面向應(yīng)用的5G核心網(wǎng)組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)研究

馮征

【摘? 要】通過對現(xiàn)有5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的對比分析，推薦了滿足增強(qiáng)移動寬帶（eMBB）業(yè)務(wù)需求的5G NSA Option3和滿足更多業(yè)務(wù)需求的5G SA Option2;然后，介紹了4G核心網(wǎng)改造支持5G NSA Option3的關(guān)鍵技術(shù);最后，對比4G核心網(wǎng)，介紹了5G SA Option2的主要技術(shù)特點(diǎn)和組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)，包括用戶移動性管理、網(wǎng)絡(luò)切片和用戶面承載，并簡要介紹了商用部署涉及的UDM和PCF/UDR建設(shè)方案、融合組網(wǎng)與獨(dú)立組網(wǎng)、5G信令網(wǎng)和語音業(yè)務(wù)解決方案。

【關(guān)鍵詞】5G SA;5G NSA;雙連接;5G核心網(wǎng);網(wǎng)絡(luò)切片

1? ?引言

隨著移動通信網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，移動用戶所能夠享受到的服務(wù)也越來越豐富，業(yè)務(wù)體驗(yàn)也在不斷提升。從1G的模擬電話、2G和2.5G的數(shù)字電話及低速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、3G的多媒體通信、4G的移動互聯(lián)網(wǎng)，每一代新的移動通信技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展，均為移動用戶提供了新的通信業(yè)務(wù)，使用戶獲得了更好的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，帶動了新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本文將介紹如何利用5G的技術(shù)特點(diǎn)建設(shè)滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用需求的5G網(wǎng)絡(luò)。

2? ?5G的NAS與SA

2.1? 5G網(wǎng)絡(luò)的體系架構(gòu)

從1G到4G，3GPP為每一代系統(tǒng)均僅定義了唯一的標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)架構(gòu)，但對于5G卻提出了圖1所示的8種可選系統(tǒng)架構(gòu)。其中，左側(cè)的Option1、Option2、Option5、Option6稱為獨(dú)立組網(wǎng)（SA）;右側(cè)的Option3、Option4、Option7、Option8稱為非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）。

2.2? SA網(wǎng)絡(luò)

從1G到4G采用的均是類似于圖1中的Option2的SA架構(gòu)，一張無線網(wǎng)接入對應(yīng)的一張核心網(wǎng)。從1G到4G，每一代無線網(wǎng)均采用了全新的技術(shù)，而核心網(wǎng)則是適配無線空口的技術(shù)特點(diǎn)和能力，面向業(yè)務(wù)提供能力持續(xù)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。2G采用了全數(shù)字化的電路域，2.5G增加了分組域，而3G基本沿用了2G和2.5G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并持續(xù)演進(jìn)，4G優(yōu)化了分組域，使之更適合IP數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，并以分組域外接的IMS域替代了電路域。

5G的根本目標(biāo)是使用戶的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在峰值速率和通信時(shí)延方面獲得更好的體驗(yàn)（最高10 Gb/s的峰值速率和最低1 ms的空口通信時(shí)延以及最低10 ms的端到端通信時(shí)延），以滿足增強(qiáng)移動寬帶（eMBB）、超高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）、海量機(jī)器類通信（mMTC）這三大類業(yè)務(wù)應(yīng)用場景。

在移動通信系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)速率和通信時(shí)延的短板顯然是在無線側(cè)，一種辦法是增強(qiáng)LTE（eLTE），引入1024QAM、8天線技術(shù)、增強(qiáng)載波聚合等技術(shù)，對應(yīng)圖1中的Option5和Option1;另一種辦法是定義新的5G NR，利用高頻段的豐富頻譜資源、Massive MIMO、靈活的幀結(jié)構(gòu)/物理信道結(jié)構(gòu)等眾多新技術(shù)，來有效提升業(yè)務(wù)速率并縮短時(shí)延，對應(yīng)圖1中的Option2和Option6。顯然5G NR更具優(yōu)勢。核心網(wǎng)5GC則是在4G核心網(wǎng)的基礎(chǔ)上重新設(shè)計(jì)了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和接口協(xié)議，并支持以“網(wǎng)絡(luò)切片”為特定應(yīng)用/用戶提供特定的QoS服務(wù)。總體來說，5GC核心網(wǎng)的理念是以更加靈活的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)提供對用戶以及業(yè)務(wù)更強(qiáng)大的業(yè)務(wù)管控手段，包括增強(qiáng)的QoS保障以及QoS限制等。

