從核心網云化切入，實現4G到5G的演進

□ 文 黃嘉 聶煒玲 李艷俊

從核心網云化切入，實現4G到5G的演進

□ 文 黃嘉 聶煒玲 李艷俊

一、運營商的轉型

運營商從4G運營向5G運營轉型，需要經歷4大階段：虛擬化和云化、業務遷移、端到端業務編排（EEO），以及網絡切片。

階段一：虛擬化和云化

虛擬化可以實現網元軟/硬件功能的分離。這反映了軟件定義功能向計算硬件發展的轉變，可實現計算能力與存儲能力的靈活共享。除了虛擬化，計算和存儲能力也逐漸從PC向集中式的云轉移。云設施能夠實現功能和位置的解耦，帶來的好處包括網絡擴展性、資源共享、網絡彈性、低功耗以及效率的提升。將大量數據集中起來提供給不同用戶，用于不同目的，還可以支持大數據分析以及相應的不計其數的應用。NFV將虛擬化技術引入到網絡設施中，將軟件功能和專用硬件解耦，支持虛擬網絡功能（VNF）軟件在商用服務器上運行，從而模仿網元的功能和性能。

階段二：業務遷移

運營商部署NFV和SDN、將現網遷移到新平臺上可以采取多種策略，每種策略都必須考慮到業務的重要性以及各個業務的獨立性。

主要策略包括：1、部署新的業務：部署支持NFV/SDN功能的新業務，例如VoLTE業務。2、更換平臺：當原有硬件和軟件系統生命周期結束、需要進行大幅度容量提升時，這是最佳方案。3、部署中央SDN和NFV平臺：這種策略這樣能可實現大數據分析，并提供新的集成業務

階段三：端到端業務編排（EEO）

NFV和SDN是相互獨立卻又互補的技術，二者都能實現運營商網絡的軟件化轉型。但還需在全網部署支持端到端業務編排（EEO）的各種應用，這樣才能發揮這兩項技術的最大功效。業務編排能夠加強運營商的敏捷性，助力運營商更加高效地分配網絡資源。

階段四：網絡切片

傳統的移動通信網絡運行模式都很單一，即一張網運行所有業務。網絡切片技術可優化網絡資源分配，實現最大成本效率，滿足多元5G新業務的需求。NGMN將網絡切片定義為端到端技術，涵蓋了核心網和接入網。新的5G空口技術就支持網絡切片。在核心網上，網絡切片可以單獨實施或者在新的5G空口部署之前實施。每個網絡切片邏輯上都是一個自給自足的網絡，每項業務都擁有一個獨立的網絡切片，也可以將多個相似業務放在一個網絡切片上。每個切片都為專門業務類型而優化，每個都支持端到端，包括核心網和RAN。與LTE不同的是，5G空口支持動態和半動態切片。多個并行的網絡切片可以部署到一個物理設施之上，每個切片都能實現超可靠和超實時的連接。

二、5G核心網架構及技術要點

2016年底，3GPP確定了5G網絡架構。5G核心網總體上分成兩個部分：控制面（Core-CP）和用戶面（Core-UP）。控制面將會采用服務化架構，各個功能模塊一起組成融合的控制面。用戶面功能將會與Gi-Lan的功能一起組成統一的用戶面。

5G核心網架構具有以下特性：

? 基于服務的接口

? 控制面和用戶面分離

? 無狀態業務邏輯和獨立數據庫

? 移動性管理和會話管理分離

? 多接入

? 獨立鑒權、應用功能

? 通用的用戶面架構

具體如圖1所示：

uSMF：Session Management Function，會話管理功能

uUPF：User Plane Function，用戶面功能

uAUSF：Authentication Server Function，鑒權功能

uNRF：Network Repository Function，網絡解析功能

uAF：Application Function，應用功能

uAMF：Core Access and Mobility Management Function，接入和移動性管理功能

uUDM：Unified Data Management，統一數據管理功能

uPCF：Policy Control function，策略控制功能

uNEF：Network Exposure Function，網絡開放功能

圖1 5G核心網架構圖

未來業務要求網絡必須具備敏捷、彈性和健壯等特征，因此云化架構會成為5G核心網的架構基礎，同時5G核心網需關注以下技術要點：

1、服務化架構（SBA）：5G核心網將控制面的功能解耦、聚合并服務化，可以與傳統網元的控制功能一起組成融合的控制面。服務化可以實現網絡功能的即插即用，網絡會變得非常敏捷，快速部署滿足客戶業務需要的功能。

