eMBB應(yīng)用場景下的5G核心網(wǎng)切片設(shè)計方案研究

1 引言

移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求以及對于安全機(jī)制及設(shè)備性能的要求，使得4G技術(shù)不能夠滿足新形勢下基于業(yè)務(wù)、用戶需求，以及應(yīng)用場景的要求。豐富的應(yīng)用場景為5G提供了廣闊的前景。ITU定義了5G三大應(yīng)用場景：增強(qiáng)移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）、海量物聯(lián)網(wǎng)通信（Massive Machine Type Communication mMTC）、超高可靠性與超低時延業(yè)務(wù)（Ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC））三大應(yīng)用場景。其中eMBB作為傳統(tǒng)移動通信系統(tǒng)的主要應(yīng)用場景，業(yè)務(wù)成熟度高，將是5G率先實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用。本文首先分析了5G應(yīng)用場景，特別是eMBB應(yīng)用場景關(guān)鍵指標(biāo)及其網(wǎng)絡(luò)需求，并在此基礎(chǔ)上，以5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)為基礎(chǔ)，研究了5G核心網(wǎng)的切片設(shè)計方案，為5G網(wǎng)絡(luò)的部署提供了參考。

2 eMBB應(yīng)用場景及其關(guān)鍵性能指標(biāo)

eMBB應(yīng)用場景要求在保證用戶移動性的前提下，為用戶提供無縫的高速業(yè)務(wù)體驗(yàn)，并且提供極高的連接密度。與傳統(tǒng)4G相比，5G需要將有用戶的峰值速率從1 Gbit/s提高到10 Gbit/s，對應(yīng)的5G也要求提供0.1～1 Gbit/s的用戶體驗(yàn)速率。

eMBB典型應(yīng)用包括超高清視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等。在具體的應(yīng)用中，從兩方面對傳統(tǒng)4G的應(yīng)用進(jìn)行增強(qiáng)：

（1）無縫廣域覆蓋

eMBB應(yīng)用要求可以為用戶提供高清視頻，語音以及互聯(lián)網(wǎng)、視頻電話業(yè)務(wù)，要求為用戶帶來20 Mbit/s的4K高清體驗(yàn)，每小時500 km以上的移動性，無論是公路、鐵路、村落、郊區(qū)或偏遠(yuǎn)地區(qū)都需要滿足用戶無縫覆蓋的需求。

（2）熱點(diǎn)區(qū)域的高速率

eMBB應(yīng)用要求可以為用戶提供高速FTP下載、3D視頻、VR/AR應(yīng)用，要求為用戶提供100 Mbit/s用戶體驗(yàn)速率（熱點(diǎn)場景可達(dá)1 Gbit/s）、數(shù)十Gbit/s峰值速率、每平方公里數(shù)十Tbit/s的流量密度；要求在熱點(diǎn)、室內(nèi)、咖啡廳、辦公室以及體育場等熱點(diǎn)區(qū)域滿足用戶高速率需求。

3GPP的技術(shù)文檔TR22.891和TR38.913對具體的業(yè)務(wù)指標(biāo)的描述如表1所示。

表1 eMBB關(guān)鍵指標(biāo)描述

3 5G核心網(wǎng)切片設(shè)計要求

從以上eMBB應(yīng)用場景可以看出，5G多樣化的場景要求未來網(wǎng)絡(luò)可以基于通用的基礎(chǔ)設(shè)施，靈活提供低成本的差異化、定制化組網(wǎng)的能力。5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)通過在不同應(yīng)用場景下按照各自的需求定制網(wǎng)絡(luò)功能和特性，配置網(wǎng)絡(luò)資源，使得5G的多樣化應(yīng)用場景成為可能。網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)改變了傳統(tǒng)4G一網(wǎng)承載多種業(yè)務(wù)的模式，將網(wǎng)絡(luò)部署演變?yōu)榘葱瓒ㄖ苹M網(wǎng)，也使得5G的垂直行業(yè)應(yīng)用成為可能。