因此，以長遠(yuǎn)發(fā)展的眼光來看，采用5G NR接入5GC核心網(wǎng)的Option2架構(gòu)對于運(yùn)營商來說是一種較好的選擇。

2.3? NSA網(wǎng)絡(luò)

由于5GC核心網(wǎng)對現(xiàn)有技術(shù)的顛覆性較大，其標(biāo)準(zhǔn)化程度和設(shè)備成熟度明顯落后于5G NR無線網(wǎng)，嚴(yán)重影響了5G商用時(shí)間。而利用4G在R12版本引入的“雙連接”技術(shù)，由4G網(wǎng)為5G網(wǎng)提供接入服務(wù)，既能夠完全適配5G NR提升的空口業(yè)務(wù)速率，又能夠?qū)崿F(xiàn)5G的快速部署，滿足更高速的移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)場景，這就是更具現(xiàn)實(shí)意義的5G NSA架構(gòu)。

“雙連接”技術(shù)是指在接入同一張核心網(wǎng)的兩個(gè)無線基站共覆蓋區(qū)內(nèi)，終端同時(shí)接入兩個(gè)無線基站，并將其中的一個(gè)基站作為主節(jié)點(diǎn)（MN，Master Node），將另一個(gè)基站作為輔節(jié)點(diǎn)（SN，Secondary Node）。主節(jié)點(diǎn)是用戶終端接入網(wǎng)絡(luò)的錨點(diǎn)，提供用戶終端接入網(wǎng)絡(luò)的信令控制功能并能夠提供用戶面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā);輔節(jié)點(diǎn)僅為用戶終端提供額外的用戶面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)資源。根據(jù)排列組合，5G NSA存在圖1中右側(cè)的4種組網(wǎng)模式。Option3和Option7是以4G LTE基站作為主節(jié)點(diǎn)，以5G NR基站作為輔節(jié)點(diǎn);Option4和Option8是以5G NR基站作為主節(jié)點(diǎn)，以4G LTE基站作為輔節(jié)點(diǎn);Option3和Option8，無線接入的是4G核心網(wǎng)EPC;Option4和Option7，無線接入的是5GC核心網(wǎng)。

Option4和Option7的部署前提是運(yùn)營商首先需建設(shè)一張5GC核心網(wǎng)，在5GC核心網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備尚不成熟的情況下，尚不具備商用部署的條件。而在5GC核心網(wǎng)具備商用部署條件后，5G SA的Option2更優(yōu)，只有在既無4G核心網(wǎng)且仍需利用4G無線資源的情況下，Option4和Option7才是一種可供選擇的方案。

Option3和Option8均是利用4G核心網(wǎng)部署5G。Option8需要5G NR向下支持S1-MME的4G接口，對5G NR基站提出了額外的功能要求，因而首先被否決。對于Option3，5G NR基站僅需額外支持S1-U的4G用戶面接口和與4G LTE基站之間的X2接口，因而在5GC尚不成熟的階段，是實(shí)現(xiàn)5G快速部署的一種較優(yōu)選擇。

Option3的具體實(shí)現(xiàn)又存在Option3、Option3a和Option3x共3種選擇，如圖2所示。

5G NSA終端在4G LTE和5G NR共覆蓋區(qū)內(nèi)，通過4G LTE基站接入4G核心網(wǎng)EPC，在用戶面承載建立階段，4G LTE基站向核心網(wǎng)提供無線基站的IP地址時(shí)存在以下3種選擇：

（1）Option3：本端4G LTE基站的地址，建立“EPC—4G基站—5G基站—用戶”和“EPC—4G基站—用戶”兩個(gè)承載通道，由于5G空口帶寬較大，可優(yōu)先選擇“EPC—4G基站—5G基站—用戶”通道轉(zhuǎn)發(fā)用戶面數(shù)據(jù)。

（2）Option3a：本端4G LTE基站或?qū)?yīng)5G NR基站的地址，建立“EPC—4G基站—用戶”或“EPC—5G基站—用戶”承載通道。

（3）Option3x：對應(yīng)5G NR基站的地址，建立“EPC—5G基站—用戶”和可選的“EPC—5G基站—4G基站—用戶”承載通道。優(yōu)先選擇“EPC—5G基站—用戶”承載通道轉(zhuǎn)發(fā)用戶面數(shù)據(jù)，并以“EPC—5G基站—4G基站—用戶”承載通道增加用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的業(yè)務(wù)速率和吞吐量，能夠?yàn)橛脩籼峁└哂贠ption2 SA的用戶業(yè)務(wù)速率。

