5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及演進(jìn)思路

徐雅芳

【摘要】本文主要介紹5G核心網(wǎng)整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和主要網(wǎng)元及其功能，并針對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的特征提出演進(jìn)思路。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)路架構(gòu)網(wǎng)元演進(jìn)思路

1.引言

移動核心網(wǎng)兩端分別連接無線網(wǎng)RAN和Intemet，為數(shù)據(jù)和語音服務(wù)提供Internet連接，確保連接的QOS質(zhì)量要求，管理用戶的移動性和計(jì)費(fèi)等功能。核心網(wǎng)分為控制面和用戶面，控制面承載信令或者控制消息，用戶面也叫數(shù)據(jù)面或者轉(zhuǎn)發(fā)面承載數(shù)據(jù)流量。5C核心網(wǎng)采用基于服務(wù)的架構(gòu)，控制面和用戶面徹底分離，使得核心網(wǎng)更加靈活、彈性和高效。

2.5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1整體架構(gòu)介紹

5G核心網(wǎng)架構(gòu)基于NFV和SDN等新技術(shù)為用戶提供數(shù)據(jù)連接業(yè)務(wù)服務(wù)，包含AMF，UPF和SMF三個功能模塊。5G核心網(wǎng)網(wǎng)元除了UPF之外的都屬于控制面，UPF屬于用戶面。用戶面采用傳統(tǒng)架構(gòu)和接口，控制面網(wǎng)元全部都采用了服務(wù)化架構(gòu)設(shè)計(jì)，網(wǎng)元之間使用服務(wù)化的接口進(jìn)行交互?？刂泼婧陀脩裘嬷g的接口N4目前還是傳統(tǒng)接口，控制面和無線網(wǎng)以及控制面與終端之間接口N2和N1也是傳統(tǒng)接口。

2.2主要網(wǎng)元和功能介紹

（1）AMF：接入及移動性管理功能Access and Mobility Manage-ment Function.類似于MME，負(fù)責(zé)用戶的接人性管理，移動性管理、安全上下文管理等功能。

（2）UPF：用戶面功能User plane Function （UPF），類似于PGW-U，負(fù)責(zé)用戶面處理。

（3）AUSF：鑒權(quán)服務(wù)功能Authentication Server Function，類似于HSS的AUC功能，生成鑒權(quán)向量，負(fù)責(zé)對用戶的3GPP和非3CPP接入進(jìn)行認(rèn)證。

（4）NEF：網(wǎng)絡(luò)能力開放功能Network Exposure Function （NEF），類似于SCEF，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)能力的收集、分析、重組和開放。

（5）NRF：網(wǎng)絡(luò)功能注冊NF Repository Function （NRF），全新網(wǎng)元，類似于增強(qiáng)的DNS，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)功能的注冊、發(fā)現(xiàn)和選擇。

（6）NSSF：網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能Network SliceSelection Function（NSSF）。

（7）PCF：策略控制功能Policy Control function （PCF），類似于PCRF，負(fù)責(zé)用戶的策略控制，包括移動性策略、會話策略等。

（8）SMF：會話管理功能Session Management Function （SMF）。類似于PGW-C，負(fù)責(zé)會話管理功能。

（9）UDM：統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能Unified Data Management （UDM）類似于HSS，支持ARPF，支持存儲簽約功能，支持5G功能增強(qiáng)后的其他簽約數(shù)據(jù)。

（IO）AF：應(yīng)用層功能Application Function （AF），上層應(yīng)用，與核心網(wǎng)互聯(lián)為用戶提供業(yè)務(wù)。

5G核心網(wǎng)采用控制轉(zhuǎn)發(fā)分離架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)移動性管理和會話管理的獨(dú)立進(jìn)行。用戶面上去除承載概念，QoS參數(shù)直接作用于會話中的不同流。通過不同的用戶面可同時建立多個不同的會話并由多個控制面網(wǎng)元同時管理，實(shí)現(xiàn)本地分流和遠(yuǎn)端流量的并行操作。

