMBB業(yè)務(wù)首先要升級(jí)EPC網(wǎng)絡(luò)，對(duì)接LTE和NR，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，采用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)vEPC。第二階段在原有的EPC增強(qiáng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)PGW-C/U（PDN GateWay-C/U，控制面/用戶面的PDN網(wǎng)關(guān)）、HSS Home Subscriber Server（歸屬簽約用戶服務(wù)器）、PCRF Policy and Charging Rules Function（策略與計(jì)費(fèi)規(guī)則功能單元）等平滑升級(jí)，支持NGC，實(shí)現(xiàn)上述網(wǎng)元的合設(shè)，新建5G AMF網(wǎng)元與MME實(shí)現(xiàn)對(duì)接，支持與EPC的無(wú)縫切換，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的搭建，承載部分專網(wǎng)業(yè)務(wù)。第三階段擴(kuò)建5G核心網(wǎng)并支持接入所有4G和5G基站，逐步淘汰專有硬件的EPC網(wǎng)元，將vEPC資源釋放，實(shí)現(xiàn)NGC網(wǎng)元重構(gòu)，將大部分eMBB、mMTC和uRLLC等業(yè)務(wù)遷移到5G網(wǎng)絡(luò)。演進(jìn)示意圖如圖6所示。

圖6 5G核心網(wǎng)的演進(jìn)示意圖

4 結(jié) 語(yǔ)

5G已來(lái)，萬(wàn)物互聯(lián)已展現(xiàn)在眼前。未來(lái)多樣化的業(yè)務(wù)將提供更多智能化的物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。這些多樣化的業(yè)務(wù)需求使得5G核心網(wǎng)在基本性能上提出了更高的要求。比如，10 Gbit/s以上的高峰值速率；連接密度達(dá)百萬(wàn)的大連接，毫秒級(jí)別的低時(shí)延等。5G網(wǎng)絡(luò)承載的多樣化業(yè)務(wù)，需要新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)靈活地適配不同的業(yè)務(wù)需求。為引領(lǐng)5G時(shí)代，在5G啟動(dòng)之際，組網(wǎng)方式的選擇已經(jīng)成為運(yùn)營(yíng)商首要考慮的問(wèn)題。運(yùn)營(yíng)商需要基于發(fā)展愿景和當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)，選擇合適的組網(wǎng)方式，通過(guò)新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，承載靈活的網(wǎng)絡(luò)功能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的逐步演進(jìn)及與5G網(wǎng)絡(luò)的融合互通。