5G SA的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)

【摘? 要】SA是5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的目標(biāo)架構(gòu)，當(dāng)前處于商用準(zhǔn)備階段。由于5G SA采用全新的服務(wù)化架構(gòu)、虛擬化部署，是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的深刻變革，在網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營(yíng)、業(yè)務(wù)模式等多方面存在一系列新的問(wèn)題和挑戰(zhàn)。描述了5G SA的總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、跨區(qū)域漫游架構(gòu)、4G/5G互操作架構(gòu)、全國(guó)組網(wǎng)架構(gòu)，分析和探討了5GC網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)、虛擬化部署、網(wǎng)絡(luò)切片與切片管理、邊緣計(jì)算、語(yǔ)音、智慧運(yùn)營(yíng)等方面的架構(gòu)、方案和關(guān)鍵技術(shù)。

【關(guān)鍵詞】5G;SA;虛擬化;4G/5G互操作;切片;邊緣計(jì)算

doi：10.3969/j.issn.1006-1010.2020.01.005? ? ? ? 中圖分類號(hào)：TN929.5

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? 文章編號(hào)：1006-1010（2020）01-0024-09

引用格式：王波. 5G SA的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)[J]. 移動(dòng)通信， 2020，44（1）： 24-32.

0? ?引言

2019年11月，我國(guó)5G商用啟動(dòng)，5G商用的初期是基于NSA（Non Stand-Alone）方式，SA（Stand-Alone）是5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的目標(biāo)架構(gòu)，但5G SA尚不成熟，面臨諸多問(wèn)題和挑戰(zhàn)，以下基于現(xiàn)有研究進(jìn)展分析SA的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)。

1? ? 5G SA的組網(wǎng)架構(gòu)

1.1 總體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

在5G SA方案中，5G無(wú)線網(wǎng)（NR，New Radio）直接接入5G核心網(wǎng)（5GC，5G Core），與LTE網(wǎng)絡(luò)之間相對(duì)獨(dú)立。5G SA的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示[1]。5GC與4G核心網(wǎng)（EPC，Evolved Packet Core）相比，主要區(qū)別是實(shí)現(xiàn)了控制面與用戶面完全分離，控制面采用服務(wù)化架構(gòu)。EPC中，部分實(shí)現(xiàn)了控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離[2]，其中MME（Mobility Management Entity，移動(dòng)性管理實(shí)體）、HSS（Home Subscriber Server，歸屬地用戶服務(wù)器）、PCRF（Policy and Charging Rules Function，策略與計(jì)費(fèi)規(guī)則功能）為純控制面網(wǎng)元，而SGW（Serving Gateway，服務(wù)網(wǎng)關(guān)）、PGW（Packet Data Network Gateway，分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)）以轉(zhuǎn)發(fā)功能為主，但也包含了控制功能。而5GC中，用戶面網(wǎng)元為UPF（User Plane Function），與控制面實(shí)現(xiàn)了完全的分離。對(duì)于5GC控制面，3GPP標(biāo)準(zhǔn)中[1]規(guī)定了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能（NF，Network Function，以下通俗地稱為“網(wǎng)元”），其中，5G SA初期部署需要的網(wǎng)元主要有AMF（Access and Mobility Function，接入及移動(dòng)性管理功能）、SMF（Session Management Function，會(huì)話管理功能）、AUSF（Authentication Server Function，認(rèn)證服務(wù)器功能）、UDM（Unified Data Management，統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理）、PCF（Policy and Charging Function，策略與計(jì)費(fèi)功能）、NRF（Network Repository Function，網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)庫(kù)功能）、NSSF（Network Slice Selection Function，網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能）、BSF（Binding Support Function，綁定支持功能）和NEF（Network Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)能力開放功能）等。

1.2? 跨區(qū)域漫游架構(gòu)