2、控制與承載分離（CUPS）：5G核心網C/U完全分離，簡化網絡結構。核心網的網絡功能可以根據業務的需求，靈活部署在不同層級的數據中心（DC）中。比如，用戶面下沉到邊緣DC，靠近終端用戶與應用服務器部署，滿足低時延等極致業務體驗需求。控制面協同用戶移動過程中無縫業務路徑優化，用戶體驗更佳。

3、切片（Slicing）：5G核心網提供網絡功能和資源按需部署的能力，來滿足未來垂直行業多樣化的業務需求。在云化基礎設施上，構建邏輯隔離的網絡切片來服務不同的業務或者垂直行業。統一的底層物理設施基礎實現了多種網絡服務，降低了運營商多個不同業務類型的建網成本。網絡切片管理實現了切片的設計、實例化、運行時業務保障和退服的全生命周期管理，提升運維效率。

圖2 4G向5G演進示意圖

三、核心網從4G到5G的演進

由于5G標準采用分階段方式凍結，5G網絡可以根據業務的發展采取逐步演進的方式建設。網絡演進需要保持現網業務的連續性，最大可能保護已有投資，同時為未來業務的發展預留空間。規劃5G核心網演進策略時需要考慮以下三個原則：

1、平滑演進

5G演進，架構先行。5G核心網將會部署在云化的基礎設施上。為了保證核心網平滑演進，傳統的核心網首先需要進行云化。在云化的過程中完成數據中心和傳輸網等基礎設施的改造，為5G建設做好準備。同時，在云化的過程中構建IT運維能力，積累數據中心運維經驗，完成運維組織架構的轉型，從垂直的運維組織轉型成水平運維組織。

核心網引入云化架構，為5G演進做好軟件架構準備；引入C/U分離架構，將網關轉發面下沉到城域，滿足快速發展的移動視頻業務體驗需求；引入MEC架構，將網關進一步下沉到網絡邊緣，拓展智能辦公室、自動駕駛等新業務。MEC（Multi-access、Edge、Computing）是一種使能網絡邊緣業務的技術，具備超低時延、超高帶寬、實時性強等特性，IT與CT業務結合的理想載體平臺。

核心網完成云化和架構演進之后，4G、5G核心網能夠部署在相同的基礎設施和軟件架構上，現網可以平滑向5G網絡演進。

2、實現最大化5G價值

3GPP對5G的演進給出了幾種路徑建議。對于核心網來說，5G演進有兩種選擇，在NSA標準凍結后先將現網升級為EPC+，SA標準凍結后再升級為NGC（Next Generation Core），或者等SA標準凍結后直接建設NGC。EPC+的標準會先行凍結，滿足移動超寬帶業務的需求，但是終端的類型非5G標準終端，后續無法通過升級成為5G終端。NGC的標準會在半年后凍結，支持的功能更多，終端為5G標準終端。運營商需要根據自身業務發展選擇5G核心網演進策略，從最大化5G價值來看，NGC更加適合未來業務發展。

3、保持業務連續性

在5G網絡發展初期，不可避免會出現2/3/4G核心網與5G核心網并存。用戶在進行4G與5G網絡互操作時，會在兩個核心網之間發生切換，很難保持業務連續性。5G核心網解決方案需要支持2/3/4/5G融合接入，簡化網絡結構、運維和互操作性，保持業務連續不中斷。

總體來看，核心網的演進策略建議分成兩個階段實施，首先進行架構演進，然后再進行功能演進。傳統的核心網分區域進行云化演進，并逐步引入云、C/U分離、MEC架構，為5G核心網做好基礎設施和架構準備。在標準凍結后進行功能演進，根據自身業務的發展選擇5G核心網功能演進的方式。

四、小結

5G將開啟一個萬物互聯的時代，越來越多的智能終端會通過不同的方式接入到網絡中。超低時延業務、超大連接業務和以超高帶寬業務將會在5G時代出現，而當前的核心網無法滿足未來多場景接入和業務的多樣性需求。本文重點針對運營商轉型步驟、5G核心網技術特征、核心網從4G到5G的演進策略等方面進行了詳細的闡述，可為運營商建設5G核心網提供參考。■

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