顯然，Option3對4G LTE基站吞吐量以及4G LTE基站與5G NR基站之間的傳輸要求較高;Option3a對4G LTE基站的要求較高，需要具備較為靈活的機(jī)制選擇用戶承載面的錨點(diǎn)，并動態(tài)調(diào)整，但對X2接口的傳輸要求較低;Option3x較能夠發(fā)揮5G NR的優(yōu)勢，且實(shí)現(xiàn)起來并不復(fù)雜;另外，對于5G NAS用戶的語音業(yè)務(wù)，由于4G的無線頻段低于5G，具有更好的語音業(yè)務(wù)體驗(yàn)，因此，可要求4G LTE基站對于非IMS APN的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，為用戶建立“EPC—5G基站—用戶”和可選的“EPC—5G基站—4G基站—用戶”承載通道，傳送數(shù)據(jù)業(yè)務(wù);而對于IMS APN的語音和IP短信業(yè)務(wù)，為用戶建立“EPC—4G基站—用戶”承載通道，傳送語音及IP短信業(yè)務(wù)。

對于Option3x，當(dāng)5G NSA終端移動到僅有4G無線覆蓋的區(qū)域時(shí)，則4G LTE基站可向4G核心網(wǎng)發(fā)送請求，將用戶承載遷移至“EPC—4G基站—用戶”承載通道。

3? ?5G NSA（Option3系列）核心網(wǎng)組網(wǎng)

關(guān)鍵技術(shù)

5G NSA Option3系列需4G核心網(wǎng)EPC改造支持EN-DC（E-UTRA NR Dual Connectivity）相關(guān)功能，具體體現(xiàn)在：

（1）MME需支持DCNR（Dual Connectivity E-UTRAN and NR）功能、承載遷移（在用戶承載建立過程中，根據(jù)4G LTE基站提供的5G NR基站地址，通過5G NR基站建立用戶承載）以及支持新增相關(guān)安全參數(shù)的傳遞。在MME組POOL的情況下，應(yīng)將覆蓋5G NSA基站范圍的POOL內(nèi)的所有MME進(jìn)行改造，以保證與5G NR基站共覆蓋的4G LTE基站接入的MME均支持5G NSA功能。

（2）在僅選擇部分SGW和PGW提供5G NSA業(yè)務(wù)的情況下，MME需改造支持SGW+和PGW+的選擇。

（3）5G NSA提供5G流量上報(bào)功能，5G NR基站可周期性地統(tǒng)計(jì)每用戶的5G空口流量，并通過5G NR基站→4G LTE基站→MME→SGW（→PGW）的路徑上報(bào)核心網(wǎng)，并在核心網(wǎng)設(shè)備最終生成的用戶計(jì)費(fèi)詳單中呈現(xiàn)。

（4）MME和SGW能夠與4G LTE基站配合實(shí)現(xiàn)對于承載語音和IP短信業(yè)務(wù)的IMS APN與承載數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的非IMS APN分別建立“EPC—4G基站—用戶”承載通道和“EPC—5G基站—用戶”+可選的“EPC—5G基站—4G基站—用戶”承載通道。

（5）HSS中保存用戶的鑒權(quán)和簽約數(shù)據(jù)，5G NSA重用4G核心網(wǎng)，包括HSS中的用戶簽約數(shù)據(jù)，因此，可以不必為用戶進(jìn)行5G簽約，即用戶“不換號、不換卡、不向運(yùn)營商進(jìn)行5G業(yè)務(wù)開通申請”，更換為5G NSA終端后即可使用5G無線網(wǎng)。運(yùn)營商可以通過在HSS中為用戶簽約的ARD（Access Restriction Data）限制用戶接入（使用）特定的無線網(wǎng)絡(luò)，若運(yùn)營商需要對用戶的5G接入進(jìn)行限制，則需要使全網(wǎng)HSS支持ARD的5G限制接入，相應(yīng)的MME也需要支持根據(jù)ARD的5G接入限制來限制用戶的5G接入。

（6）4G核心網(wǎng)中的用戶MBR（Maximum Bit Rate）限制最大為4 Gb/s，鑒于5G NR的目標(biāo)是10 Gb/s，為避免核心網(wǎng)成為用戶業(yè)務(wù)速率的瓶頸，可以將MBR擴(kuò)展到最大4 Tb/s，改造范圍涉及：全網(wǎng)HSS、全網(wǎng)PCRF/SPR以及MME、SGW、PGW和CG。