在一個(gè)運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部的不同區(qū)域之間，5GC漫游架構(gòu)圖（Local Breakout方式）如圖2所示。由于不同區(qū)域間可能由異廠商組網(wǎng)，要求實(shí)現(xiàn)鑒權(quán)接口（包括N8、N10、N12）、策略接口（包括N7、N15）的異廠商互通。其中，對(duì)于策略接口，目前廠商實(shí)現(xiàn)未采用3GPP標(biāo)準(zhǔn)[1]中規(guī)定的hPCF與vPCF之間的N24，而采用N7、N15接口的方式。另外，不同區(qū)域之間網(wǎng)元的自動(dòng)發(fā)現(xiàn)，需要打通N27接口。

1.3? 4G/5G互操作架構(gòu)

4G/5G互操作架構(gòu)如圖3所示。其中，需引入融合網(wǎng)元UDM+HSS、SMF+PGW-C、UPF+PGW-U。這些網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)上是在5GC網(wǎng)元中增加4G功能，不是現(xiàn)網(wǎng)4G網(wǎng)元的升級(jí)。MME與AMF宜相互獨(dú)立部署。雖然MME與AMF存在合設(shè)的可能性，但這樣做會(huì)將AMF的不成熟性引入純4G網(wǎng)絡(luò)，而且要求5G與4G核心網(wǎng)同廠商，增加了廠商選擇的限制，因此不是優(yōu)選方案。

為支持4G/5G互操作，現(xiàn)網(wǎng)MME需升級(jí)支持N26接口，以實(shí)現(xiàn)5G用戶在4G/5G網(wǎng)絡(luò)之間無(wú)縫切換。N26接口需實(shí)現(xiàn)異廠商互通，以保證5G與4G核心網(wǎng)廠商的獨(dú)立選擇。

為支持4G/5G互操作，實(shí)現(xiàn)4G用戶不換卡不換號(hào)使用5G SA業(yè)務(wù)，需實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)（包括簽約數(shù)據(jù)、策略數(shù)據(jù)等）的遷移，具體包括一次性遷移、按需遷移兩種方式?！耙淮涡赃w移”指在5G SA部署前，將所有4G用戶的數(shù)據(jù)從4G網(wǎng)絡(luò)的HSS、PCRF遷移至5G數(shù)據(jù)庫(kù)UDM+HSS、PCF。這種方案實(shí)現(xiàn)上簡(jiǎn)單，但存在5G數(shù)據(jù)庫(kù)不成熟會(huì)影響全部4G用戶的風(fēng)險(xiǎn)?！鞍葱柽w移”指在5G SA部署時(shí)，僅當(dāng)特定4G用戶申請(qǐng)5G SA業(yè)務(wù)時(shí)，才將其數(shù)據(jù)從4G網(wǎng)絡(luò)遷移至5G。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，BOSS系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)遷移，用戶簽約5G SA后，將用戶數(shù)據(jù)遷移到UDM+HSS、PCF中，并刪除HSS、PCRF中的原有數(shù)據(jù)。當(dāng)5G用戶在4G網(wǎng)絡(luò)中接入時(shí)，由于其數(shù)據(jù)已遷移至5G網(wǎng)絡(luò)，數(shù)據(jù)查詢時(shí)的路由方式可HSS Proxy（見圖3），這是一種國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)未規(guī)定的創(chuàng)新型方案。

1.4? 全國(guó)組網(wǎng)架構(gòu)

運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部的分區(qū)域部署，通常包括5GC控制面分省部署、分大區(qū)部署兩種方式。兩種方式技術(shù)上均可行，但5GC控制面按大區(qū)部署時(shí)，存在控制面與用戶面之間時(shí)延大，有可能影響用戶切換的成功率、以及對(duì)實(shí)時(shí)控制要求高的業(yè)務(wù)的KPI。另外，如果5G與4G組網(wǎng)方式不同，會(huì)引入新的管理層級(jí)，從而增加管理上的復(fù)雜度。而5GC控制面分省部署方案技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)小，管理復(fù)雜度低。

