5G核心網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)研究及應(yīng)用探索

（中興通訊股份有限公司，廣東 深圳 518057）

(ZTE Corporation, Shenzhen 518057, China)

1 5G核心網(wǎng)挑戰(zhàn)分析

面對(duì)萬(wàn)物互聯(lián)，5G網(wǎng)絡(luò)需要更聰明、更靈活的大腦，來(lái)精準(zhǔn)地感知網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量上傳下發(fā)的擁塞狀態(tài)、業(yè)務(wù)動(dòng)向、用戶位置等信息。5G網(wǎng)絡(luò)還需要具備用戶和業(yè)務(wù)的接入控制、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度的能力。3GPP定義了全新服務(wù)化架構(gòu)（SBA），采用HTTP/2互聯(lián)網(wǎng)化的協(xié)議，借助IT云原生技術(shù)重構(gòu)5G核心網(wǎng)。面對(duì)架構(gòu)的全面革新，以及使能垂直行業(yè)的使命，如何協(xié)同標(biāo)準(zhǔn)、業(yè)界發(fā)展情況，穩(wěn)、快、好、省地實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的商用落地，是5G規(guī)模商用的挑戰(zhàn)。目前的5G核心網(wǎng)存在以下的挑戰(zhàn)：

1）網(wǎng)絡(luò)定制化能力低。過(guò)去通信網(wǎng)是面向確定性需求建設(shè)的，而隨著通信網(wǎng)由消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)向產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，出現(xiàn)了越來(lái)越多的不確定性因素，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)難以滿足客戶日益?zhèn)€性化的需求。此外，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用創(chuàng)新要求網(wǎng)絡(luò)更敏捷，行業(yè)需求的不確定性、差異化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)等級(jí)協(xié)議（SLA）、面向大眾市場(chǎng)用戶（ToC）/面向垂直行業(yè)（ToB）業(yè)務(wù)的顯著差異，則要求5G核心網(wǎng)更加敏捷，能夠做到快速定制網(wǎng)絡(luò)。面對(duì)數(shù)字化的浪潮，傳統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好的網(wǎng)絡(luò)難以適應(yīng)，同時(shí)網(wǎng)絡(luò)能力優(yōu)勢(shì)也未能針對(duì)云進(jìn)行有效、統(tǒng)一地開(kāi)放，這都導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)側(cè)成為創(chuàng)新的瓶頸。

2）虛擬化性能難以媲美專有硬件。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）軟硬件解耦、通用硬件的采用，以及NFV在電信領(lǐng)域的逐步普及，雖然降低了硬件成本，提升了資源利用率，但因?yàn)橐胫虚g的虛擬化一層導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)性能有所下降。除了在虛擬化層面使用CPU綁定、單根輸出輸出虛擬化（SR-IOV）、多網(wǎng)卡綁定等技術(shù)手段來(lái)減少虛擬化和x86硬件引入帶來(lái)的性能損耗，還需要在軟件和硬件層面做相應(yīng)的增強(qiáng)，使得5G用戶面能夠兼顧強(qiáng)轉(zhuǎn)發(fā)和強(qiáng)計(jì)算的能力。

3）中心式網(wǎng)絡(luò)難以應(yīng)對(duì)流量指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)。隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，用戶對(duì)流量的需求與日俱增。4G不限流量套餐的推出，使得網(wǎng)絡(luò)只能不斷地升級(jí)擴(kuò)容，這種以中心式建網(wǎng)弊端日益凸顯。提速降費(fèi)的大背景，對(duì)運(yùn)營(yíng)商的流量經(jīng)營(yíng)帶來(lái)了壓力。另外，隨著5G大帶寬、低時(shí)延業(yè)務(wù)的發(fā)展，云虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、大視頻等5G新業(yè)務(wù)將對(duì)中心網(wǎng)絡(luò)造成進(jìn)一步?jīng)_擊，大量的業(yè)務(wù)要求能夠在本地消化和終結(jié)，以降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延以及骨干網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。

4）網(wǎng)絡(luò)缺乏自動(dòng)化開(kāi)通和運(yùn)維的能力。虛擬化后的軟硬件解耦程度增大，使得組網(wǎng)更加復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)正向多廠商、多平臺(tái)、多組件、多接口演進(jìn)，運(yùn)營(yíng)商在5G核心網(wǎng)建設(shè)時(shí)將面臨多廠商、跨域集成等多項(xiàng)挑戰(zhàn)，基于人工的方式難以迅速響應(yīng)隨需而動(dòng)的網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。5G網(wǎng)絡(luò)比2G/3G/4G復(fù)雜得多，高度彈性，動(dòng)態(tài)變化，急需引入人工智能（AI）、大數(shù)據(jù)等新技術(shù)，以推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的自動(dòng)化、智能化發(fā)展。

