基于應(yīng)用場(chǎng)景的5G核心網(wǎng)演進(jìn)策略分析

許飛濱

摘要：5G的發(fā)展，因其支持高速連接、海量連接及高可靠低時(shí)延等特性，將開(kāi)啟一個(gè)萬(wàn)物泛在互聯(lián)，人機(jī)深度交互的新時(shí)代。本文從5G的組網(wǎng)架構(gòu)、5G核心網(wǎng)的架構(gòu)及特性等入手，結(jié)合5G三大應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)展?fàn)顩r，綜合分析5G核心網(wǎng)的演進(jìn)策略。

關(guān)鍵詞：NSA;SA;應(yīng)用場(chǎng)景;5G核心網(wǎng);演進(jìn)策略

中圖分類(lèi)號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2019）02-0021-02

0 引言

眾所周知，移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，從最初的1G、2G、3G到當(dāng)下普遍使用的4G及目前最火的5G，總共經(jīng)歷了5代技術(shù)的變革。從最初5G概念的提出，到部分相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，5G的發(fā)展目前已到了白熱化階段，各運(yùn)營(yíng)商正如火如荼地抓緊建設(shè)其5G網(wǎng)絡(luò)，以期在新一代移動(dòng)通信技術(shù)的競(jìng)爭(zhēng)中脫穎而出。

因此，5G的建設(shè)對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。本文從5G的組網(wǎng)架構(gòu)、5G核心網(wǎng)的架構(gòu)及特性等入手，結(jié)合5G三大應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)展?fàn)顩r，綜合分析5G核心網(wǎng)的演進(jìn)策略。

1 5G的組網(wǎng)架構(gòu)

3GPP（第三代合作伙伴計(jì)劃）標(biāo)準(zhǔn)定義了5G組網(wǎng)的2大類(lèi)部署模式，分別為獨(dú)立組網(wǎng)和非獨(dú)立組網(wǎng)。

5G獨(dú)立組網(wǎng)（SA），就是全部新建5G網(wǎng)絡(luò)，采用的是端到端的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，終端、無(wú)線新空口、核心網(wǎng)等都采用5G的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，支持5G各種接口，實(shí)現(xiàn)5G各種功能，提供5G各種服務(wù)。在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，獨(dú)立組網(wǎng)定義了兩大類(lèi)，分別為option2和option5，組網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。

5G非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA），是指現(xiàn)有LTE與未來(lái)5G基于雙連接的技術(shù)，進(jìn)行聯(lián)合組網(wǎng)的方式，也稱為L(zhǎng)TE與5G的緊耦合。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，就是升級(jí)現(xiàn)有正常運(yùn)營(yíng)的4G或4G LTE基站，變?yōu)樵鰪?qiáng)型4G或4G LTE基站，并通過(guò)EPC技術(shù)升級(jí)，將增強(qiáng)型4G或4G LTE基站、5G基站NR接入EPC+或5G核心網(wǎng)。在3GPP標(biāo)準(zhǔn)中，非獨(dú)立組網(wǎng)定義了三大類(lèi)，分別為option3，option4和option7，組網(wǎng)架構(gòu)如圖2所示。

2 5G核心網(wǎng)的架構(gòu)及特性

當(dāng)前4G EPC核心網(wǎng)是集中式的核心網(wǎng)，為了滿足未來(lái)應(yīng)用的需求，5G核心網(wǎng)將演進(jìn)成更分布式的核心網(wǎng)5GC。相比于傳統(tǒng)4G EPC，5GC采用原生適配云的設(shè)計(jì)思路，基于“SBA微服務(wù)”的架構(gòu)，提供更廣泛的終端接入，更靈活的控制和轉(zhuǎn)發(fā)。5GC將與NFV基礎(chǔ)設(shè)施相結(jié)合，為應(yīng)用提供商、垂直行業(yè)需求方、普通消費(fèi)者等提供網(wǎng)絡(luò)切片、移動(dòng)邊緣計(jì)算等新型業(yè)務(wù)能力。

5G核心網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)以網(wǎng)絡(luò)功能為單位，不再嚴(yán)格區(qū)分網(wǎng)元?；赟BA的設(shè)計(jì)思路，傳統(tǒng)網(wǎng)元被拆分成多個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能NF，NF進(jìn)一步拆分為服務(wù)，支持無(wú)狀態(tài)。分布式的用戶面功能UPF，無(wú)需匯聚點(diǎn)，支持多會(huì)話，支持網(wǎng)絡(luò)切片等，5G核心網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示。