圖4為5GC控制面分省部署方案的全國(guó)組網(wǎng)架構(gòu)。其中，控制面網(wǎng)元L-NRF、L-NEF、UDM+HSS、AUSF、AMF、SMF+PGW-C、NSSF、BSF、PCF+PCRF，用戶面UPF+PGW-U省集中部署，而H-NRF、H-NEF部署在骨干層面，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元跨省自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、跨省網(wǎng)絡(luò)能力開放。為滿足低時(shí)延等業(yè)務(wù)需求，UPF將按需下沉，部署在本地網(wǎng)層面，甚至城域邊緣。

2? ?5GC的實(shí)現(xiàn)架構(gòu)

2.1? 服務(wù)化架構(gòu)

5GC控制面采用服務(wù)化架構(gòu)（SBA，Service-based Architecture），其來(lái)源于IT技術(shù)，主要特征包括：第一，相對(duì)獨(dú)立、可重用、松耦合、可靈活調(diào)用的功能模塊，甚至是微服務(wù);第二，功能以服務(wù)方式定義，采用輕量高效的服務(wù)調(diào)用接口（即服務(wù)間通信接口）、以API方式對(duì)外呈現(xiàn);第三，自動(dòng)化、智能化的服務(wù)管理框架。

5GC的網(wǎng)絡(luò)功能（NF）在4G EPC網(wǎng)元的基礎(chǔ)上進(jìn)行了細(xì)分和重構(gòu)。例如，MME的功能被拆分為三部分，其中接入與移動(dòng)性管理功能形成AMF，用戶鑒權(quán)功能形成AUSF，會(huì)話管理功能與SGW/PGW的控制功能合并形成SMF。從目前3GPP標(biāo)準(zhǔn)（R15）定義的NF來(lái)看，還達(dá)不到微服務(wù)的程度，而對(duì)于每個(gè)NF內(nèi)的Service，可作為微服務(wù)的基礎(chǔ)。從總體上看，這些網(wǎng)絡(luò)功能可獨(dú)立演進(jìn)、按需部署、獨(dú)立擴(kuò)容，大大增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)的高效性和敏捷性。

NF間采用總線方式連接，每個(gè)NF接口以API方式呈現(xiàn)，供其它多個(gè)NF調(diào)用。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（如2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)）采用的是“點(diǎn)對(duì)點(diǎn)”接口方式，即每?jī)蓚€(gè)有關(guān)聯(lián)的網(wǎng)元（網(wǎng)絡(luò)功能）之間都需要定義專用的接口，N個(gè)網(wǎng)元需定義的接口數(shù)為N平方量級(jí)。采用服務(wù)化架構(gòu)，不論是擴(kuò)展新功能（只需將新的NF掛在總線上），還是新增NF間的聯(lián)系（只需擴(kuò)展接口API），都比較方便，而且N個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能只需要定義N個(gè)接口，因此從總體上看靈活性更強(qiáng)、擴(kuò)展性更好。

SBA接口設(shè)計(jì)基于應(yīng)用廣泛的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（見圖5[3]），以HTTP/2及TCP為承載協(xié)議，以JSON為應(yīng)用層序列化協(xié)議（即通信消息格式），以REST（Representational State Transfer，表述性狀態(tài)傳遞）風(fēng)格及OpenAPI 3.0規(guī)范為接口描述語(yǔ)言。這種方式能夠大大簡(jiǎn)化開發(fā)，同時(shí)有利于提升接口的開放性。

2.2? 5GC控制面與用戶面的實(shí)現(xiàn)方式

SDN（Software Define Networking，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、NFV（Network Function Virtulization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）技術(shù)的發(fā)展，帶來(lái)了開放、開源、通用、白盒、虛擬化、微服務(wù)、自動(dòng)化、智能化、迭代式開發(fā)和灰度升級(jí)等一系列新理念、新思路和新方法。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)融入了IT、NFV、SDN及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的理念和思路，體現(xiàn)出促進(jìn)CT與IT的深度融合，云與網(wǎng)的深度融合，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)相比發(fā)生了根本性變革。

