5G核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

何宇

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計咨詢有限公司 北京 100071）

引言

5G核心網(wǎng)涉及的標準化包括服務(wù)化架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)切片、支持邊緣計算、支持能力開放、用戶面管理、會話管理、移動性管理、QoS模型、計費等。由于采用全新架構(gòu)和技術(shù)，5G核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)仍存在較大發(fā)展空間。

1 5G核心網(wǎng)的整體架構(gòu)

5G核心網(wǎng)涉及到的主要網(wǎng)元包括AF、NEF、NRF、NSSF、UDM、PCF、AUSF、UPF、SMF、AMF，即應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)能力開放、網(wǎng)絡(luò)功能注冊、網(wǎng)絡(luò)切片選擇、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理、策略控制、認證服務(wù)器、用戶面、會話管理、接入和移動性管理功能。5G核心網(wǎng)網(wǎng)元除UPF外均屬于控制面，UPF屬于用戶面，服務(wù)化架構(gòu)設(shè)計用于控制面網(wǎng)元，服務(wù)化接口負責(zé)彼此間通信，傳統(tǒng)架構(gòu)和接口用于用戶面。雖然4G，5G在會話管理和移動性管理分離、模塊化解耦、組網(wǎng)靈活等方面具備顯著優(yōu)勢，但對于網(wǎng)絡(luò)運營管理、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、傳輸?shù)饶芰σ蔡岢隽烁咭蟆Ｔ谙?G發(fā)展的過程中，5GC/vEPC與EPC的協(xié)同組網(wǎng)必須得到重視[1]。

2 5G核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 服務(wù)化架構(gòu)

服務(wù)化架構(gòu)設(shè)計主要用于5G核心網(wǎng)的控制面，IT系統(tǒng)服務(wù)化的相關(guān)理念可作為設(shè)計借鑒，網(wǎng)絡(luò)功能間的整個與解耦需通過模塊化實現(xiàn)，各網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（功能）在解耦后可實現(xiàn)按需部署、獨立演進、獨立擴容，配合采用服務(wù)注冊、發(fā)現(xiàn)機制的各種服務(wù)，5G核心網(wǎng)中的各自網(wǎng)絡(luò)功能即可做到自動化組網(wǎng)、即插即用，多種NF可實現(xiàn)同一服務(wù)的調(diào)用，業(yè)務(wù)流程設(shè)計簡化、服務(wù)的重用性提升均可順利實現(xiàn)。服務(wù)化架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)點主要包括消費者與生產(chǎn)者之間的消息交互用于服務(wù)的提供達成、服務(wù)的自動化注冊和發(fā)現(xiàn)實現(xiàn)、統(tǒng)一服務(wù)化接口協(xié)議采用。圍繞服務(wù)的提供進行分析可以發(fā)現(xiàn)，交互模式可以簡化為兩種，分別為Subscribe-Notify模式和Request-Response模式；對自動化的服務(wù)注冊和發(fā)現(xiàn)進行分析，在服務(wù)化接口支持下，NF能夠在網(wǎng)絡(luò)中將自身能力通過一種服務(wù)暴露，其他NF復(fù)用也可隨之實現(xiàn)，作為5G核心網(wǎng)引入的新型功能，這種注冊和發(fā)現(xiàn)可較好服務(wù)于相關(guān)信息的維護；分析統(tǒng)一的服務(wù)化接口協(xié)議可以發(fā)現(xiàn)，由于考慮了適應(yīng)IT化、微服務(wù)化、虛擬化的需求，接口協(xié)議設(shè)計采用了TCP（傳輸層）、HTTP/2.0（應(yīng)用層）、JSON（序列化協(xié)議）、OpenAPI3.0（接口描述語言）、RESTFul（API）。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，相較于傳統(tǒng)移動核心網(wǎng)協(xié)議，5G核心網(wǎng)的接口協(xié)議棧（服務(wù)化架構(gòu)）更為復(fù)雜，但配合高性能的云資源，接口性能的損失即可順利抵消[2]。

2.2 支持邊緣計算

5G核心網(wǎng)能夠在能力開放層面和網(wǎng)絡(luò)層面支持邊緣計算，如對未網(wǎng)絡(luò)及用戶的信息獲取和控制、APP路由引導(dǎo)、合法監(jiān)聽、QoS、計費、移動性、多種靈活本地分流機制的支持。5G核心網(wǎng)對本地分流機制的支持主要包括UL-CL（上行分類器）、IPv6多歸屬（基于源地址進行本地分流）、LADN（本地區(qū)域數(shù)據(jù)網(wǎng)）。分析上述分類器可以發(fā)現(xiàn)，其對UE沒有特別要求，不感知數(shù)據(jù)分流且UE的IP地址僅為一個，可較好滿足邊緣計算業(yè)務(wù)需求；分析IPv6多歸屬可以發(fā)現(xiàn)，通過利用其特性，邊緣計算業(yè)務(wù)可基于一個IPv6地址實現(xiàn)，配合基于共同UPF的分流、基于不同IP錨點的用戶面路徑分離，即可更好支持邊緣計算，數(shù)據(jù)分流通過UE的感知和控制也可由此實現(xiàn)。為支持邊緣計算業(yè)務(wù)，需針對性建設(shè)接入本地DN的新PDU會話，數(shù)據(jù)分流的感知和控制可由此實現(xiàn)。深入分析可以發(fā)現(xiàn)，通過提供多種靈活的分流機制，5G核心網(wǎng)在支持邊緣計算方面的表現(xiàn)極為優(yōu)秀，具體的方案選擇應(yīng)結(jié)合運營成本、對網(wǎng)絡(luò)的影響、終端的能力、技術(shù)的成熟度，服務(wù)覆蓋范圍、業(yè)務(wù)時延等需要的滿足也不容忽視[3]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片的網(wǎng)絡(luò)定制可較好服務(wù)于不同業(yè)務(wù)場景，不同網(wǎng)絡(luò)切片間的相互隔離和資源共享也可順利實現(xiàn)。作為端到端的邏輯子網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)切片涉及IP承載網(wǎng)和傳送網(wǎng)、無線接入網(wǎng)、控制平面和用戶平面的核心網(wǎng)絡(luò)，多領(lǐng)域的協(xié)同配合屬于其中關(guān)鍵[4]。定制和自動化部署5G切片需得到切片管理的支持，其管理架構(gòu)包括網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)、網(wǎng)絡(luò)切片、通信業(yè)務(wù)的管理，配合承載網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，承載網(wǎng)絡(luò)的資源調(diào)度即可一同實現(xiàn)。在具體實踐中，需關(guān)注網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計、編排、管理的加強，MANO與網(wǎng)絡(luò)切片管理的相互協(xié)同、OSS/BSS與網(wǎng)絡(luò)切片管理的融合、跨專業(yè)的切片協(xié)同均不容忽視。考慮到UE的5G網(wǎng)絡(luò)使用需得到網(wǎng)絡(luò)切片框架的支持，可基于eMBB核心網(wǎng)切片逐步進行細分，以此實現(xiàn)差異化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供[5]。

4 結(jié)論

綜上所述，5G核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)涉及內(nèi)容較廣。在此基礎(chǔ)上，本文探討的服務(wù)化架構(gòu)、支持邊緣計算、網(wǎng)絡(luò)切片等內(nèi)容，則為5G核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用和推廣提供了有力支持。為更好推進5G核心網(wǎng)普及和發(fā)展，各類關(guān)鍵組網(wǎng)技術(shù)的合理應(yīng)用、用戶移動性管理等方面的內(nèi)容也需要得到業(yè)內(nèi)人士重視。