2 5G核心網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)

與LTE相比，5G的主要目標(biāo)不僅僅是為了帶來(lái)更高速率的數(shù)據(jù)服務(wù)。為此，ITU-R定義了增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、超可靠低時(shí)延（URLLC）以及海量機(jī)器類通信（mMTC）3大場(chǎng)景[1]，使能垂直行業(yè)。3GPP定義了SBA和功能模塊化，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)的按需部署，新業(yè)務(wù)上線時(shí)間的縮短；定義的控制面和用戶面分離（CUPS）技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了用戶面可以基于業(yè)務(wù)需求靈活部署；定義的移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）技術(shù)，使得用戶可以就近訪問(wèn)業(yè)務(wù)；定義的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，可以使一套物理網(wǎng)絡(luò)服務(wù)于多個(gè)不同的應(yīng)用場(chǎng)景。5G核心網(wǎng)正是基于以上多種創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，完全滿足5G時(shí)代業(yè)務(wù)多樣化的需求，為網(wǎng)絡(luò)走向開(kāi)放和構(gòu)建生態(tài)提供動(dòng)力源泉。

2.1 跨域多維切片技術(shù)

切片是5G獨(dú)立組網(wǎng)（SA）較為關(guān)鍵的因素，通過(guò)動(dòng)態(tài)切片的自動(dòng)化創(chuàng)建，以實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)資源的調(diào)度，快速定制、兌現(xiàn)差異化的SLA，滿足各種垂直行業(yè)差異化的網(wǎng)絡(luò)需求。網(wǎng)絡(luò)切片是一種按需組網(wǎng)的方式，可以讓運(yùn)營(yíng)商在同一基礎(chǔ)設(shè)施上分離出多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)例提供一個(gè)或多個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景。一個(gè)切片由一個(gè)或多個(gè)子切片組成，子切片包含無(wú)線、核心網(wǎng)、承載。兩個(gè)切片可以共享一個(gè)或多個(gè)子切片。

4G可以通過(guò)專用核心網(wǎng)（DCN）技術(shù)[2]實(shí)現(xiàn)類似切片的概念，但4G DCN技術(shù)僅是核心網(wǎng)單切片，不支持端到端，不具備管理靈活性，無(wú)法演進(jìn)到5G切片。表1是4G DCN和5G切片技術(shù)比較。

面對(duì)不同的行業(yè)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求，需要為特定的行業(yè)應(yīng)用或企業(yè)定義特定的切片，部署不同的切片實(shí)例，實(shí)現(xiàn)專屬的網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片由網(wǎng)絡(luò)功能構(gòu)建而成，涉及到端到端網(wǎng)絡(luò)。如果所有網(wǎng)絡(luò)切片都采用完全獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)功能，會(huì)造成網(wǎng)絡(luò)資源開(kāi)銷大和性價(jià)比低；因此，面對(duì)垂直行業(yè)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)功能在切片間需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行共享，以滿足資源效率提升的需求。目前，業(yè)界針對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片部署模式主要有3種，具體如圖1所示。

1）模式1：該模式的安全隔離要求高，成本敏感度低，如遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等，不同切片采用完全獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)功能（NF），控制面和用戶NF都不共享。

2）模式2：該模式的安全隔離要求相對(duì)低，終端要求同時(shí)接入多個(gè)切片，如輔助駕駛、車載娛樂(lè)等，不同切片的部分控制面NF共享，用戶面NF不共享。

3）模式3：該模式的安全隔離要求低，成本敏感，如視頻監(jiān)控、手機(jī)視頻、環(huán)境監(jiān)測(cè)等，不同切片的所有控制面NF共享，用戶面NF不共享。

表1 4G DCN和5G切片技術(shù)比較

2.2 軟硬件加速技術(shù)

VR/AR、自動(dòng)駕駛、云游戲等新興業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出超低時(shí)延、超大帶寬的要求，具體見(jiàn)圖2。這些性能需求與網(wǎng)絡(luò)用戶面緊密相關(guān)，需要用戶面提供高效、快速的數(shù)據(jù)處理和轉(zhuǎn)發(fā)。