從圖3可以看出，4G EPC核心網(wǎng)中熟悉的MME，SGW，PGW等網(wǎng)元全部不見(jiàn)，在5G核心網(wǎng)架構(gòu)中，取而代之的是各種網(wǎng)絡(luò)功能模塊及接口。

3 5G的三大應(yīng)用場(chǎng)景

早在2015年2月，IMT-2020（5G）推進(jìn)組發(fā)布的《5G概念白皮書(shū)》中，明確了5G的四大應(yīng)用場(chǎng)景，分別為連續(xù)廣域覆蓋、熱點(diǎn)高容量、低功耗大連接、低時(shí)延高可靠。而在2018年6月，國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）定義了5G三大典型應(yīng)用場(chǎng)景，分別為eMBB增強(qiáng)移動(dòng)寬帶、mMTC海量機(jī)器類(lèi)通信、uRLLC超高可靠低時(shí)延通信。eMBB主要對(duì)應(yīng)的是人與人之間的通信，而mMTC和uRLLC主要對(duì)應(yīng)的是人與物以及物與物之間的通信，如圖4所示。

eMBB主要對(duì)應(yīng)的是三維立體視頻、超高清視頻、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）、虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）等大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)。

mMTC主要對(duì)應(yīng)的是大規(guī)模的機(jī)器類(lèi)通信，可提供每平方公里100萬(wàn)的終端接入。主要針對(duì)智慧家庭、智能樓宇、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用場(chǎng)景。

uRLLC主要對(duì)應(yīng)的是無(wú)人駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療、工業(yè)自動(dòng)化等要求超高可靠低時(shí)延的業(yè)務(wù)。

4 不同應(yīng)用場(chǎng)景下，5G核心網(wǎng)的演進(jìn)策略

從2013年12月4日工信部向國(guó)內(nèi)三大運(yùn)營(yíng)商發(fā)放4G牌照至今，也才僅僅過(guò)去幾年，4G基站等許多網(wǎng)絡(luò)設(shè)備還未達(dá)到使用年限。從目前各行業(yè)發(fā)展來(lái)看，泛在物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等還處于試點(diǎn)建設(shè)階段，并未大規(guī)模發(fā)展。在5G初期階段，5G主要服務(wù)于eMBB這一類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景，而且NSA標(biāo)準(zhǔn)完成時(shí)間早于SA，因此建議運(yùn)營(yíng)商初期選擇NSA部署架構(gòu)。

在初期部署NSA階段，需同時(shí)進(jìn)行機(jī)房DC化改造，網(wǎng)絡(luò)云化改造等。待SA標(biāo)準(zhǔn)成熟，4G基站等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備逐漸退網(wǎng)，5GVoNR技術(shù)成熟，泛在物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)逐漸發(fā)展成熟時(shí)，將vEPC向上升級(jí)，部署AUSF、AMF、SMF、PCF、UPF、NSSF、UDM、NEF、NRF等5GC網(wǎng)絡(luò)功能，將網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)為多網(wǎng)融合的核心網(wǎng)，支持4G接入、5G接入、Wi-Fi接入等多種接入方式，如圖5所示。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上，5G建設(shè)前期建議以NSA架構(gòu)為主，核心網(wǎng)升級(jí)為EPC+，主要支持4K超高清、AR/VR等高帶寬應(yīng)用需求;同時(shí)試點(diǎn)部署SA架構(gòu)，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)云化改造、機(jī)房DC化改造等。畢竟4G才建設(shè)了幾年，大規(guī)模地進(jìn)行5G獨(dú)立組網(wǎng)建設(shè)，無(wú)法有效保護(hù)投資。待5G發(fā)展更為成熟、4G設(shè)備逐漸退網(wǎng)，泛在物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)逐漸發(fā)展成熟時(shí)，將vEPC向上升級(jí)，將網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)為多網(wǎng)融合的5GC核心網(wǎng)。

參考文獻(xiàn)

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Analysis of 5G Core Network Evolution Strategy Based on Application Scenario

XU Fei-bin

（Guangdong Southern Telecom Planning and Consulting Design Institute Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong? 518038）

Abstract：The development of 5G will open a new era of ubiquitous interconnection and deep human-computer interaction because it supports high-speed connection， mass connection， high reliability and low latency. This paper starts with the 5G networking architecture， 5G core network architecture and characteristics， combined with the development of the three major application scenarios of 5G， comprehensively analyzes the evolution strategy of 5G core network.

Key words：NSA; SA; application scenario; 5G Core Network; evolution strategy