（7）另外，若運(yùn)營商未部署上述（5）和（6）的功能，從而避免了全網(wǎng)HSS的改造，則HSS在向MME返回的ULA消息中會返回不支持DCNR能力，此時(shí)需要MME本地配置不限制用戶的NSA 5G接入。

4? ?5G SA（Option2）核心網(wǎng)組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

4.1? 系統(tǒng)架構(gòu)

5GC核心網(wǎng)對4G核心網(wǎng)EPC進(jìn)行了完全重構(gòu)，如圖3所示。

圖3中的左側(cè)為4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，將4G網(wǎng)絡(luò)中的各網(wǎng)元中相同顏色的功能部分抽離出來作為獨(dú)立網(wǎng)元組成網(wǎng)絡(luò)即構(gòu)成了圖3中右側(cè)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。主要體現(xiàn)在：

（1）將HSS中的用戶簽約數(shù)據(jù)功能抽離出來，作為UDM。

（2）將HSS和MME中的用戶鑒權(quán)功能抽離出來，合并構(gòu)成了AUSF。

（3）將MME中用戶移動性管理功能抽離出來，作為AMF。

（4）將MME、SGW、PGW中用戶承載控制面建立功能抽離出來，合并構(gòu)成了SMF。

（5）將SGW、PGW中用戶承載用戶面轉(zhuǎn)發(fā)功能抽離出來，合并構(gòu)成了UPF。

（6）PCRF繼承為PCF，SPR用戶策略數(shù)據(jù)繼承為UDR中的一部分（圖中未畫出）。

（7）SCEF能力開放網(wǎng)元繼承為NEF。

（8）新增NSSF網(wǎng)元，用于支持5GC新增的“網(wǎng)絡(luò)切片”功能。

（9）新增NRF網(wǎng)元，替代4G網(wǎng)絡(luò)中的Diameter信令網(wǎng)尋址和DNS的IP地址解析功能。

（10）新增了AMF與PCF之間的接口，增加了基于用戶移動性的PCC管控功能。

（11）4G網(wǎng)絡(luò)中MME從HSS獲得用戶的移動性管理相關(guān)簽約數(shù)據(jù)和PDP承載相關(guān)簽約數(shù)據(jù)。5GC中，分別由AMF從UDM獲得用戶的移動性管理相關(guān)簽約數(shù)據(jù)，SMF從UDM獲得用戶的PDU會話相關(guān)數(shù)據(jù)。

（12）5G網(wǎng)絡(luò)僅支持與4G網(wǎng)絡(luò)的互操作，不支持與2G、3G網(wǎng)絡(luò)的互操作。

以下重點(diǎn)說明5G核心網(wǎng)比4G新增的功能和組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

4.2? 用戶移動性管理

1G到4G，網(wǎng)絡(luò)主要是面向移動手機(jī)用戶提供服務(wù)，2.5G到4G兼顧了“物”的連接需求，可提供物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，并在4G時(shí)代衍生出了NB-IoT和eMTC技術(shù)。而5G網(wǎng)絡(luò)將面向“人”和面向“物”的服務(wù)并重。與“人”的全網(wǎng)漫游需求不同，部分“物”是嚴(yán)格設(shè)定在一定地理范圍之內(nèi)使用的。一方面5G繼承了2G/3G/4G的基于RAT的ARD限制功能，另一方面增加了禁止區(qū)域（Forbidden Area）、限制服務(wù)區(qū)域（Service Area Restriction）的概念。其中，限制服務(wù)區(qū)域又包括許可區(qū)域（Allowed Area）和非許可區(qū)域（Non-Allowed Area）。當(dāng)用戶位于禁止區(qū)域內(nèi)時(shí)，用戶終端不能發(fā)起任何與網(wǎng)絡(luò)的通信;當(dāng)用戶位于許可區(qū)域時(shí)，用戶終端可以發(fā)起與網(wǎng)絡(luò)的通信;當(dāng)用戶位于非許可區(qū)域內(nèi)時(shí)，用戶終端可以接入網(wǎng)絡(luò)，但不能發(fā)起業(yè)務(wù)請求，僅能夠響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)尋呼。在用戶終端接入網(wǎng)絡(luò)的過程中，AMF從用戶歸屬UDM獲得用戶的業(yè)務(wù)區(qū)域信息（TA列表），并可通過AMF與PCF之間的N15接口，由PCF隨時(shí)調(diào)整區(qū)域限制策略。