在eMBB的場(chǎng)景下，可以通過(guò)純軟件加速的方案，并基于矢量包處理（VPP）[3]的思想，在數(shù)據(jù)報(bào)文卸載功能中采用矢量轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，提高轉(zhuǎn)發(fā)處理性能，實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)報(bào)文的批量處理和轉(zhuǎn)發(fā)，有效地降低業(yè)務(wù)邏輯對(duì)CPU的消耗，并解決傳統(tǒng)來(lái)包逐個(gè)處理、不加分類而產(chǎn)生的緩存抖動(dòng)和緩存未命中的缺陷。采用數(shù)據(jù)平面開(kāi)發(fā)套件（DPDK）[4]無(wú)鎖化并行計(jì)算架構(gòu)（具體如圖3所示），能夠?qū)⑾嗤脩鬒P的報(bào)文放到同一個(gè)線程中，避免了多個(gè)線程同時(shí)讀寫(xiě)同一個(gè)內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)的情況，實(shí)現(xiàn)了無(wú)鎖化，并消除鎖等待時(shí)間，從而達(dá)到高并發(fā)的效果。合理規(guī)劃DPDK內(nèi)存與緩存，需要將頻繁執(zhí)行的代碼常駐指令Cache，限制訪存范圍降低切頁(yè)帶來(lái)的消耗，大幅提升報(bào)文的處理速度。

在IMT-2020的關(guān)鍵特性中，URLLC要求端到端的時(shí)延為1 ms，并盡可能減少非空口的傳輸時(shí)延，核心網(wǎng)側(cè)用戶面轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延從100～200 μs降低至10 μs。雖然在架構(gòu)層面上，控制面和用戶面分離技術(shù)（CUPS）實(shí)現(xiàn)了用戶面下沉，但是基于純軟件加速已無(wú)法滿足低時(shí)延的要求，需要借助硬件加速技術(shù)。目前，主流的加速卡硬件主要有現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）、網(wǎng)絡(luò)處理器（NP）和專用集成電路（ASIC）。FPGA因其更優(yōu)的通用性和靈活性，又便于引入新特性，更加適合作為面向5G的虛擬化通用硬件加速平臺(tái)?；趚86服務(wù)器的FPGA智能網(wǎng)卡加速虛擬化用戶面，性能媲美專用硬件。通過(guò)在軟件VNF層面進(jìn)行業(yè)務(wù)首包學(xué)習(xí)，生成轉(zhuǎn)發(fā)流表，并將流表下發(fā)到智能網(wǎng)卡中，同一條流的后續(xù)數(shù)據(jù)報(bào)文將由智能網(wǎng)卡接收、解包、處理后直接轉(zhuǎn)發(fā)，降低了節(jié)點(diǎn)內(nèi)轉(zhuǎn)發(fā)處理層次，大幅減少CPU計(jì)算、內(nèi)存讀取、外設(shè)部件互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)（PCIe）總線的瓶頸，提升單服務(wù)器性能密度。

圖1 網(wǎng)絡(luò)切片部署模式

圖2 各種業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的要求

圖3 數(shù)據(jù)平面開(kāi)發(fā)套件無(wú)鎖化并行計(jì)算

相對(duì)純軟件加速的用戶面而言，智能網(wǎng)卡加速的用戶面可以突破當(dāng)前虛擬化轉(zhuǎn)發(fā)的性能和時(shí)延瓶頸，實(shí)現(xiàn)虛擬化超高性能超低時(shí)延，顯著降低轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延達(dá)到微秒級(jí)別，滿足5G 工業(yè)控制、自動(dòng)駕駛等超低時(shí)延應(yīng)用。

2.3 行業(yè)使能技術(shù)

5G在賦能垂直行業(yè)方面，除了提供基礎(chǔ)的5G網(wǎng)絡(luò)功能和業(yè)務(wù)支持外，為滿足行業(yè)多樣化的特性需求，3GPP R16引入5G 行業(yè)使能技術(shù)，包括時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）、5G局域網(wǎng)（5G LAN）和5G專網(wǎng)（5G NPN）[5]等內(nèi)容。通過(guò)這些行業(yè)增值產(chǎn)品包來(lái)滿足場(chǎng)景化部署，從而推動(dòng)智能制造與工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT），引領(lǐng)工業(yè)4.0。