3.網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

3.1網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)思路

5G網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)業(yè)務(wù)的發(fā)展采取逐步演進(jìn)的方式建設(shè)。網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需要保持現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，同時為未來業(yè)務(wù)的發(fā)展預(yù)留空間，3GPP對5C的演進(jìn)給出了幾種路徑建議。對于核心網(wǎng)來說，5C演進(jìn)有兩種選擇，在NSA標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后先將現(xiàn)網(wǎng)升級為EPC+，SA標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后再升級為NGC（ Next Generation Core），或者等SA標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后直接建設(shè)NCC。EPC+的標(biāo)準(zhǔn)會先行凍結(jié)，滿足移動超寬帶業(yè)務(wù)的需求，但是終端的類型非SG標(biāo)準(zhǔn)終端，后續(xù)無法通過升級成為SC終端。后續(xù)NGC的標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后支持的功能更多，終端為5C標(biāo)準(zhǔn)終端。從最大化5G價值來看，NGC更加適合未來業(yè)務(wù)發(fā)展。在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展初期，不可避免會出現(xiàn)2/3/4C核心網(wǎng)與5G核心網(wǎng)并存，用戶在進(jìn)行4C與5G網(wǎng)絡(luò)互操作時，會在兩個核心網(wǎng)之間發(fā)生切換，很難保持業(yè)務(wù)連續(xù)性。5G核心網(wǎng)解決方案需要支持多網(wǎng)融合接入，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、運(yùn)維和互操作性，保持業(yè)務(wù)連續(xù)不中斷。

3.2網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)步驟

核心網(wǎng)的演進(jìn)策略建議分成兩個階段實(shí)施，首先進(jìn)行架構(gòu)演進(jìn)，然后再進(jìn)行功能演進(jìn)。傳統(tǒng)的核心網(wǎng)分區(qū)域進(jìn)行云化演進(jìn)，并逐步引入Cloud Native、C/U分離、MEC架構(gòu)，為5G核心網(wǎng)做好基礎(chǔ)設(shè)施和架構(gòu)準(zhǔn)備，在標(biāo)準(zhǔn)凍結(jié)后進(jìn)行功能演進(jìn)。根據(jù)自身業(yè)務(wù)的發(fā)展選擇5G核心網(wǎng)功能演進(jìn)的方式，先升級成EPC+支持移動超寬帶業(yè)務(wù)，后續(xù)建設(shè)5G核心網(wǎng)，或者直接建設(shè)5G核心網(wǎng)。

第一階段，升級EPC網(wǎng)絡(luò)對接LTE和NR，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，采用虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)vEPC，主要針對部分eMBB業(yè)務(wù)。第二階段，在原有EPC增強(qiáng)基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)PGW-C/U、HSS、PCRF等網(wǎng)元平滑升級支持NCC，實(shí)現(xiàn)上述網(wǎng)元的建設(shè)。新建5G AMF網(wǎng)元與MME實(shí)現(xiàn)時接，支持與EPC的無縫切換，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)搭建，承載部分專用網(wǎng)業(yè)務(wù)。第三階段，擴(kuò)建5C核心網(wǎng)并支持接入所有4G和5G基站，逐步淘汰專有硬件的EPC網(wǎng)元，將vEPC資源釋放，實(shí)現(xiàn)NGC網(wǎng)元重構(gòu)，將大部分eMBB、mMTC和URLLC等業(yè)務(wù)遷移到5G網(wǎng)絡(luò)。

4.結(jié)束語

未來隨著5G標(biāo)準(zhǔn)制定和完善、5G技術(shù)的成熟以及各種配套設(shè)備的逐步完整，5G核心網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將實(shí)現(xiàn)顛覆性的轉(zhuǎn)變。為實(shí)現(xiàn)大連接、低時延、高速率應(yīng)用場景，核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)如何發(fā)展將起著關(guān)鍵性的作用，核心網(wǎng)將在未來技術(shù)發(fā)展和演進(jìn)過程中面臨著嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

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