4G網(wǎng)絡(luò)也可以提供限制用戶終端移動的業(yè)務(wù)功能，但采用的是PCC方式，在用戶業(yè)務(wù)承載建立過程中，通過PCRF→PGW→SGW→MME→無線的路徑實(shí)現(xiàn)。顯然5GC的方式更為靈活。

通過增強(qiáng)的用戶移動漫游限制功能，運(yùn)營商可以將垂直行業(yè)用戶的終端限定在一定地理范圍內(nèi)，防止終端/卡的濫用，降低資費(fèi)風(fēng)險(xiǎn)，從而能夠?yàn)樾袠I(yè)用戶提供低廉且可控的資費(fèi)。

4.3? 網(wǎng)絡(luò)切片

5G的網(wǎng)絡(luò)切片（Network Slice）是指針對不同的通信業(yè)務(wù)需求，分別建設(shè)包含5G無線接入資源、傳輸承載通道、核心網(wǎng)的端到端網(wǎng)絡(luò)。每張網(wǎng)絡(luò)稱為1個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片，這些一張張的網(wǎng)絡(luò)合在一起構(gòu)成了整體的5G網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)切片重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)的是通過資源隔離保障網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量并按需具備相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)功能。具體實(shí)現(xiàn)上，是希望在運(yùn)營商的統(tǒng)一基礎(chǔ)設(shè)施（硬件）上以NFV虛擬化的方式來實(shí)現(xiàn)。本文僅討論5GC核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)。

5GC核心網(wǎng)引入了NSSF（Network Slice Selection Function）網(wǎng)元和S-NSSAI（Single Network Slice Selection Assistance Information）標(biāo)識。首先，需要在用戶歸屬UDM中為用戶簽約用戶可以使用的S-NSSAI，稱為Subscribed S-NSSAI，可以是1個(gè)S-NSSAI，也可以是多個(gè)S-NSSAI，其中的1個(gè)或多個(gè)S-NSSAI可被設(shè)置為默認(rèn)S-NSSAI。用戶接入5G無線網(wǎng)發(fā)起RRC連接建立請求和注冊請求消息時(shí)，均應(yīng)攜帶Requested NSSAI，其中包括用戶終端請求的S-NSSAI，若用戶終端不確定請求的S-NSSAI時(shí)，Requested NSSAI應(yīng)為空。5G NR基站根據(jù)用戶終端提交的Requested NSSAI中S-NSSAI，選擇網(wǎng)絡(luò)切片對應(yīng)的AMF，若Requested NSSAI為空或5G NR基站無法找到匹配的AMF時(shí)，5G NR基站選擇為用戶接入默認(rèn)AMF。AMF對比從用戶歸屬UDM獲得的Subscribed S-NSSAI和用戶終端提交的Requested NSSAI中的S-NSSAI，其中的交集部分為Allowed NSSAI。AMF本地配置的可為用戶提供服務(wù)的S-NSSAI為Configured NSSAI;Requested NSSAI中，不包含在Allowed NSSAI和Configured NSSAI內(nèi)的S-NSSAI為Rejected NSSAI。AMF在向用戶終端返回的注冊接受消息中會將Allowed NSSAI、Configured NSSAI、Rejected NSSAI返回給用戶終端。此后，用戶終端向網(wǎng)絡(luò)提交的Requested NSSAI僅允許包含在Allowed NSSAI、Configured NSSAI內(nèi)的S-NSSAI。AMF若發(fā)現(xiàn)Allowed NSSAI為空或其它原因無法選定為用戶提供的S-NSSAI，則可查詢NSSF，由NSSF基于運(yùn)營商配置的策略為用戶選定Allowed NSSAI、Rejected S-NSSAI、Configured NSSAI以及候選的AMF列表。AMF選定為用戶服務(wù)的S-NSSAI后（或在NSSF的幫助下），將用戶業(yè)務(wù)重定向至適合的AMF負(fù)責(zé)用戶后續(xù)的業(yè)務(wù)處理，此后為用戶服務(wù)的SMF、UPF等網(wǎng)元均可基于S-NSSAI執(zhí)行。