TSN引入IEEE的TSN特性，在以太網(wǎng)上提供確定性時(shí)間傳輸，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)包在確定的時(shí)間內(nèi)到達(dá)并轉(zhuǎn)發(fā)。TSN源于音視頻領(lǐng)域的應(yīng)用需求，最初稱之為以太網(wǎng)音視頻橋接技術(shù) （AVB）[6]，用于傳輸高質(zhì)量音視頻；2012年IEEE決定擴(kuò)展工業(yè)控制領(lǐng)域，將其更名為TSN。5G系統(tǒng)作為TSN網(wǎng)橋與外部TSN網(wǎng)絡(luò)集成，并通過(guò)設(shè)備側(cè)TSN轉(zhuǎn)換器（DS-TT）和網(wǎng)絡(luò)側(cè)TSN轉(zhuǎn)換器（NW-TT）提供TSN入口和出口，實(shí)現(xiàn)TSN和5G網(wǎng)絡(luò)的通信，使能實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。5G+TSN構(gòu)建確定性網(wǎng)絡(luò)（如圖4所示），使得設(shè)備時(shí)間精準(zhǔn)同步，并使能多節(jié)點(diǎn)高精度協(xié)作控制，支持低時(shí)延、低抖動(dòng)、高可靠確定性組網(wǎng)。將工業(yè)設(shè)備通過(guò)無(wú)線的方式接入到TSN網(wǎng)絡(luò)，代替?zhèn)鹘y(tǒng)有線的方式，能夠擺脫線纜束縛。典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括機(jī)器人協(xié)同、車輛精準(zhǔn)調(diào)度、配電網(wǎng)差動(dòng)保護(hù)等。

5G專網(wǎng)（NPN）重點(diǎn)面向行業(yè)專有業(yè)務(wù)的接入，禁止非NPN用戶接入NPN小區(qū)或跟蹤區(qū)，打造安全、可靠、定制化5G專網(wǎng)。非公共網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖5所示。5G核心網(wǎng)部署到專有網(wǎng)絡(luò)中，終端可以通過(guò)如下方式實(shí)現(xiàn)專網(wǎng)和公網(wǎng)的互訪：

1）用戶通過(guò)專網(wǎng)接入時(shí)，專網(wǎng)同時(shí)作為信任或非信任3GPP接入，接入到公網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)用戶通過(guò)專網(wǎng)接入公網(wǎng)的互訪需求；

2）用戶通過(guò)公網(wǎng)接入時(shí)，公網(wǎng)同時(shí)作為信任或非信任3GPP接入，接入到專網(wǎng)中，實(shí)現(xiàn)用戶通過(guò)公網(wǎng)接入專網(wǎng)的互訪需求。

NPN可以低成本、快速地部署局域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)。NPN易定制的特點(diǎn)滿足了行業(yè)特定需求，提升用戶體驗(yàn)。此外，NPN有著保密性高、獨(dú)立管控、小區(qū)級(jí)安全、敏感數(shù)據(jù)僅本地保存的特點(diǎn)。NPN典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括工業(yè)園區(qū)、礦山、集裝箱港口等。

5G LAN支持局域網(wǎng)類型的網(wǎng)絡(luò)覆蓋，通過(guò)UPF完成LAN區(qū)域內(nèi)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，滿足快速部署安全、可控的企業(yè)局域網(wǎng)的需求。通過(guò)會(huì)話管理功能（SMF）配置UPF來(lái)靈活處理單個(gè)5G 虛擬網(wǎng)絡(luò)組的協(xié)議數(shù)據(jù)單元（PDU）會(huì)話之間路由流量。例如，取決于目的地地址，一些分組流可以在本地轉(zhuǎn)發(fā)，而其他分組流通過(guò)N19轉(zhuǎn)發(fā)。5G虛擬網(wǎng)絡(luò)組通信有3種類型的流量轉(zhuǎn)發(fā)方式：

1）基于N6的轉(zhuǎn)發(fā)，5G虛擬網(wǎng)絡(luò)組通信的上行/下行（UL/DL）流量被轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（DN），或從DN轉(zhuǎn)發(fā)；

圖4 5G+時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)

圖5 非公共網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2）基于N19的轉(zhuǎn)發(fā)，5G虛擬網(wǎng)絡(luò)組通信的UL/DL流量通過(guò)N19在不同PDU會(huì)話的錨點(diǎn)UPF之間轉(zhuǎn)發(fā)；

