基于大區的5G核心網業務承載研究

0 引言

基于SA 組網的5G 核心網部署以大區化為基礎，以多級通信云為基礎設施，將業務面和控制面分層部署，實現“任何終端，任何接入”的核心網演進目標。這不僅僅需要4G、5G 核心網的融合，也需要承載網的統一。

智能城域網是以通信云為中心，以標準化、自動化、智能化為目標構建的云網一體化承載網絡，采用SR+EVPN 統一承載協議，實現網絡路由協議簡化；將5G、家寬、大客戶業務統一承載，簡化網絡結構的同時提高網絡能力，避免多張網絡之間背靠背端口的浪費，滿足未來各類業務發展需求。

對于5G核心網來說，智能城域網接入、匯聚、核心3 層網絡結構很好地滿足了5G 核心網用戶面下沉靈活部署的需求，實現云邊協同。未來可將本地IP 承載網和IPRAN 網絡逐步融合，提供差異化、確定性SLA保障能力，最終實現固移、4G/5G的承載融合。

目前，智能城域網滯后于5G 核心網的建設，智能城域網的建設需充分考慮5G核心網的業務承載需求，因此，如何基于當前的網絡結構滿足5G 業務承載需求，又便于后期網絡的融合演進是需要解決的問題。本文對大區中心城市的5G 核心網的業務疏通方案進行了探討，以期對后續的網絡演進和建設提供參考。

1 當前承載網絡結構

網絡建設初期，5G 業務尚未形成規模，業務量較小的地（市）暫不建設用戶面DC，因此，用戶面的業務疏通可參考4G 網絡結構，同時，后續的網絡融合需考慮當前的網絡結構，所以先對當前4G網絡的承載結構進行簡單介紹。

4G 核心網在省級大區中心部署，初期各地（市）4G 業務回傳流量經IPRAN 匯聚后傳送至承載B網，然后轉發至大區中心本地IP 承載網的匯聚MR 路由器，最終傳送至EPC 核心網完成處理，實現公網的訪問。4G業務流量共經過IPRAN、承載B網、本地IP承載網3個自治系統，轉發節點多，隨著4G 業務的增長，3 張承載網絡均需同步擴容，帶來端口資源的極大浪費，并且拉長了擴容周期。在此背景下，運營商對4G的承載網絡進行了改造，將IPRAN 的核心路由器和大區中心MR 直連，實現4G 業務的扁平化承載。改造后網絡結構如圖1所示。

圖1 4G回傳承載網絡結構示意圖

在流量較大的地（市）如南陽，已采用CUPS 架構將用戶面下沉，實現用戶面和控制面的分離，此架構呈現了一定的5G特性。目前在南陽本地DC機房建設了硬件資源池，基于NFV 技術實現用戶面GW-U 的部署，在鄭州DC 機房實現控制面GW-C 的部署，4G 流量在南陽本地實現公網訪問而不必再回傳至省大區中心。相對于傳統4G 業務的承載主要有以下幾個方面特點。

a）IPRAN 網絡和南陽DC 機房的DCGW 直連，完成S1-U業務的疏通。

b）由于南陽屬于洛陽大區，其IPRAN網絡未和鄭州的本地IP 承載網MR 匯聚路由器直連，同時IRRAN網絡未開通疏通Sx 接口業務的GPRS_Gn_C 業務VPN，因此用戶面和控制面之間的信令業務依然通過本地IP 承載網和承載B 網完成轉發互通，未采用IPRAN 直連鄭州本地IP 承載網MR 的方式疏通信令面業務。

c）DCGW 經防火墻隔離后直接接入中國聯通169網絡，防火墻和CR 建立EBGP 鄰居關系，不再使用Gi路由器，從而減少了一跳。

2 5G核心網業務承載研究

轉控分離的5G核心網實現了用戶面的去中心化，用戶面可按業務量及需求部署在省、市或下沉至網絡邊緣并承載MEC 業務。而控制面可以更加集中，僅需部署在全國幾個大區，每個大區承載若干省的控制面實現集約化部署，形成大區和本地2 層架構。本文從用戶面和控制面2 個方面對5G 核心網的業務承載進行研究分析。

2.1 5G核心網的用戶面業務承載研究

為保證用戶數據業務的連續性，需考慮業務網關（SMF 和GW-C、UPF 和GW-U）的融合部署，SMF 和GW-C 融合部署在5G 核心網控制面大區中心，UPF 和GW-U 可根據需求靈活地融合部署在省、市甚至更靠近用戶的地方。

業務量較大的地（市），建設有通信云DC 并部署融合網關（UPF/GW-U），本文以比較典型的雙DC為例來說明其網絡結構。

智能城域網核心路由器MCR 和2 個DC 的出口路由器DCGW 分別建立EBGP 鄰居關系，疏通N3 接口流量，DC 所承載業務比例可由5G 核心網來控制。DCGW 通過防火墻隔離后直接接入中國聯通169 網絡實現手機用戶的公網訪問。

通信云用戶面DC部署的融合網關不僅承載5G業務，同時可承載4G 業務。4G 業務的疏通需要IPRAN和智能城域網互通完成，IPRAN 核心路由器和MCR 以fake AS 的optionA 方式互聯實現跨域連接。后期伴隨4G 業務量的減少可逐步將IPRAN 網絡融入智能城域網，實現承載的統一。