5GC的控制面以計(jì)算功能為主，對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)性能要求不是很高，可以虛擬化，并基于通用服務(wù)器、采用軟件加速技術(shù)實(shí)現(xiàn)，關(guān)鍵技術(shù)包括：DPDK（Data Plane Development Kit，數(shù)據(jù)面開發(fā)工具）、SR-IOV（Single Root-Input Output Virtualization，單根輸入輸出虛擬化）、CPU核綁定、NUMA

（Non-Uniform Memory Access Architecture，非一致內(nèi)存訪問(wèn)架構(gòu)）親和性等。

對(duì)于5GC的用戶面（UPF），由于對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)性能，包括吞吐量、時(shí)延等要求較高，其具體實(shí)現(xiàn)方式主要有三種。

方式一，通用服務(wù)器+軟件加速方式（與控制面方案類似）。其特點(diǎn)是通用性好，但小包轉(zhuǎn)發(fā)能力不足、時(shí)延抖動(dòng)大，主要適用于對(duì)UPF時(shí)延、吞吐量等性能要求不太高的場(chǎng)景。

方式二，通用服務(wù)器+智能網(wǎng)卡（硬件加速）方式。UPF的少量控制功能由CPU實(shí)現(xiàn)，其主體的轉(zhuǎn)發(fā)功能由智能網(wǎng)卡實(shí)現(xiàn)，可達(dá)到高性能;但智能網(wǎng)卡目前存在異廠商無(wú)法通用，尺寸、供電要求等不統(tǒng)一，與控制面接口不統(tǒng)一等問(wèn)題。這種方式主要在要求UPF低時(shí)延、高吞吐量時(shí)使用，例如，UPF分布式部署（下沉到邊緣）場(chǎng)景。

方式三，基于專用硬件。具體實(shí)現(xiàn)方式可細(xì)分為兩種。一是基于傳統(tǒng)專用硬件平臺(tái)（類似SGW/PGW）實(shí)現(xiàn);二是采用通用服務(wù)器，但廠商有特殊要求，無(wú)法實(shí)現(xiàn)解耦（對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是“專用”的）。這種方式性能上有保證，但通用性差，適用于要求UPF低時(shí)延、高吞吐量的場(chǎng)景。

總體上看，方式二性能與通用性兼?zhèn)洌哂辛己冒l(fā)展前景，下一步應(yīng)重點(diǎn)推動(dòng)智能網(wǎng)卡的通用化及面向5G產(chǎn)品的成熟。

2.3? 5GC虛擬化部署架構(gòu)

NFVI（NFV Infrastructure，NFV基礎(chǔ)設(shè)施）承載VNF的基本方式包括基于Hypervisor的虛機(jī)（VM）、基于容器兩種[4]。容器是一種在操作系統(tǒng)內(nèi)核空間上使用多個(gè)獨(dú)立的用戶空間實(shí)例的方法，具有資源占用少、啟動(dòng)快（秒級(jí)）、支持灰度升級(jí)等特點(diǎn)，成為微服務(wù)的最佳載體，但存在隔離性較弱等缺點(diǎn)，在CT云及NFV中的應(yīng)用尚不成熟。

5GC主流設(shè)備廠商的VNF實(shí)現(xiàn)采用了虛機(jī)（VM，Virtual Machine）、容器方式。對(duì)運(yùn)營(yíng)商而言，NFVI主要三種部署方案。

方案一（如圖6所示）：運(yùn)營(yíng)商N(yùn)FVI平臺(tái)僅提供虛機(jī)。設(shè)備廠商可采用虛機(jī)、容器方式，VNFM提供容器管理，容器對(duì)運(yùn)營(yíng)商不可見。