3）本地交換，如果該UPF是同一5G虛擬網(wǎng)絡(luò)組的不同PDU會(huì)話的通用PSA UPF，則流量由單個(gè)UPF在本地轉(zhuǎn)發(fā)。

5G LAN技術(shù)參見(jiàn)圖6，其支持UE間的本地通信，用戶組靈活劃分，數(shù)據(jù)安全隔離，并能優(yōu)化數(shù)據(jù)路由與交換，滿足企業(yè)網(wǎng)快速部署，自主實(shí)現(xiàn)群組管理和IP地址分配。典型的應(yīng)用場(chǎng)景包括大型會(huì)議、賽事等。

2.4 邊緣計(jì)算技術(shù)

MEC是5G的核心技術(shù)之一，提供連接+計(jì)算的能力。MEC將云計(jì)算從中心擴(kuò)展到邊緣，實(shí)現(xiàn)算力延伸，更加地貼近用戶。5G網(wǎng)絡(luò)集成MEC部署（具體見(jiàn)圖7），主要體現(xiàn)在UPF下沉至MEC節(jié)點(diǎn)，并將控制面網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放功能（NEF）、策略控制功能（PCF）、SMF等網(wǎng)元中心集中部署。MEC應(yīng)用編排（MEAO）對(duì)應(yīng)于第三方應(yīng)用功能（AF），可通過(guò)NEF或PCF進(jìn)行交互，完成分流規(guī)則的影響與配置。SMF集中地對(duì)流量的調(diào)度，通過(guò)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)名（DNN）、上行分類器（ULCL）或者IPv6多歸屬等方案[7]實(shí)現(xiàn)邊緣UPF的選擇及特定數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分流。會(huì)話管理、QoS管理、連續(xù)性管理、計(jì)費(fèi)、監(jiān)聽(tīng)等遵循5G核心網(wǎng)流程。5G MEC的部署編排系統(tǒng)應(yīng)與5G網(wǎng)絡(luò)管理和編排（MANO）統(tǒng)一考慮，并與編排器進(jìn)行融合。MEC能力開(kāi)放應(yīng)與NEF能力開(kāi)放采用統(tǒng)一接口，支持邊緣側(cè)網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放。

5G網(wǎng)絡(luò)將以核心/大區(qū)、本地、邊緣三級(jí)DC+基站機(jī)房為基礎(chǔ)架構(gòu)，虛擬化網(wǎng)元功能可按照?qǐng)鼍安渴鹪诰W(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的位置上，滿足各種低時(shí)延高帶寬的業(yè)務(wù)，如表2所示。通過(guò)在運(yùn)營(yíng)商站點(diǎn)機(jī)房、邊緣DC包括接入機(jī)房和匯聚機(jī)房部署MEC平臺(tái)和上層APP應(yīng)用，使MEC更加貼近用戶側(cè)，實(shí)現(xiàn)更低的時(shí)延，以及流量就近轉(zhuǎn)發(fā)，以滿足車聯(lián)網(wǎng)、AR/VR、高清視頻、云辦公、智能家居等各種各樣的垂直行業(yè)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)多種制式、融合接入、開(kāi)放平臺(tái)。

圖6 5G局域網(wǎng)架構(gòu)圖

圖7 移動(dòng)邊緣計(jì)算與5G網(wǎng)絡(luò)的集成

基于5G網(wǎng)絡(luò)拓展邊緣云，可以充分發(fā)揮連接和網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)，整合云、網(wǎng)、邊、端能力為行業(yè)客戶提供一體化服務(wù)，同時(shí)開(kāi)拓更多的創(chuàng)新應(yīng)用。5G網(wǎng)絡(luò)和邊緣計(jì)算結(jié)合的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在如下幾點(diǎn)：

1）連接優(yōu)勢(shì)，全覆蓋、多樣化的連接是運(yùn)營(yíng)商進(jìn)入邊緣計(jì)算領(lǐng)域的核心切入點(diǎn)；

2）網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，高可靠、低時(shí)延、大帶寬、多連接、確定性以及業(yè)務(wù)安全的5G網(wǎng)絡(luò)用戶面是邊緣計(jì)算的核心錨點(diǎn)；

3）邊緣優(yōu)勢(shì)，基于網(wǎng)絡(luò)云打造邊緣ICT融合資源池，向平臺(tái)和應(yīng)用綜合服務(wù)能力延伸，實(shí)現(xiàn)性能和成本最優(yōu)。