從上述的網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)原理可以看出，核心網(wǎng)中的網(wǎng)元分為兩類，一類網(wǎng)元是各切片共用網(wǎng)元，包括：AUSF、UDM、NSSF、默認(rèn)AMF;另一類網(wǎng)元是各切片網(wǎng)絡(luò)專用網(wǎng)元，例如：設(shè)置專用的AMF、SMF、UPF提供移動互聯(lián)網(wǎng)（eMBB）業(yè)務(wù)，設(shè)置專用的AMF、SMF、UPF提供國家電網(wǎng)5G業(yè)務(wù)。同時(shí)，系統(tǒng)也支持例如對于移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，劃分為互聯(lián)網(wǎng)和語音業(yè)務(wù)兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片，其中的eMBB AMF可以為2個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片共用，分別設(shè)置用于移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的SMF和UPF、用于語音業(yè)務(wù)的SMF和UPF。4G網(wǎng)絡(luò)不存在S-NSSAI，僅能夠支持基于不同RAT的網(wǎng)絡(luò)切片，在實(shí)現(xiàn)SAE-GW的CU分離的情況下，能夠根據(jù)APN實(shí)現(xiàn)SAEGW-U的網(wǎng)絡(luò)切片;若需要實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)切片則需終端、無線網(wǎng)、核心網(wǎng)進(jìn)行一定的升級改造。顯然，5GC核心網(wǎng)在網(wǎng)絡(luò)切片的技術(shù)實(shí)現(xiàn)上更具優(yōu)勢。

如前所述，核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)際上就是“以端到端獨(dú)立的網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)特定的業(yè)務(wù)功能，從而保證網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量，就是各業(yè)務(wù)獨(dú)立組網(wǎng)”。業(yè)務(wù)獨(dú)立組網(wǎng)的好處是顯而易見的，包括功能定制化開發(fā)和資源獨(dú)占保證服務(wù)質(zhì)量。但“資源獨(dú)占”則意味著“無法資源共享，需要更多的資源”。例如：A應(yīng)用共需10個(gè)容量單位（以下將“容量單位”簡稱為“C”），其中忙時(shí)需要9C、閑時(shí)需要1C;而B應(yīng)用共需要8C，其中忙時(shí)需要5C、閑時(shí)需要3C;而A應(yīng)用和B應(yīng)用的忙時(shí)不同，若不用網(wǎng)絡(luò)切片，資源共享，則網(wǎng)絡(luò)僅需配置13C即可，考慮資源預(yù)留也僅需共15C即可。而劃分為2個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片后，由于無法資源共享，則網(wǎng)絡(luò)共需配置18C。這意味著運(yùn)營商更多的成本付出，并且需要更為精準(zhǔn)的業(yè)務(wù)預(yù)測，否則會出現(xiàn)一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片容量不足，而另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片容量空閑的情況。為此，對于網(wǎng)絡(luò)切片，運(yùn)營商與客戶之間需要簽署SLA（Service Level Agreement，服務(wù)等級協(xié)議），規(guī)劃包括用戶數(shù)、Qos、帶寬等參數(shù)，當(dāng)然，不同的SLA意味著不同的資費(fèi)。

如上所述，5GC核心網(wǎng)網(wǎng)元基于NFV電信云虛擬化部署就顯得極為重要，利用虛擬化技術(shù)將A應(yīng)用和B應(yīng)用所需的15C在統(tǒng)一的云資源池部署，并利用NFV的彈性擴(kuò)容技術(shù)，在A應(yīng)用忙時(shí)，為A應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片部署11C，為B應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片部署4C;在B應(yīng)用忙時(shí)，將A應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片縮為5C，將B應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)切片擴(kuò)為10C，由此來降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本。在此意義上，也有人將網(wǎng)絡(luò)切片稱為虛擬網(wǎng)絡(luò)。

另外，便捷地將SLA轉(zhuǎn)換為NFV電信云中的一個(gè)個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片所需的VNF網(wǎng)元，對NFV的MANO系統(tǒng)也提出了更高的要求。

4.4? 用戶面承載

4G核心網(wǎng)由SGW和PGW負(fù)責(zé)移動用戶的用戶面承載，即SGW負(fù)責(zé)通過無線網(wǎng)連接移動用戶，PGW負(fù)責(zé)連接外部數(shù)據(jù)網(wǎng);SGW與PGW之間通過S5/S8接口連接。由MME根據(jù)用戶TA查詢DNS選擇SGW、根據(jù)用戶APN查詢DNS選擇PGW，并優(yōu)先選擇SGW和PGW合設(shè)的SAE-GW疏通業(yè)務(wù)，減少一級業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)接;對于同一用戶的不同APN，可由同一SGW和多個(gè)不同PGW疏通業(yè)務(wù)。用戶移出SGW的覆蓋范圍（連接的無線基站）時(shí)，SGW改變而連接外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的PGW錨點(diǎn)不變，保障業(yè)務(wù)連續(xù)性。另外，2017年3GPP在R14版本中引入了CU分離技術(shù)，將SGW拆分為SGW-C和SGW-U，將PGW拆分為PGW-C和PGW-U，為同一用戶的不同APN、不同地理位置選擇不同的GW承載業(yè)務(wù)，從而為實(shí)現(xiàn)本地分流的邊緣計(jì)算創(chuàng)造了技術(shù)條件。