方案二（如圖7所示）：運(yùn)營(yíng)商N(yùn)FVI平臺(tái)提供虛機(jī)、虛機(jī)容器、裸機(jī)容器，以及虛機(jī)、容器的管理，設(shè)備廠商在這些方式中選擇。

方案三（如圖8所示）：軟硬件解耦方式，運(yùn)營(yíng)商僅提供通用硬件，設(shè)備廠商提供所有軟件，包括VNF（Virtualized Network Function，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能）、EM（Element

Management，網(wǎng)元管理）、VNFM（VNF Manager，VNF管理器）、虛擬化層和VIM（Virtualized Infrastructure Mana-

ger，虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理器）等。

總體上看，采用方案一，運(yùn)營(yíng)商僅需提供在NFV中已廣泛部署且比較成熟的虛機(jī)，對(duì)近期而言更為穩(wěn)妥，但虛機(jī)承載容器方式的效率有所降低。方案二中，運(yùn)營(yíng)商靈活提供多種方式，能夠充分發(fā)揮容器方式的特點(diǎn)，但存在容器尚未在NFV中規(guī)模部署、成熟度有限的風(fēng)險(xiǎn)，以及容器間隔離度不足、大量容器帶來(lái)的管理復(fù)雜度等問(wèn)題。從長(zhǎng)遠(yuǎn)看，應(yīng)進(jìn)一步評(píng)估方案二的成熟度與可行性，方案三適合在部署初期采用，風(fēng)險(xiǎn)最小。

3? ?5G SA的關(guān)鍵能力及架構(gòu)

3.1? 網(wǎng)絡(luò)切片與切片管理

5G網(wǎng)絡(luò)切片（以下簡(jiǎn)稱“切片”）指提供特定網(wǎng)絡(luò)能力和特性的邏輯網(wǎng)絡(luò)，即基于同一物理網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。切片的主要特點(diǎn)包括隔離性（安全隔離、資源隔離與操作維護(hù)隔離等）、端到端（核心網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、承載網(wǎng)）、按需定制（按業(yè)務(wù)、功能、容量、服務(wù)質(zhì)量與連接關(guān)系等）。切片可支持多種應(yīng)用場(chǎng)景，特別是支持垂直行業(yè)應(yīng)用。目前核心網(wǎng)切片在3GPP中已有明確定義，無(wú)線網(wǎng)切片尚不成熟。

一個(gè)切片實(shí)例包括專用的網(wǎng)絡(luò)功能，一般也包括多切片共享的網(wǎng)絡(luò)功能。圖9是切片實(shí)現(xiàn)一個(gè)例子。目前無(wú)線網(wǎng)無(wú)法劃分切片，核心網(wǎng)部分，通常NSSF、NEF、NRF、PCF、UDM、AUSF、AMF為共享NF;UPF1為切片1專用部分，SMF2、UPF2為切片2專用部分;SMF對(duì)切片1為共享，對(duì)切片2為專用。5G核心網(wǎng)采用NFV虛擬化方式實(shí)現(xiàn)，使得網(wǎng)絡(luò)切片的實(shí)現(xiàn)更為靈活，能夠根據(jù)每個(gè)切片的具體要求，建立不同的5GC VNF實(shí)例，并能夠獨(dú)立進(jìn)行擴(kuò)縮容，從而實(shí)現(xiàn)隔離性、按需定制等特性。

端到端、智能化的切片編排與管理，需要引入切片管理功能，并融入新一代運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)。3GPP描述了切片管理三個(gè)層面的功能[5]：CSMF（Communication Service Management Function，通信業(yè)務(wù)管理功能）將用戶/業(yè)務(wù)需求轉(zhuǎn)換為切片要求，基本上屬于BSS功能。NSMF（Network Slice Management Function，網(wǎng)絡(luò)切片管理功能）實(shí)現(xiàn)對(duì)切片實(shí)例管理與編排，并將切片要求轉(zhuǎn)換為切片子網(wǎng)要求;NSSMF（Network Slice Subnet Management Function，網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理功能）對(duì)切片子網(wǎng)實(shí)例進(jìn)行管理與編排，并將切片子網(wǎng)要求轉(zhuǎn)換對(duì)該子網(wǎng)中設(shè)備的配置和管理要求。NSMF、NSSMF的功能基本上屬于OSS。