2.5 自動(dòng)化運(yùn)維技術(shù)

5G核心網(wǎng)全云化的部署是以云為核心對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行規(guī)劃，并通過(guò)云+網(wǎng)提供一體化的服務(wù)，為客戶到云、云到云提供最短路徑、最優(yōu)體驗(yàn)和最安全可靠的保障。引入自動(dòng)化工具鏈來(lái)解決網(wǎng)絡(luò)快速部署，如圖8所示，可以使得網(wǎng)絡(luò)部署速度跟上云業(yè)務(wù)“分鐘級(jí)”開(kāi)通的需要。

通過(guò)打通規(guī)劃、建設(shè)、運(yùn)維和優(yōu)化整個(gè)流程，并集成整個(gè)工具鏈，實(shí)現(xiàn)5G核心網(wǎng)虛擬化建設(shè)的規(guī)劃設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)部署和驗(yàn)收測(cè)試的自動(dòng)化，大幅縮短網(wǎng)絡(luò)建設(shè)時(shí)間。同時(shí)，通過(guò)友好的用戶交互界面在網(wǎng)絡(luò)集成的全生命周期中實(shí)現(xiàn)工具功能與客戶需求之間的“零距離”，有效解決了運(yùn)營(yíng)商在虛擬化網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)維中的痛點(diǎn)。

1）設(shè)計(jì)工具：通過(guò)圖形用戶界面（GUI）界面匯總硬件、云平臺(tái)、MANO及NF部署所需配置參數(shù)和資源要求，自動(dòng)生成集成場(chǎng)景組件實(shí)例化參數(shù)文件和設(shè)計(jì)文檔；

2）部署工具：接收設(shè)計(jì)工具生成的實(shí)例化參數(shù)文件，完成硬件、云平臺(tái)、MANO及NF的部署，并完成NF局?jǐn)?shù)據(jù)配置；

表2 不同邊緣場(chǎng)景下的業(yè)務(wù)分析

3）運(yùn)維工具：在云平臺(tái)、MANO、NF完成部署后，日常維護(hù)支持根原因分析（RCA）多層故障告警關(guān)聯(lián)，自動(dòng)巡檢網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)狀態(tài)，故障自愈以及自動(dòng)派單處理；

4）網(wǎng)優(yōu)工具：實(shí)時(shí)保障網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量，通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵性能指標(biāo)（KPI）質(zhì)量監(jiān)控和對(duì)比，支持資源的重新分配，按需彈性擴(kuò)容和優(yōu)先級(jí)調(diào)度。

3 5G應(yīng)用探索

5G應(yīng)用并不能一蹴而就，還需一定時(shí)間。5G建設(shè)初期，主要依賴大視頻、云游戲等eMBB應(yīng)用；近期，聚焦MEC園區(qū)網(wǎng)；遠(yuǎn)期，聚焦垂直行業(yè)使能技術(shù)，拓展URLLC/mMTC行業(yè)市場(chǎng)。2019—2020年，5G在全球各區(qū)域均開(kāi)展了試點(diǎn)部署，尤其是在中國(guó)市場(chǎng)：通過(guò)頭部行業(yè)試點(diǎn)探索，挖掘5G的典型應(yīng)用，獲得了顯著的成果。下面，我們重點(diǎn)介紹5G在工業(yè)、教育、醫(yī)療、電力和車聯(lián)網(wǎng)等方面的應(yīng)用。

1）5G+工業(yè)：基于端到端切片+MEC開(kāi)展5G+工業(yè)的建設(shè)，可為企業(yè)快速構(gòu)建起高安全隔離的行業(yè)虛擬專網(wǎng)。

圖8 端到端自動(dòng)化流程

（1）園區(qū)數(shù)據(jù)訪問(wèn)安全：MEC實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的本地存儲(chǔ)，關(guān)鍵數(shù)據(jù)內(nèi)部傳輸不出園區(qū)，并且與公網(wǎng)隔離以保證安全性。

（2）生產(chǎn)采集數(shù)據(jù)快速分流：用戶面下沉到邊緣，提供穩(wěn)定的高帶寬、低時(shí)延的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，同時(shí)將采集數(shù)據(jù)快速分流到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)分析平臺(tái)，為生產(chǎn)提供分析、告警、判決、調(diào)整等決策建議。

