基于應用場景的5G核心網演進策略分析

許飛濱

摘要：5G的發展，因其支持高速連接、海量連接及高可靠低時延等特性，將開啟一個萬物泛在互聯，人機深度交互的新時代。本文從5G的組網架構、5G核心網的架構及特性等入手，結合5G三大應用場景的發展狀況，綜合分析5G核心網的演進策略。

關鍵詞：NSA;SA;應用場景;5G核心網;演進策略

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2019）02-0021-02

0 引言

眾所周知，移動通信技術的發展，從最初的1G、2G、3G到當下普遍使用的4G及目前最火的5G，總共經歷了5代技術的變革。從最初5G概念的提出，到部分相關標準的凍結，5G的發展目前已到了白熱化階段，各運營商正如火如荼地抓緊建設其5G網絡，以期在新一代移動通信技術的競爭中脫穎而出。

因此，5G的建設對運營商來說至關重要。本文從5G的組網架構、5G核心網的架構及特性等入手，結合5G三大應用場景的發展狀況，綜合分析5G核心網的演進策略。

1 5G的組網架構

3GPP（第三代合作伙伴計劃）標準定義了5G組網的2大類部署模式，分別為獨立組網和非獨立組網。

5G獨立組網（SA），就是全部新建5G網絡，采用的是端到端的5G網絡架構，終端、無線新空口、核心網等都采用5G的相關標準，支持5G各種接口，實現5G各種功能，提供5G各種服務。在3GPP標準中，獨立組網定義了兩大類，分別為option2和option5，組網架構如圖1所示。

5G非獨立組網（NSA），是指現有LTE與未來5G基于雙連接的技術，進行聯合組網的方式，也稱為LTE與5G的緊耦合。簡單點說，就是升級現有正常運營的4G或4G LTE基站，變為增強型4G或4G LTE基站，并通過EPC技術升級，將增強型4G或4G LTE基站、5G基站NR接入EPC+或5G核心網。在3GPP標準中，非獨立組網定義了三大類，分別為option3，option4和option7，組網架構如圖2所示。

2 5G核心網的架構及特性

當前4G EPC核心網是集中式的核心網，為了滿足未來應用的需求，5G核心網將演進成更分布式的核心網5GC。相比于傳統4G EPC，5GC采用原生適配云的設計思路，基于“SBA微服務”的架構，提供更廣泛的終端接入，更靈活的控制和轉發。5GC將與NFV基礎設施相結合，為應用提供商、垂直行業需求方、普通消費者等提供網絡切片、移動邊緣計算等新型業務能力。

5G核心網架構設計以網絡功能為單位，不再嚴格區分網元。基于SBA的設計思路，傳統網元被拆分成多個網絡功能NF，NF進一步拆分為服務，支持無狀態。分布式的用戶面功能UPF，無需匯聚點，支持多會話，支持網絡切片等，5G核心網架構如圖3所示。

從圖3可以看出，4G EPC核心網中熟悉的MME，SGW，PGW等網元全部不見，在5G核心網架構中，取而代之的是各種網絡功能模塊及接口。

3 5G的三大應用場景

早在2015年2月，IMT-2020（5G）推進組發布的《5G概念白皮書》中，明確了5G的四大應用場景，分別為連續廣域覆蓋、熱點高容量、低功耗大連接、低時延高可靠。而在2018年6月，國際電信聯盟（ITU）定義了5G三大典型應用場景，分別為eMBB增強移動寬帶、mMTC海量機器類通信、uRLLC超高可靠低時延通信。eMBB主要對應的是人與人之間的通信，而mMTC和uRLLC主要對應的是人與物以及物與物之間的通信，如圖4所示。

eMBB主要對應的是三維立體視頻、超高清視頻、增強現實（AR）、虛擬現實（VR）等大流量移動寬帶業務。

mMTC主要對應的是大規模的機器類通信，可提供每平方公里100萬的終端接入。主要針對智慧家庭、智能樓宇、智慧城市、物聯網等應用場景。

uRLLC主要對應的是無人駕駛、遠程醫療、工業自動化等要求超高可靠低時延的業務。

4 不同應用場景下，5G核心網的演進策略

從2013年12月4日工信部向國內三大運營商發放4G牌照至今，也才僅僅過去幾年，4G基站等許多網絡設備還未達到使用年限。從目前各行業發展來看，泛在物聯網、工業互聯網、車聯網等還處于試點建設階段，并未大規模發展。在5G初期階段，5G主要服務于eMBB這一類應用場景，而且NSA標準完成時間早于SA，因此建議運營商初期選擇NSA部署架構。

在初期部署NSA階段，需同時進行機房DC化改造，網絡云化改造等。待SA標準成熟，4G基站等網絡設備逐漸退網，5GVoNR技術成熟，泛在物聯網、工業互聯網、車聯網等行業逐漸發展成熟時，將vEPC向上升級，部署AUSF、AMF、SMF、PCF、UPF、NSSF、UDM、NEF、NRF等5GC網絡功能，將網絡演進為多網融合的核心網，支持4G接入、5G接入、Wi-Fi接入等多種接入方式，如圖5所示。

5 結語

綜上，5G建設前期建議以NSA架構為主，核心網升級為EPC+，主要支持4K超高清、AR/VR等高帶寬應用需求;同時試點部署SA架構，進行網絡云化改造、機房DC化改造等。畢竟4G才建設了幾年，大規模地進行5G獨立組網建設，無法有效保護投資。待5G發展更為成熟、4G設備逐漸退網，泛在物聯網、工業互聯網、車聯網等行業逐漸發展成熟時，將vEPC向上升級，將網絡演進為多網融合的5GC核心網。

參考文獻

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[3] 劉海濤.5G核心網架構及部署分析[J].電信快報，2018（09）：25-27.

Analysis of 5G Core Network Evolution Strategy Based on Application Scenario

XU Fei-bin

（Guangdong Southern Telecom Planning and Consulting Design Institute Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong? 518038）

Abstract：The development of 5G will open a new era of ubiquitous interconnection and deep human-computer interaction because it supports high-speed connection， mass connection， high reliability and low latency. This paper starts with the 5G networking architecture， 5G core network architecture and characteristics， combined with the development of the three major application scenarios of 5G， comprehensively analyzes the evolution strategy of 5G core network.

Key words：NSA; SA; application scenario; 5G Core Network; evolution strategy