5G核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析

1、 5g核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)分析 摘要：5g核心網(wǎng)相對于4g網(wǎng)絡(luò)在架構(gòu)、功能、業(yè)務(wù)能力提供方面有較大的革新，引入了新的關(guān)鍵技術(shù)如sba、支持邊緣計(jì)算、支持網(wǎng)絡(luò)切片等，本文重點(diǎn)研究5g核心網(wǎng)與傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡(luò)不同的全新架構(gòu)和技術(shù)特征，對這些關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用場景和發(fā)展進(jìn)行分析展望。關(guān)鍵詞：5g核心網(wǎng)、sba、虛擬化、切片、nfv引言移動核心網(wǎng)從4gepc演進(jìn)到5gc，在網(wǎng)元形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、信令協(xié)議、業(yè)務(wù)能力等方面發(fā)生了較大的變化。5g核心網(wǎng)基于nfv的核心架構(gòu)，控制平面借鑒了it系統(tǒng)中服務(wù)化架構(gòu)，支持網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算，本文首先介紹了5g核心網(wǎng)的架構(gòu)及特點(diǎn)，接著重點(diǎn)研究分析5g核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)和應(yīng)用分析，最后對

2、5g核心網(wǎng)未來進(jìn)行展望。1 5g核心網(wǎng)架構(gòu)與4g網(wǎng)絡(luò)相比，5g網(wǎng)絡(luò)變革主要包括sba（service-basedarchitecture）架構(gòu)、cp/up（控制平面與用戶平面）分離、網(wǎng)絡(luò)切片、支持邊緣計(jì)算等多個(gè)方面。3gpp標(biāo)準(zhǔn)5g網(wǎng)絡(luò)sba架構(gòu)如圖所示圖15g核心網(wǎng)架構(gòu)示意圖2 5g核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)2.1 nfv技術(shù)nfv的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)軟硬件資源的解耦及軟件功能的抽象，依托于標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)器、存儲及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等通用基礎(chǔ)設(shè)施資源，利用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能，來替代通信網(wǎng)絡(luò)中的專用、封閉的網(wǎng)元。nfv體系通過分層解耦的模式將5g網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)化模型的各個(gè)網(wǎng)元功能，以app的模式在統(tǒng)一的云化基礎(chǔ)設(shè)施上運(yùn)行

3、，借助mano還可以快速實(shí)現(xiàn)5g網(wǎng)絡(luò)切片的功能，通過與傳統(tǒng)網(wǎng)管的融合，提供集約運(yùn)維和智能管理手段。2.2 服務(wù)化架構(gòu)5g核心網(wǎng)采用服務(wù)化架構(gòu)（sba，servicebasedarchitecture）進(jìn)行設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能的靈活組合、業(yè)務(wù)的敏捷提供。5g核心網(wǎng)借鑒了軟件架構(gòu)基于微服務(wù)進(jìn)行組織的理念，通過模塊化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能間的解耦和整合，解耦后的網(wǎng)絡(luò)功能（服務(wù)）可以獨(dú)立擴(kuò)容、獨(dú)立演進(jìn)、按需部署；各種服務(wù)采用服務(wù)注冊、發(fā)現(xiàn)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了各自網(wǎng)絡(luò)功能在5g核心網(wǎng)中的即插即用、自動化組網(wǎng)；同一服務(wù)可以被多種nf調(diào)用，提升服務(wù)的重用性，簡化業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)。目前5g核心網(wǎng)服務(wù)化架構(gòu)的接口協(xié)議棧與傳統(tǒng)移動核心

4、網(wǎng)的協(xié)議相比，變得更加復(fù)雜。用同樣的硬件來實(shí)現(xiàn)的話，其性能相對傳統(tǒng)協(xié)議是下降的，因此需要通過高性能的云資源來抵消接口性能的損失。對于服務(wù)化架構(gòu)的自動化組網(wǎng)能力，還有待進(jìn)一步完善，在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)部署和運(yùn)營中仍需要注意2.3 控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離目前4gepc核心網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)采用s-gw與p-gw合設(shè)的設(shè)備，s-gw/p-gw一般集中部署在省會不同局址的機(jī)房，形成servingarea覆蓋全省的業(yè)務(wù)。用戶終端發(fā)起移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)后，通過enodeb接入到運(yùn)營商的ip承載網(wǎng)，業(yè)務(wù)流量在省會匯聚后接入到s-gw/p-gw中，再由其轉(zhuǎn)出移動網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)。而5g核心網(wǎng)采用控制平面與用戶平面完全分離的架構(gòu)，這

