5G核心網關鍵技術分析

何宇

（北京中網華通設計咨詢有限公司 北京 100071）

引言

5G核心網涉及的標準化包括服務化架構、網絡切片、支持邊緣計算、支持能力開放、用戶面管理、會話管理、移動性管理、QoS模型、計費等。由于采用全新架構和技術，5G核心網的關鍵技術仍存在較大發展空間。

1 5G核心網的整體架構

5G核心網涉及到的主要網元包括AF、NEF、NRF、NSSF、UDM、PCF、AUSF、UPF、SMF、AMF，即應用、網絡能力開放、網絡功能注冊、網絡切片選擇、統一數據管理、策略控制、認證服務器、用戶面、會話管理、接入和移動性管理功能。5G核心網網元除UPF外均屬于控制面，UPF屬于用戶面，服務化架構設計用于控制面網元，服務化接口負責彼此間通信，傳統架構和接口用于用戶面。雖然4G，5G在會話管理和移動性管理分離、模塊化解耦、組網靈活等方面具備顯著優勢，但對于網絡運營管理、網絡規劃、傳輸等能力也提出了更高要求。在向5G發展的過程中，5GC/vEPC與EPC的協同組網必須得到重視[1]。

2 5G核心網的關鍵技術

2.1 服務化架構

服務化架構設計主要用于5G核心網的控制面，IT系統服務化的相關理念可作為設計借鑒，網絡功能間的整個與解耦需通過模塊化實現，各網絡服務（功能）在解耦后可實現按需部署、獨立演進、獨立擴容，配合采用服務注冊、發現機制的各種服務，5G核心網中的各自網絡功能即可做到自動化組網、即插即用，多種NF可實現同一服務的調用，業務流程設計簡化、服務的重用性提升均可順利實現。服務化架構的關鍵技術點主要包括消費者與生產者之間的消息交互用于服務的提供達成、服務的自動化注冊和發現實現、統一服務化接口協議采用。圍繞服務的提供進行分析可以發現，交互模式可以簡化為兩種，分別為Subscribe-Notify模式和Request-Response模式；對自動化的服務注冊和發現進行分析，在服務化接口支持下，NF能夠在網絡中將自身能力通過一種服務暴露，其他NF復用也可隨之實現，作為5G核心網引入的新型功能，這種注冊和發現可較好服務于相關信息的維護；分析統一的服務化接口協議可以發現，由于考慮了適應IT化、微服務化、虛擬化的需求，接口協議設計采用了TCP（傳輸層）、HTTP/2.0（應用層）、JSON（序列化協議）、OpenAPI3.0（接口描述語言）、RESTFul（API）。深入分析可以發現，相較于傳統移動核心網協議，5G核心網的接口協議棧（服務化架構）更為復雜，但配合高性能的云資源，接口性能的損失即可順利抵消[2]。

2.2 支持邊緣計算

5G核心網能夠在能力開放層面和網絡層面支持邊緣計算，如對未網絡及用戶的信息獲取和控制、APP路由引導、合法監聽、QoS、計費、移動性、多種靈活本地分流機制的支持。5G核心網對本地分流機制的支持主要包括UL-CL（上行分類器）、IPv6多歸屬（基于源地址進行本地分流）、LADN（本地區域數據網）。分析上述分類器可以發現，其對UE沒有特別要求，不感知數據分流且UE的IP地址僅為一個，可較好滿足邊緣計算業務需求；分析IPv6多歸屬可以發現，通過利用其特性，邊緣計算業務可基于一個IPv6地址實現，配合基于共同UPF的分流、基于不同IP錨點的用戶面路徑分離，即可更好支持邊緣計算，數據分流通過UE的感知和控制也可由此實現。為支持邊緣計算業務，需針對性建設接入本地DN的新PDU會話，數據分流的感知和控制可由此實現。深入分析可以發現，通過提供多種靈活的分流機制，5G核心網在支持邊緣計算方面的表現極為優秀，具體的方案選擇應結合運營成本、對網絡的影響、終端的能力、技術的成熟度，服務覆蓋范圍、業務時延等需要的滿足也不容忽視[3]。

2.3 網絡切片

網絡切片的網絡定制可較好服務于不同業務場景，不同網絡切片間的相互隔離和資源共享也可順利實現。作為端到端的邏輯子網，網絡切片涉及IP承載網和傳送網、無線接入網、控制平面和用戶平面的核心網絡，多領域的協同配合屬于其中關鍵[4]。定制和自動化部署5G切片需得到切片管理的支持，其管理架構包括網絡切片子網、網絡切片、通信業務的管理，配合承載網絡管理系統，承載網絡的資源調度即可一同實現。在具體實踐中，需關注網絡切片的設計、編排、管理的加強，MANO與網絡切片管理的相互協同、OSS/BSS與網絡切片管理的融合、跨專業的切片協同均不容忽視。考慮到UE的5G網絡使用需得到網絡切片框架的支持，可基于eMBB核心網切片逐步進行細分，以此實現差異化網絡服務提供[5]。

4 結論

綜上所述，5G核心網關鍵技術涉及內容較廣。在此基礎上，本文探討的服務化架構、支持邊緣計算、網絡切片等內容，則為5G核心網關鍵技術的應用和推廣提供了有力支持。為更好推進5G核心網普及和發展，各類關鍵組網技術的合理應用、用戶移動性管理等方面的內容也需要得到業內人士重視。