5GC核心網(wǎng)將4G核心網(wǎng)的SGW和PGW合一，并采用CU分離技術(shù)，由SMF負(fù)責(zé)選擇UPF，同一UPF的一端通過無線網(wǎng)連接移動用戶，另一端連接外部數(shù)據(jù)網(wǎng)。除漫游場景下的Home Routing模式由2個(gè)UPF疏通業(yè)務(wù)外，其它場景均是由同一UPF疏通同一DNN的業(yè)務(wù)，這樣會帶來兩個(gè)問題：

問題1：用戶移動出UPF的無線覆蓋范圍（連接的5G基站），勢必會發(fā)生UPF的改變，為此5GC引入了SSC模式2的先拆后建和SSC模式3的先建后拆。由于用戶接入外部數(shù)據(jù)網(wǎng)的UPF錨點(diǎn)發(fā)生了改變，SSC模式2無法保證業(yè)務(wù)的連續(xù)性;而SSC模式3則需通過復(fù)雜的業(yè)務(wù)可保證用戶的業(yè)務(wù)連續(xù)性，但對網(wǎng)絡(luò)和終端均提出了額外的功能要求。

問題2：當(dāng)同一用戶同時(shí)存在通用DNN/APN業(yè)務(wù)（本地UPF連接外部數(shù)據(jù)網(wǎng)，可本地疏通業(yè)務(wù)）和區(qū)域性DNN/APN業(yè)務(wù)（由特定UPF或歸屬地UPF連接外部數(shù)據(jù)網(wǎng)）時(shí)，通用DNN/APN業(yè)務(wù)沒有問題，但由于無法串接兩個(gè)UPF導(dǎo)致區(qū)域性DNN/APN業(yè)務(wù)無法疏通。

對于問題1，3GPP在R16版本通過引入I-SMF和I-UPF的技術(shù)加以解決，類似于引入了4G網(wǎng)絡(luò)中的SGW;而對于問題2，則仍需進(jìn)一步研究解決。但上述2個(gè)問題僅影響存在全網(wǎng)漫游需求的手機(jī)用戶和部分行業(yè)用戶的業(yè)務(wù);對于無漫游需求和無多DNN業(yè)務(wù)需求的部分垂直行業(yè)應(yīng)用則沒有影響。

4.5? 其它關(guān)鍵組網(wǎng)技術(shù)

（1）UDM和PCF/UDR的設(shè)置

5G用戶可以分為兩類，一類是采用新的號碼段的新用戶，對于這部分用戶可采用新建UDM和PCF/UDR的方式解決;另一類是現(xiàn)網(wǎng)4G或3G或2G用戶換終端不換號轉(zhuǎn)為5G用戶，對于這部分用戶只能采用現(xiàn)網(wǎng)HSS/HLR、PCRF/SPR融合改造的建設(shè)模式。由于各設(shè)備供應(yīng)商提供的UDM和PCF/UDR設(shè)備均為NFV虛擬化網(wǎng)元設(shè)備形態(tài)，因此需要進(jìn)行全網(wǎng)設(shè)備替換，其工程量將是十分巨大的。為此需要研究過渡方案。

（2）對于同時(shí)具有2G/3G/4G核心網(wǎng)的運(yùn)營商，5GC核心網(wǎng)的融合組網(wǎng)與獨(dú)立組網(wǎng)

所謂SA（獨(dú)立組網(wǎng)）架構(gòu)下的核心網(wǎng)“融合組網(wǎng)”是指5GC核心網(wǎng)網(wǎng)元與4G核心網(wǎng)網(wǎng)元采用同一網(wǎng)元實(shí)體實(shí)現(xiàn)，例如：AMF與MME綜合設(shè)置為AMF/MME等。融合組網(wǎng)和獨(dú)立組網(wǎng)均是可行的建設(shè)模式，而融合組網(wǎng)能夠使同一網(wǎng)元的設(shè)備資源充分為4G（以及3G和2G用戶）用戶和5G用戶共享，對于大部分5G用戶為現(xiàn)網(wǎng)4G（或3G或2G）用戶轉(zhuǎn)為5G用戶的場景更能夠發(fā)揮設(shè)備資源共享的優(yōu)勢。