端到端切片管理系統(tǒng)應(yīng)包括核心網(wǎng)、無(wú)線網(wǎng)、承載網(wǎng)三類子網(wǎng)。圖10描述了端到端切片管理系統(tǒng)的架構(gòu)。其中，不同NSSMF根據(jù)該子網(wǎng)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，分別與EMS（Element Management Server，網(wǎng)元管理服務(wù)器）、NFVO（NFV Orchestrator，NFV編排器）或SDN-O（SDN Orchestrator，SDN編排器）對(duì)接（例如，核心網(wǎng)NSSMF對(duì)接EMS和NFVO，承載網(wǎng)NSSMF對(duì)接EMS和SDN-O，無(wú)線網(wǎng)NSSMF對(duì)接EMS），基于切片子網(wǎng)要求對(duì)該子網(wǎng)中設(shè)備進(jìn)行配置和管理。

切片管理功能需跨廠商、跨網(wǎng)絡(luò)、跨區(qū)域?qū)崿F(xiàn)，圖11展示了端到端切片管理系統(tǒng)部署的一種方式。其中，CSMF分全國(guó)、區(qū)域（省或大區(qū)）兩級(jí)部署，分別受理跨域、域內(nèi)切片;NSMF同樣采用分全國(guó)、區(qū)域兩級(jí)架構(gòu)，全國(guó)級(jí)NSMF實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域、端到端的切片管理，并與區(qū)域級(jí)NSMF對(duì)接，同時(shí)下掛骨干網(wǎng)的NSSMF;區(qū)域級(jí)NSSF管理本區(qū)域內(nèi)各個(gè)子網(wǎng)的NSSMF。

3.2? 邊緣計(jì)算（MEC，Multi-access?Edge Computing）

MEC的引入，最主要的目的是降低時(shí)延。當(dāng)端到端時(shí)延要求達(dá)到毫秒量級(jí)時(shí)，光纖傳輸時(shí)延（每公里5微秒）就會(huì)成為一個(gè)主要因素。當(dāng)業(yè)務(wù)靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣部署時(shí)，光纖傳輸時(shí)延會(huì)大大降低，同時(shí)設(shè)備跳數(shù)也會(huì)減少，從而降低設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延。對(duì)于高帶寬業(yè)務(wù)，在邊緣分流還能夠節(jié)省承載網(wǎng)帶寬，也有利于提升業(yè)務(wù)體驗(yàn)。

ETSI對(duì)MEC的功能、架構(gòu)、接口等方面進(jìn)行了比較系統(tǒng)化的研究。ETSI定義了MEC功能框架[6]。MEC主要包括虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施、MEC平臺(tái)、MEC應(yīng)用以及MEC管理，其中，MEC平臺(tái)的主要功能是為MEC應(yīng)用提供注冊(cè)、發(fā)布等功能，同時(shí)也提供一些公共功能，供MEC應(yīng)用來(lái)調(diào)用。

NFV的發(fā)展為MEC提供了優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)方式。ETSI提出了在NFV環(huán)境下部署MEC的架構(gòu)[7]，其中MEC平臺(tái)、MEC應(yīng)用均可采用虛擬化方式作為VNF實(shí)現(xiàn)，基于通用的NFVI統(tǒng)一承載，并由MANO（Management and Orchestration，管理與編排）編排管理。

