5G核心網下沉策略及需求分析

倪 青

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

1 5G核心網下沉策略

1.1 業務定位和架構分析

5G核心網的主要業務定位是初期支持eMBB場景，未來支持uRLLC場景和mMTC場景[1]。語音初期由4G VoLTE承接，未來適時引入5G NR。

在網絡架構方面，5G核心網采用控制面集中設置，用戶面按需下沉?？刂泼婢W元采用云化部署方案，用戶面網元靈活選用專用硬件或者通用硬件云化部署。

1.2 演進預測和下沉后分層部署策略

5G核心網基于云及服務化架構，C/U分離，按需提供業務切片能力，可靈活設置，以滿足eMBB、URLLC和mMTC不同的業務需求。

下沉后核心網采用分層部署策略，如圖1所示。5G核心網骨干層網元設置在全國級中心，5G核心網控制面網元設置在省級/區域級中心，核心網用戶面網元設置在地市級/縣區級中心[2]。邊緣計算網元可下沉至企業用戶自有機房。

1.3 下沉后UPF/MEC設置原則

UPF作為5G核心網的用戶面網元，主要功能是進行數據轉發，同時必須具備DPI、QoS處理等能力。UPF的部署宜綜合考慮業務需求、SMF設置方式、冗余設置、單設備容量、地域和位置、接入方式或其他的部署策略。

圖1 下沉后核心網采用分層部署策略

在業務流程中，根據策略和配置選擇UPF，因此UPF的設置受SMF設置方式的影響，其服務區域只能小于或等于SMF的服務區域。

UPF/MEC下沉以業務為導向。其中，UPF主要滿足大帶寬和大計算業務的需求，適用于eMBB場景；MEC主要滿足低時延、大連接的業務需求，適用于URLLC和mMTC場景。

2 5G核心網下沉需求分析

5G核心網下沉后，對區域內設置局址、接口帶寬、機房機電配套等產生了較大需求。

2.1 設置局址需求

5G核心網骨干層網元設置在全國級中心，具體可對應一類機房（負荷）等級，對機房空間/電源配套等要求較高，需做好資源儲備。其中，承載虛擬化網元的機房面積建議不少于300 m2，目標承載設備為虛擬化/云化網元設備（骨干NRF、全國NEF等）。

5G核心網控制面網元設置在省級/區域級中心，具體可對應二類機房（負荷）等級，承載虛擬化網元部署的面積建議不少于200 m2，目標承載設備為虛擬化/云化網元，如NSSF、NEF、NRF、PCF、UDM、AUSF、AMF、SMF以及AF等。

用戶面UPF網元設置在地市級/縣區級中心，具體可對應三類機房（負荷）等級，承載面積根據不同區域的業務量靈活設置，目標承載設備為專用硬件設備。

邊緣計算MEC可設置在企業自有機房，目標承載設備為通用交流設備（交換機/服務器等）。

2.2 主要接口帶寬需求

UPF主要接口有N3、N4和N6。其中，N3接口為基站到UPF用戶面的接口；N4接口為UPF用戶面到SMF會話管理功能的接口；N6接口為UPF到數據網絡的接口。單用戶模型按500 kb/s選取，單臺UPF按40萬用戶的承載能力預估，單邊帶寬需求約為200 Gb/s（承載大型城市、密集城區的UPF按40萬～50萬用戶預估，中小城市可按20萬～40萬預估）。

N3接口和N6接口承載用戶面流量，單邊需要2×100G的接口帶寬；N4接口承載控制面信息，單邊需求1×10GE。

MEC主要連接企業內部網絡和運營商網絡，單企業業務需求較少，單邊配置單個10GE供南北向連接即可。

2.3 機電配套需求

UPF下沉以專有直流硬件預估，功耗按主設備單機柜5 kW，配套數通等設備按3 kW預估，一般以市為單位建設。以某市預計建設15套主設備、12套配套設備預估，根據功耗測算，需對電源和空調提出約110 kW的需求。

根據電源計算公式[3]：

其中K為安全系數，取1.25；I為負荷電流（A）；T為放電小時數（h），取1；η為放電容量系數，取0.45；t為實際電池所在地環境溫度數值，取15；為電池溫度系數，取0.008。

開關電源按15個模塊、2組1 000 Ah電池配置為例，為滿足110 kW的直流供電需求，需要新增4套開關電源系統（后備時間按1 h計），具體參數如表1所示。

MEC下沉以設置在企業用戶的自有機房為主，多數以數臺服務器作為本地存儲和業務節點，通過一對匯聚交換機接入企業內部網絡和運營商網絡，以交流通用服務器和交換機為主預估。因為單MEC下沉節點需要的服務器和交換機的能力、數量要求都遠小于運營商側總體部署的要求，具體單臺服務器可按800 W、單臺交換機可按500 W預估，按需配套一套UPS即可。

另根據UPF/MEC下沉的設備功耗，按需配套空調設備。對于運營商側單機柜功耗較高的設備，可考慮水冷+列間空調散熱的方式。

3 UPF/MEC下沉組網案例

3.1 UPF下沉組網案例

如圖2所示，以某城市為例，一期建設一對UPF，配套建設數通設備，南北向分別接入傳輸網和承載網/城域網。

3.2 MEC下沉組網案例

如圖3所示，以MEC下沉至某企業自由機房為例，建設3臺服務器，1對匯聚交換機，南北向分別接入企業內網和5G網絡。

4 其他相關需求和核心網發展展望

5G核心網下沉會對N3/N6接口對端數據專業和傳輸專業提出100G顆粒的帶寬需求，意味著數據專業和傳輸專業也會對設置局址和機電配套提出更多的需求。5G核心網建設前期以滿足eMBB場景為主，逐步滿足mMTC、uRLLC業務場景及垂直行業需求，網絡能力更加開放，從而逐步實現全云化融合核心網，并支持全局資源編排和調度，實現運維智能化和自動化。

表1 具體參數信息

圖2 UPF下沉組網案例

圖3 MEC下沉組網案例