2）5G+教育：場(chǎng)景化應(yīng)用的增多，推動(dòng)了教育的升級(jí)。

（1）遠(yuǎn)程VR/AR教室利用5G的大帶寬、低時(shí)延特性：結(jié)合5G核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)面硬件的加速優(yōu)化創(chuàng)新技術(shù)，較好地滿足了遠(yuǎn)程VR/AR教室的網(wǎng)絡(luò)需求，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程教育“真人”化，使得在家上課也能享受與現(xiàn)場(chǎng)一樣的體驗(yàn)。

（2）5G智慧校園：通過(guò)高清監(jiān)控、人臉識(shí)別提供了業(yè)務(wù)層的解決方案，但這些新技術(shù)需要更好的網(wǎng)絡(luò)支撐才能發(fā)揮最大功效。通過(guò)部署增強(qiáng)的校園MEC平臺(tái)，利用5G LAN技術(shù)，構(gòu)建了一張大帶寬、高可靠的強(qiáng)本地網(wǎng)，為智慧業(yè)務(wù)落地提供了堅(jiān)實(shí)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。

3）5G+醫(yī)療：網(wǎng)絡(luò)切片和低時(shí)延保障技術(shù)的結(jié)合，解決了遠(yuǎn)程醫(yī)療安全和性能瓶頸。

（1）借助于5G網(wǎng)絡(luò)切片，可以將醫(yī)院辦公等普通業(yè)務(wù)與遠(yuǎn)程會(huì)診等高安全業(yè)務(wù)分別部署不同的專用網(wǎng)絡(luò)，徹底進(jìn)行隔離，確保了遠(yuǎn)程會(huì)診網(wǎng)絡(luò)的安全性。

（2）借助本地化的醫(yī)療MEC平臺(tái)/TSN等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程醫(yī)療“最后一公里”的超低時(shí)延保障。

4）5G+電力：生產(chǎn)、園區(qū)管理、辦公等差異化較大的業(yè)務(wù)需求，可以通過(guò)切片等技術(shù)滿足電力生產(chǎn)管理的轉(zhuǎn)型升級(jí)。

（1）基于5G切片的隔離增強(qiáng)技術(shù)，構(gòu)建完全隔離的電力生產(chǎn)專網(wǎng)，確保生產(chǎn)不受干擾。

（2）引入本地化的電力MEC平臺(tái)，將園區(qū)管理應(yīng)用全部本地化部署，并利用5G無(wú)線大帶寬接入、MEC ICT資源共用、MEC平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）能力開(kāi)放、NPN等創(chuàng)新技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了園區(qū)管理智能化高安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）辦公系統(tǒng)全部上云，并利用邊緣云資源部署辦公本地化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)辦公系統(tǒng)的云邊協(xié)同，上云的同時(shí)也確保了辦公體驗(yàn)不下降。

5）5G+車聯(lián)網(wǎng)：加速自動(dòng)駕駛網(wǎng)聯(lián)化，提升交通安全和效率。5G自動(dòng)駕駛是基于攝像頭、雷達(dá)、全球定位系統(tǒng)（GPS）定位、視覺(jué)計(jì)算等單車智能化技術(shù)，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)切片、MEC等新一代信息技術(shù)完成“車-路-人”網(wǎng)聯(lián)協(xié)同，實(shí)現(xiàn)智能化交通。

（1）車路協(xié)同安全輔助：MEC實(shí)時(shí)接收路側(cè)攝像頭、雷達(dá)、紅綠燈等智能設(shè)備上傳的信息，并提供視頻、信號(hào)等處理分析所需要的算力資源和云邊交互的通信路徑。

（2）自動(dòng)駕駛協(xié)同感知控制：用戶面采用硬件加速技術(shù)并下沉邊緣，將核心網(wǎng)側(cè)的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延由0.5 ms降低至0.2 ms，同時(shí)URLLC雙會(huì)話采用不同切片保障低時(shí)延高速移動(dòng)場(chǎng)景下業(yè)務(wù)的連續(xù)性和高可靠性實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛協(xié)同。

4 結(jié)束語(yǔ)

5G核心網(wǎng)作為連接消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的中央處理器，提供全云化、用戶面加速、一體化MEC、行業(yè)使能技術(shù)包、多維切片、E2E自動(dòng)化等全系列特性，統(tǒng)一調(diào)度全網(wǎng)連接資源，使能千行百業(yè)的創(chuàng)新，助力各行業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。