5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片要求做到網(wǎng)絡(luò)定制化、將網(wǎng)絡(luò)資源靈活分配，網(wǎng)絡(luò)能力按需組合，同時做到各邏輯子網(wǎng)能夠隔離；每個端到端切片均由核心網(wǎng)、無線網(wǎng)、傳輸網(wǎng)子切片組合而成，并通過端到端切片管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一平臺管理，以達(dá)到質(zhì)量可保證的目標(biāo)。

核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)切片設(shè)計要求做到：控制面和用戶面徹底分離，網(wǎng)元由多個網(wǎng)絡(luò)功能NF（Network Function）構(gòu)成，NF接口通過總線型網(wǎng)絡(luò)相互連接。如圖1所示。

圖1 核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)子切片示意圖

核心網(wǎng)子切片采用NSSF（Network Slide Selection Function，網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能）實(shí)現(xiàn)切片的選擇，通過能力開放功能NEF支持定制化的網(wǎng)絡(luò)功能參數(shù)，既可以實(shí)現(xiàn)以PLMN為單位部署的公共服務(wù)，也可以共享多個NF為多個切片提供服務(wù)，為不同垂直行業(yè)提供不同、相互隔離、功能可定制的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；實(shí)現(xiàn)客戶化定制的網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計，部署和運(yùn)維。各域可以在功能場景、設(shè)計方案上獨(dú)立進(jìn)行裁剪。

4 5G核心網(wǎng)切片設(shè)計方案

eMBB應(yīng)用可以作為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期試點(diǎn)應(yīng)用，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署時，需要考慮與4G網(wǎng)絡(luò)的融合，可采取4G網(wǎng)絡(luò)逐步演進(jìn)的部署方案，分步驟分階段完成網(wǎng)絡(luò)建設(shè)工作。核心網(wǎng)的控制面與用戶面的分離以及控制面的集中化可以實(shí)現(xiàn)本地分流、靈活路由等功能。按照服務(wù)化結(jié)構(gòu)定義的原則。核心網(wǎng)切片內(nèi)共享和專用網(wǎng)元組合一般可分為以下3種典型方案：

方案1：控制面與用戶面全隔離方案。在該方案中，盡量為切片分配專用控制和用戶面網(wǎng)元。適合安全隔離需求,或者定制化需求較高場景,如電網(wǎng)切片等, 不支持同一終端多切片場景。如圖2所示。

圖2 控制面與用戶面全隔離方案

方案2：部分控制面,用戶面專用方案。在該方案中，部分控制面，以及用戶面網(wǎng)元專用。其安全隔離性適中,可支持同一終端多切片，如圖3所示。

圖3 部分控制面,用戶面專用方案

方案3：用戶面專用方案。在該方案中，用戶面網(wǎng)元均為專用，控制面網(wǎng)元共享。其安全隔離性較低，僅要求用戶面隔離專用場景，可支持同一終端多切片，如圖4所示。

圖4 用戶面專用方案

對比3種方案，專用性越強(qiáng)的方案，其安全性越高，但是同樣帶來的問題是成本最高；同時要求考慮部署的難度，其中方案2，部分共享的方式為3GPP的標(biāo)準(zhǔn)方案，其部署難度最易，需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用需求和側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行方案的選擇。

5 結(jié)束語

eMBB場景作為5G最早應(yīng)用的場景，其部署方案設(shè)計可以作為5G網(wǎng)絡(luò)部署探索和驗(yàn)證的切入點(diǎn)。本文根據(jù)5G端到端網(wǎng)絡(luò)切片的設(shè)計原則和方案，給出了在eMBB場景下核心網(wǎng)切片的不同方案，并且對設(shè)計方案進(jìn)行了對比，在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)部署中，應(yīng)該根據(jù)具體的安全性要求和成本要求選擇合適的方案進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署實(shí)踐。