5G核心網關鍵技術

文/曹祥風

1 5G核心網架構

5G核心網實現網絡功能模塊化以及控制功能與轉發功能的完全分離。控制面可以集中部署，對轉發平面的資源進行調度控制。用戶面可以集中或者分布部署，當用戶面接近網絡邊緣部署時，本地流量可以就近提供服務，提供端到端毫秒級時延。5G核心網控制平面功能借鑒了IT系統中服務化架構，服務模塊可自主注冊、發布、發現，規避了傳統模塊間緊耦合帶來的繁復互操作，提高功能的重用性，簡化業務流程實現。

2 SDN軟件定義網絡

在傳統網絡中，如果要部署一個新的網絡功能，必須考慮對現有網絡設備的前后兼容，新功能拓展非常困難。SDN網絡采用控制平面和轉發平面相互分離的方式，控制平面負責信令控制以及對轉發平面的資源調度進行控制，轉發平面負責數據轉發，從而實現了對網絡流量的靈活控制。在3G網絡中RNC/SGSN/GGSN，以及4G EPC網絡中MME/SGW/PGW，經常是部署在一起的，控制平面和轉發平面不能靈活安排和部署。5G網絡提供各種豐富的接入場景，對于高帶寬低時延等應用場景，可以將用戶平面功能部署在接近無線接入網的地方，降低通信時延，提高用戶體驗度。通過SDN技術實現控制平面和轉發平面的分離，可以簡化網絡管理和流量管理，從而推動NFV虛擬化網絡技術的發展。

3 NFV網絡功能虛擬化

NF網絡功能即傳統電信設備實現的功能，比如2/3/4G網絡中的MSC/RNC/MME等網絡功能實體，虛擬化是指用軟件實現硬件功能。NFV目標是增強系統靈活性，實現網絡應用快速部署，其有四大基本特征：虛擬化、通用IT基礎設施、云平臺管理、自動化配置。虛擬技術的基礎設施管理平臺可以是私有或開源技術，比如OpenStack是一個分布式式虛擬資源管理平臺，包括開源組件和標準接口，已成為全球私有云管理平臺。基于云管理平臺的網絡編排，通過統一的資源管理、資源調度、自動化配置等策略，進行網絡和網元創建，實現資源池按需使用，業務網絡擴展起來很方便，從而有效提高資源利用效率。

4 網絡切片

5G網絡主要有三大應用場景，eMBB移動高帶寬，mMTC海量機器連接，URLLC低時延高可靠性，不同場景對網絡資源的需求是不同的，如果都使用同一套網絡資源，則網絡很難在不同類型業務下都提供高質量服務，如果各自建設一張專用網絡，則網絡資源重復建設嚴重。而通過網絡切片技術可以適應各種不同應用場景。網絡切片是指將物理存在的網絡通過NFV虛擬化技術構建出多個虛擬化網絡，每個虛擬網絡稱為一個網絡切片，為不同應用場景提供相應的網絡功能。電信運營商提供豐富的核心網組件庫和服務模板，通過動態編排和自動化部署，可以基于用戶需求進行定制、快速構建和自動開通網絡。網絡功能又可以基于用戶所處的位置信息、當前基站容量和負荷等信息，對網絡切片進行智能選擇。網絡切片可以分為公共部分和獨立部分：公共部分是可以共用的功能，一般包括簽約信息、鑒權、策略等相關功能模塊；獨立部分是每個切片按需定制的功能，一般包括會話管理、移動性管理等相關功能模塊。

5 移動邊緣計算

MEC將計算存儲能力與業務服務能力下移到網絡邊緣，使業務應用和網絡服務可以在本地近距離進行分布式部署，提供IT服務環境和云計算能力，降低網絡時延，節省網絡帶寬，用以滿足5G各種應用場景的業務需求。由于MEC距離用戶很近，使得用戶請求的網絡時延非常小，降低了核心網和傳輸網發生的網絡擁塞。位于網絡邊緣的MEC可以實時獲取用戶接入的基站信息、基站可用帶寬、以及用戶位置相關信息，可以實現為用戶智能選擇網絡切片，為基于位置的用戶應用提供個性化部署，大大改善用戶對服務質量的體驗。移動邊緣計算的特征可以歸納為本地性、低時延、高帶寬、位置感知幾個方面。

移動邊緣計算可以將智能計算存儲能力從云端延伸到物聯網絡邊緣，在網絡邊緣進行數據分析處理，實現物聯網傳感器的交互控制，降低傳輸時延，減輕云端壓力，提高數據處理時效性。在大數據時代，海量的信息可以通過移動邊緣計算進行初步篩選后再上傳到云端，以免云端收到大量無效數據，降低處理和分析效率。在5G網絡中，控制面和用戶面分離促進了移動邊緣計算的發展，用戶面下沉到移動接入網邊緣，用戶數據處理更加有效、時延更短，用戶體驗得到極大提升。移動邊緣計算應用場景非常豐富，比如高帶寬低時延高清視頻、車聯網自動駕駛、增強現實等應用場景。

6 網絡能力開放

5G網絡運營商要將移動網絡中各網元所能提供的能力信息開放給第三方應用，包括網絡監控能力開放、網絡基礎服務能力開放、網絡信息能力開放、網絡切片編排管理能力開放、反向能力開放等場景。網絡能力開放包括應用層、能力層和資源層三個層次。資源層對底層網絡資源進行編排，整合資源信息供能力層進行調用。能力層對資源層提供的信息進行大數據分析，對網絡能力進行編排，最后封裝成API接口，供網絡層進行調用。其中能力層是5G能力開放的核心，包含網絡使能能力、資源編排能力、開放互通能力等幾個方面。能力開放平臺需要對第三方應用服務器進行簽約管理，開放計費功能，對網絡功能進行編排，可以快速提供滿足第三方應用的網絡平臺，為運營商構建豐富的合作模式。

7 結束語

5G核心網的發展目標是實現以SDN/NFV為主導的網絡架構，以及網絡切片、移動邊緣計算、網絡能力開放等網絡關鍵技術，通過5GCN核心網絡以滿足eMBB、mMTC、URLLC 等應用場景下多樣化的業務需求。