5G網(wǎng)絡(luò)為滿足MEC的要求，進(jìn)行了專門的設(shè)計(jì)?？刂婆c轉(zhuǎn)發(fā)分離的架構(gòu)使UPF能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求靈活下沉。在會(huì)話管理方面，提供了UL CL（Uplink Classifier，上行分類器）、IPv6 multi-homing、LADN（Local Area Data Network，本地?cái)?shù)據(jù)網(wǎng)）等分流機(jī)制[1]。圖12為5G MEC架構(gòu)示意圖。在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，MEC相當(dāng)于DN（Data Network，數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)）+AF（Application Function，應(yīng)用功能）。作為DN，通過(guò)N6接口與UPF相連;作為AF，可通過(guò)Npcf（授信場(chǎng)景）或Nnef（非授信場(chǎng)景）調(diào)用5G網(wǎng)絡(luò)能力。MEC與5G網(wǎng)絡(luò)（RAN、UPF、5GC控制面網(wǎng)元）是解耦的。

MEC應(yīng)當(dāng)是固移融合的架構(gòu)，統(tǒng)籌考慮移動(dòng)網(wǎng)、固網(wǎng)的接入、功能和應(yīng)用。MEC的發(fā)展應(yīng)遵循云網(wǎng)融合、云邊協(xié)同的思路，充分發(fā)揮運(yùn)營(yíng)商在邊緣云網(wǎng)方面的優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)資源高效利用、業(yè)務(wù)靈活運(yùn)營(yíng)。

關(guān)于UPF下沉、MEC部署位置的選擇，應(yīng)綜合考慮兩方面因素。第一，越靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣，時(shí)延越小，對(duì)承載網(wǎng)帶寬節(jié)省越明顯。第二，越靠近邊緣，機(jī)房條件（溫度范圍、面積、防塵等）越差，而且DC化改造也需要一個(gè)過(guò)程。因此，UPF按需下沉部署，只有在性能（如時(shí)延）或業(yè)務(wù)必需的情況下才考慮下沉。

3.3? 5G SA語(yǔ)音

5G SA語(yǔ)音在4G/5G互操作基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)，其架構(gòu)如圖13所示。融合數(shù)據(jù)庫(kù)UDM+HSS需包含IMS用戶數(shù)據(jù);P-CSCF（Proxy-Call Session Control Function，代理-呼叫會(huì)話控制功能）與UPF+PGW-C之間通過(guò)N6接口連接。由于目前P-CSCF不支持服務(wù)化接口Npcf，因此PCF需融合PCRF功能，并通過(guò)Rx接口連接P-CSCF，EPC與5GC之間需打開N26接口。

5G SA語(yǔ)音的具體實(shí)現(xiàn)方式有兩種。第一，VoLTE（EPS Fallback），用戶在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)起呼叫，NR觸發(fā)回落LTE。這種方式適合于5G覆蓋不夠好、4G覆蓋包含5G的場(chǎng)景，其接續(xù)時(shí)延（比純4G VoLTE）長(zhǎng)，但通話中無(wú)4G/5G切換，適合在5G SA發(fā)展初期采用。第二，VoNR，用戶在5G網(wǎng)絡(luò)完成呼叫，適合于5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋較好的場(chǎng)景，無(wú)需4G覆蓋包含5G，其接續(xù)時(shí)延短，但5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋不好時(shí)通話中可能存在4G/5G頻繁切換，影響用戶體驗(yàn)。這種方式適合5G SA發(fā)展中后期采用。

3.4? 5G SA智慧運(yùn)營(yíng)

5G SA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的根本性變革，提出了業(yè)務(wù)自動(dòng)部署、資源動(dòng)態(tài)調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)靈活擴(kuò)縮、故障智能判斷等智慧化運(yùn)營(yíng)的新需求，推動(dòng)新一代運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的發(fā)展演進(jìn)。

ONAP（Open Network Automation Platform，開放網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化平臺(tái)）開源組織，在AT&T的ECOMP（Enhanced Control Operations Management and Policy，增強(qiáng)的控制、操作、管理和策略）架構(gòu)基礎(chǔ)上，構(gòu)建了面向虛擬和物理網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行實(shí)時(shí)和自動(dòng)化編排、控制、管理的平臺(tái)，支持元數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、策略驅(qū)動(dòng)、閉環(huán)自動(dòng)化，支持北向接口能力開放，其最新架構(gòu)（Dublin版本）如圖14所示[8]。