同中國電信的互通可通過智能城域網的MCR 與中國電信IPRAN 網絡的核心路由器直連實現，核心設備間采用單邊100G 帶寬的口字型互聯，后期根據5G業務量的大小，可考慮將MER與中國電信IPRAN匯聚直連。

用戶面和控制面之間的信令交互由N4接口完成，此外，信令面和用戶面往往采用同一云管平臺以統一編排，統一管理，因此用戶面DC 和信令面DC 之間還存在著MANO、網管流量疏通的需求。這2 部分業務均由承載B 網轉接疏通，僅需采用不同VPN 進行信令、MANO 和網管流量的隔離，具體組網如圖2 所示。此外維護人員對DC 資源池也有操作需求，這需要打通DC通信云和DCN網絡。

圖2 5G用戶面和信令面間業務互通網絡結構示意圖

對于業務量較小的地（市），初期不考慮通信云的建設，其5G 業務的承載可借鑒當前4G 網絡結構，在2個省級大區中心建設省級5G 業務出口來承載這些地（市）的5G 業務。對這些地（市）來說，MCR 依然需要和中國聯通IPRAN 網絡互通以保證用戶數據業務的連續性，同中國電信IPRAN 網絡互通以共享5G 站業務。這些地（市）5G 業務的回傳則參考4G 業務回傳承載網絡結構，不由承載B 網轉接，由地（市）MCR 同省級大區中心MCR 直連來完成，實現業務的扁平化承載。后續，伴隨著這些地（市）業務量的增長，逐步實現用戶面DC 的建設和下沉，并且隨著4G 業務量的減少，可逐步將4G 業務遷移至5G 通信云，原4G 回傳承載網逐步融入智能城域網或者實現退網。

2.2 5G核心網控制面的業務承載研究

控制面內部各網元之間的交互在通信云內部完成疏通，通信云內部網絡結構如圖3 所示。資源池內采用leaf-spine-DCGW 3 層組網架構，根據業務類型劃分為業務平面（主要包括信令、計費等業務）、存儲/管理平面（主要包括MANO、存儲調度等流量）和硬件管理平面（主要包括硬件告警采集以及傳統網管等流量）。其中存儲/管理流量以及硬件管理流量較小，spine設備合設，以提升投資效益。

不同平面間流量在服務器側采用物理端口隔離，保證互不干擾，同一平面內不同功能接口之間采用不同子接口邏輯隔離。通信云內部VNF 之間交互的流量根據其所在服務器的不同，由leaf 或spine 完成疏通而不必發送至DCGW。

圖3 通信云內部網絡結構示意圖

通信云內部可考慮引入SDN 控制器，SDN 控制器和NFVO 聯動實現網絡數據自動配置，云資源自動調度。但目前SDN控制器和NFVO之間的接口尚未形成統一標準，多為廠商私有接口，因此其僅適合于2層解耦。

控制面除了同用戶面交互外，還需考慮5G 和4G的互操作，對于控制面來說，4G/5G 互操作主要考慮用戶數據（UDM 和HSS）的融合來保證用戶數據的一致性，策略數據（PCF和PCRF）的融合來保證用戶策略的一致性，目前4G 業務均由本地IP 承載網接入，用戶數據和策略數據的融合使得5G 控制面需要和本地IP 承載網進行互通，其互通可由承載B網轉接完成。

用戶和策略數據的融合，需要省內HSS 和大區UDM、省內PCRF 和大區PCF 互通，實現大區UDM 的后端UDR 與省內HSS 后端BE、前端FE，大區UDM 的前端UDM 與省內HSS的后端BE 之間通信業務。同時實現大區PCF 的后端UDR 與省內PCRF 后端SPR、前端PCRF，大區PCF 的前端PCF 與省內PCRF 的后端SPR 之間通信業務。由于當前省內HSS前后端通信采用的VPN 為4G_Ud，而5G 前后端通信采用的VPN 為5G_Ud，對此，有以下3 種方式實現用戶和策略數據互通。

a）在承載B 網側打通4G_Ud 和5G_Ud 之間的路由實現互通。

b）在本地IP承載網創建新接口，VPN 使用5G_Ud接入省內HSS 和PCRF 以實現同UDM、PCF 之間的業務互通。

c）在大區UDM 及PCF 側創建新接口，VPN 使用4G_Ud以實現同HSS、PCRF之間的業務互通。

由于目前4G_Ud 僅為省內互通，存在各省IP 地址復用的情況，因此，方案b）是較好的實現方法。

總體來看，5G核心網控制面根據業務需求與IP承載B 網、DCN 等外部網絡互通，與本地IP 承載網、智能城域網的互通則均由承載B網轉接。而用戶面和信令面不同，需與169 網絡、智能城域網、DCN 等外部網絡互通，同IPRAN、承載B網的互通則均由智能城域網轉接。

3 結束語

5G 提供了令人振奮的網絡能力，對傳統電信網絡結構是一次顛覆和重構，但同時也具有網絡演進的連續性，5G 核心網的業務承載也是如此。智能城域網采用SR+EVPN 等路由技術逐步實現全業務端到端的統一承載和融合，這是中國聯通5G 承載的解決方案，是云網融合的重要組成部分，而5G的承載除了智能城域網外，還需考慮本地IP 承載網、IPRAN 等網絡。本文從中國聯通現網出發，對5G核心網的業務承載進行了分解和探討，并對本地IP 承載網、IPRAN 網絡逐步融入智能城域網進行了展望。未來幾年，高效地實現業務的遷移實現網絡融合演進是一個長期課題，也是下一步研究的方向。