（3）5G信令網(wǎng)

4G核心網(wǎng)采用通過DRA組織的Diameter準(zhǔn)直聯(lián)信令網(wǎng)疏通全網(wǎng)MME與HSS之間的S6a接口、PGW-C與PCRF之間的Gx接口的信令。而5GC核心網(wǎng)網(wǎng)元之間全部采用基于HTTP/TCP/IP協(xié)議棧的服務(wù)化接口，并引入了NRF網(wǎng)元，由各網(wǎng)元自主向NRF發(fā)起注冊，上報(bào)自己所負(fù)責(zé)的業(yè)務(wù)范圍（如S-NSSAI、用戶號碼段、DNN等）和路由尋址數(shù)據(jù)（如本端設(shè)備的主機(jī)名、IP地址等）。網(wǎng)元之間通信時(shí)，由發(fā)端網(wǎng)元查詢NRF（服務(wù)發(fā)現(xiàn)流程）后獲得收端網(wǎng)元的路由信息（IP地址等）后，發(fā)端網(wǎng)元向收端網(wǎng)元發(fā)起TCP建鏈，并傳送HTTP信令?？梢娋哂行帕罱换バ枨蟮娜W(wǎng)網(wǎng)元之間會建立一張F(tuán)ULL MESH（全網(wǎng)狀）的HTTP/TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，對于網(wǎng)元的資源消耗較大，目前3GPP正在對5GC核心網(wǎng)構(gòu)建HTTP/TCP準(zhǔn)直聯(lián)信令網(wǎng)進(jìn)行研究。

（4）語音業(yè)務(wù)

4G核心網(wǎng)取消了電路域，語音業(yè)務(wù)存在雙待手機(jī)終端（終端選擇數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)通過4G網(wǎng)絡(luò)疏通、語音業(yè)務(wù)通過2G/3G電路域疏通）方案、回落電路域（語音業(yè)務(wù)回落2G/3G電路域）方案和VoLTE（語音業(yè)務(wù)通過4G核心網(wǎng)+IMS網(wǎng)絡(luò)疏通）方案，共3種方案。5G網(wǎng)絡(luò)同樣沒有電路域，并取消了與2G/3G網(wǎng)絡(luò)之間的互操作，對于5G單待手機(jī)終端存在EPS FallBack（語音業(yè)務(wù)回落4G網(wǎng)絡(luò)以VoLTE方式疏通）和VoNR（語音業(yè)務(wù)通過5G核心網(wǎng)+IMS網(wǎng)絡(luò)疏通）兩種方案，對5G網(wǎng)絡(luò)與4G網(wǎng)絡(luò)之間的切換提出了更高的要求。

5? ?結(jié)束語

移動通信發(fā)展到4G時(shí)代，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)成為了主流，需要移動運(yùn)營商提供更為優(yōu)質(zhì)的管道，而具體的業(yè)務(wù)應(yīng)用則逐步向管道兩端的用戶終端和互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用平臺遷移。5G技術(shù)通過進(jìn)一步提高空口帶寬和縮短通信時(shí)延，將網(wǎng)絡(luò)的“管道能力”做大做強(qiáng)，增強(qiáng)了對“管道”的管控和QoS服務(wù)保障能力，為更多的高帶寬低時(shí)延應(yīng)用（例如AR、VR、高清視頻、實(shí)時(shí)互動在線游戲、視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療）發(fā)展鋪平了道路。在“云+管+端”的產(chǎn)業(yè)鏈中，移動運(yùn)營商提供的5G網(wǎng)絡(luò)聚焦于“管”（包括管道和管理），而真正的5G業(yè)務(wù)蓬勃發(fā)展仍依賴于各行各業(yè)針對5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)開發(fā)高價(jià)值的應(yīng)用，即“云”和“端”。

然而5GC核心網(wǎng)在技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及設(shè)備成熟度上還有待完善，運(yùn)營商應(yīng)根據(jù)不同階段的業(yè)務(wù)需求特點(diǎn)，選擇合適的5G技術(shù)搭建網(wǎng)絡(luò)，并逐步推進(jìn)新技術(shù)的成熟商用。

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