5、種架構(gòu)的優(yōu)勢是控制平面功能模塊可以集中部署在省會或區(qū)域中心的云平臺上，對轉(zhuǎn)發(fā)平面的資源進(jìn)行調(diào)度,用戶平面網(wǎng)絡(luò)功能模塊則可以根據(jù)需要采用集中方式或者分布式方式靈活進(jìn)行部署。當(dāng)用戶平面功能下沉到邊緣數(shù)據(jù)中心（邊緣dc）時(shí)，可實(shí)現(xiàn)本地流量分流，并降低端到端時(shí)延?，F(xiàn)有移動核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備既包含流量轉(zhuǎn)發(fā)功能，也包括部分控制功能（信令處理和業(yè)務(wù)處理），控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能之間是緊耦合關(guān)系。5g核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)了控制與轉(zhuǎn)發(fā)的徹底分離，網(wǎng)絡(luò)向控制功能集中化和轉(zhuǎn)發(fā)功能分布化的趨勢演進(jìn)，控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能分離后，控制面采用邏輯集中的方式實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的策略控制，保證靈活的移動流量調(diào)度和連接管理，同時(shí)減少了北向接口，增強(qiáng)了南向接口可擴(kuò)

6、展性。轉(zhuǎn)發(fā)面將專注于業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)，具有簡單、穩(wěn)定和高性能等特性，便于靈活部署以支持未來高帶寬、低時(shí)延業(yè)務(wù)場景需求。2.4網(wǎng)絡(luò)切片5g網(wǎng)絡(luò)需同時(shí)支持embb、urllc、mmtc等完全不同的業(yè)務(wù)場景，網(wǎng)絡(luò)切片是5g網(wǎng)絡(luò)的重要使能技術(shù)，使得5g網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了基于不同的業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)場景按需來定制網(wǎng)絡(luò)，以滿足不同的業(yè)務(wù)場景的需求。5g核心網(wǎng)采用nfv/sdn技術(shù)，使得5g核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能與硬件平臺解耦，使得網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步微服務(wù)化，形成不同的網(wǎng)絡(luò)功能模塊，將這些網(wǎng)絡(luò)功能模塊進(jìn)行組合可形成面向不同業(yè)務(wù)場景和需求的特定的網(wǎng)絡(luò)切片。網(wǎng)絡(luò)切片包括接入網(wǎng)絡(luò)、ip承載網(wǎng)和核心網(wǎng)絡(luò)（控制平面和用戶平面），網(wǎng)絡(luò)切片之間

7、可以做到共享資源或者是相互隔離。網(wǎng)絡(luò)切片的核心網(wǎng)控制平面采用服務(wù)化的架構(gòu)，用戶平面則可以根據(jù)業(yè)務(wù)對轉(zhuǎn)發(fā)性能的要求進(jìn)行靈活部署。3gpp定義的網(wǎng)絡(luò)切片管理功能包括通信業(yè)務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)切片管理、網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理。其中通信業(yè)務(wù)管理功能實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求到網(wǎng)絡(luò)切片需求的映射；網(wǎng)絡(luò)切片管理功能實(shí)現(xiàn)切片的編排管理，并將整個(gè)切片的sla分解為切片子網(wǎng)的sla；網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理功能實(shí)現(xiàn)將sla映射為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)實(shí)例和配置要求，并將指令下達(dá)給mano，通過mano進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編排。網(wǎng)絡(luò)切片的選擇過程中，通過nssf與nrf可以有效地增加5g網(wǎng)絡(luò)的功能，可以滿足網(wǎng)絡(luò)切片之間的相關(guān)功能。網(wǎng)絡(luò)切片選擇協(xié)助信息（nssai），其屬于簽

8、約性信息，可以標(biāo)識特定的網(wǎng)絡(luò)切片，通過終端攜帶處理，ue可以通過nssai實(shí)現(xiàn)ran以及cn網(wǎng)絡(luò)切片的選擇。2.5支持邊緣計(jì)算相比于4g核心網(wǎng)對邊緣計(jì)算（edgecomputing）支持能力不足而帶來種種問題，5g核心網(wǎng)在架構(gòu)中就考慮了支持邊緣計(jì)算需求，在網(wǎng)絡(luò)層面和能力開放層面都支持邊緣計(jì)算。在網(wǎng)絡(luò)層面，5g核心網(wǎng)支持多種靈活的本地分流機(jī)制、支持移動性、支持計(jì)費(fèi)和qos以及合法監(jiān)聽。在能力開放層面，5g核心網(wǎng)支持app路由引導(dǎo)、支持對未網(wǎng)絡(luò)及用戶的信息獲取和控制。對5gmec來說，5gc（5g核心網(wǎng)）通過upf（用戶面功能）的靈活部署能力支撐mec。結(jié)束語隨著5g網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，現(xiàn)各個(gè)運(yùn)營商都在積極開展5g網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，5g核心網(wǎng)作為5g網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)的關(guān)鍵，事關(guān)未來5g多業(yè)