借鑒ONAP的思路，新一代運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)應(yīng)支持兩大狀態(tài)：設(shè)計(jì)態(tài)、運(yùn)行態(tài)。設(shè)計(jì)態(tài)提供定義資源、業(yè)務(wù)、產(chǎn)品的綜合開發(fā)環(huán)境。運(yùn)行態(tài)的功能包括兩個(gè)層面。第一，專業(yè)網(wǎng)絡(luò)層面的編排管理及數(shù)據(jù)采集。第二，端到端層面，應(yīng)至少包括服務(wù)開通、服務(wù)保障、云網(wǎng)資源管理、數(shù)據(jù)分析（可引入AI）、策略管理、以及端到端業(yè)務(wù)及資源編排。系統(tǒng)宜采用服務(wù)化架構(gòu)，基于模塊化或微服務(wù)實(shí)現(xiàn)，使各功能模塊之間可靈活調(diào)用，保證平臺(tái)功能的可擴(kuò)展性。對(duì)于切片管理系統(tǒng)，NSMF的功能應(yīng)以模塊化方式融入端到端層面相關(guān)功能，NSSMF功能應(yīng)融入相關(guān)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)層面的編排管理。

4? ?結(jié)束語(yǔ)

SA是5G網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)架構(gòu)，當(dāng)前處于商用準(zhǔn)備階段。由于5G SA采用全新的服務(wù)化架構(gòu)、虛擬化部署，是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的深刻變革，體現(xiàn)了CT與IT的融合、云網(wǎng)融合，許多新的、不成熟的問(wèn)題疊加在一起，在網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營(yíng)、業(yè)務(wù)模式等多方面帶來(lái)諸多新的挑戰(zhàn)。5G SA推進(jìn)中遇到的問(wèn)題，全球都沒(méi)有現(xiàn)成答案，這是5G引領(lǐng)必須付出的代價(jià)，需要我們深入研究、大膽探索、自主創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)：

[1]? ? 3GPP. 3GPP TS 23.501. System Architecture for the 5G System[S]. 2018.

[2]? ? 3GPP. 3GPP TS 23.401. General Packet Radio Service （GPRS） enhancements for Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network （E-UTRAN） access[S]. 2018.

[3]? ? ?3GPP. 3GPP TS 29.500. Technical Realization of Service Based Architecture[S]. 2018.

[4]? ? ?ETSI. GS NFV-EVE 004： Network Functions Virtualisa-tion （NFV）; Virtualisation Technologies; Report on the application of Different Virtualisation Technologies in the NFV Framework[S]. 2016.

[5]? ?3GPP. 3GPP TR 28.801. Study on management and orchestration of network slicing for next generation network[S]. 2018.

[6]? ? ? ETSI. GS MEC 003 V2.1.1. Multi-access Edge Computing （MEC）; Framework and Reference Architecture[S]. 2019.

[7]? ? ETSI. GS MEC 017 V1.1.1. Mobile Edge Computing （MEC）; Deployment of Mobile Edge Computing in an NFV environment[S]. 2018.

[8]? ? ? ONAP. ONAP Architecture Overview[S]. 2019.

作者簡(jiǎn)介

王波（orcid.org/0000-0003-1954-5249）：碩士畢業(yè)于清華大學(xué)、英國(guó)考文垂大學(xué)，現(xiàn)任職于中國(guó)電信集團(tuán)有限公司科技創(chuàng)新部，從事5G核心網(wǎng)、NFV、光接入等方面的技術(shù)研究和研發(fā)項(xiàng)目管理工作，擔(dān)任FSAN O&E工作組聯(lián)合主席，CCSA接入網(wǎng)與家庭網(wǎng)絡(luò)工作組副組長(zhǎng)。