5G輕量核心網(wǎng)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用

曹 軍，李寶銳

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京210019）

0 引 言

5G技術(shù)是目前世界頂尖的移動(dòng)通信技術(shù)，可以在移動(dòng)端通過全新設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)強(qiáng)于傳統(tǒng)通信技術(shù)的性能，并進(jìn)行遠(yuǎn)程通信、交通運(yùn)輸以及醫(yī)療健康等的信息化交流。相較于傳統(tǒng)的4G通信，5G擁有更大的帶寬、更低的延時(shí)以及更加穩(wěn)定可靠的網(wǎng)絡(luò)能力，在應(yīng)急通信保障領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。在應(yīng)急通信的過程中，確定了快速成網(wǎng)、配備簡(jiǎn)單及易于維護(hù)的需求目標(biāo)，而后可以通過5G標(biāo)準(zhǔn)SBA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)[1]。盡管5G網(wǎng)絡(luò)有許多便捷之處，但依然存在業(yè)務(wù)流程過于復(fù)雜或網(wǎng)絡(luò)配置有誤差等不足。本文建立了一套輕量型的5G核心網(wǎng)作為低成本、低功耗以及易裁剪的替換目標(biāo)，在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)傳送的同時(shí)進(jìn)一步控制應(yīng)急通道的穩(wěn)定，確保應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)的自主性，使5G輕量型核心網(wǎng)成為應(yīng)急通信的最新解決方案。本文基于輕量型5G核心網(wǎng)的架構(gòu)設(shè)計(jì)與關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，并探索了5G輕量核心網(wǎng)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用。

1 5G輕量核心網(wǎng)設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段的硬件技術(shù)無法完全實(shí)現(xiàn)5G通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建，且很難在緊急通信中做到零誤差,只能做到核心網(wǎng)的分離式架構(gòu)，通過N4的接口解耦緩解工作遲緩的問題，然而不同硬件廠家擁有不同規(guī)格的核心網(wǎng)，其CP和UP在網(wǎng)管程序中很難實(shí)現(xiàn)較小誤差基礎(chǔ)上的互聯(lián)互通。如果利用分離式架構(gòu)中的MEC或UPF實(shí)行下沉方案，那么就會(huì)直接被核心網(wǎng)硬件生產(chǎn)廠商綁定[2]。很多需要進(jìn)行緊急通話的部門對(duì)于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的安全性有較高的要求，相較于使用擁堵且通信延遲的公網(wǎng)，更傾向于使用另一個(gè)獨(dú)立的通信網(wǎng)絡(luò)。若在獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)中安裝與公網(wǎng)相同的完備核心網(wǎng)，其龐大復(fù)雜的功能會(huì)耗費(fèi)大量的人力與物力。因此想要將獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)建設(shè)為具備安全可靠性能且成本較為低廉的定制網(wǎng)絡(luò)，可以參考下文介紹的方式來設(shè)計(jì)。

1.1 網(wǎng)元裁剪合設(shè)研究

一個(gè)5G核心網(wǎng)擁有眾多的網(wǎng)元結(jié)構(gòu)，但對(duì)于專注專業(yè)性能的行業(yè)專網(wǎng)來說，許多不適用于該行業(yè)的網(wǎng)元都是多余的，而5G輕量化核心網(wǎng)就是基于這種理念挑選出不適用于該行業(yè)的網(wǎng)元，然后裁剪掉不必要的網(wǎng)元結(jié)構(gòu)[3]。剩下的這些功能貼合實(shí)際且聯(lián)系較為緊密的網(wǎng)元?jiǎng)t可以通過合設(shè)的方式將內(nèi)外接口連接在一起，形成核心網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部的通信網(wǎng)絡(luò)，節(jié)省核心網(wǎng)系統(tǒng)內(nèi)部信息傳遞所占用的內(nèi)存資源與通信開銷。常見的5G輕量化核心網(wǎng)部署如圖1所示。

圖1 5G輕量化核心網(wǎng)部署圖

AUSF是一個(gè)為通信方AMF業(yè)務(wù)提供UE鑒權(quán)服務(wù)的機(jī)構(gòu)，在將AUSF與SMF連接在一起后，UDR就被當(dāng)作UDM的后端，與UDM一起負(fù)責(zé)核心網(wǎng)數(shù)據(jù)處理的步驟，因此在組建5G輕量型核心網(wǎng)時(shí)通常選擇將UDR和UDM合設(shè)。

1.2 網(wǎng)元功能按需定制研究

在將網(wǎng)元的冗余功能裁剪完畢之后，還需要考慮到不同行業(yè)有著不同的需求，因此對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)元功能按需定制[4]。本文研究的重點(diǎn)是5G輕量核心網(wǎng)，在一些工業(yè)制造領(lǐng)域的5G輕量化核心網(wǎng)中需要定制幀路由功能，才能使其發(fā)揮出最大的作用。在初始的5G核心網(wǎng)中有一些支持幀路由功能的網(wǎng)元可以作為UDM里連接在UE配件上的IP，便于工廠設(shè)備與中央處理器進(jìn)行緊急通話，使中央處理器能夠更好地管理工業(yè)設(shè)備。除此之外，很多行業(yè)相同的核心網(wǎng)內(nèi)，不同場(chǎng)景也有著不同的需求。一些規(guī)模較大的企業(yè)有著分級(jí)不同的場(chǎng)景，需要5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提供不同等級(jí)的局域網(wǎng)和VPN功能來支持不同地點(diǎn)用戶之間的遠(yuǎn)程通信，并最大程度地保證通信的連續(xù)性和穩(wěn)定性[5]。

2 5G輕量核心網(wǎng)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用分析

在5G輕量型核心網(wǎng)進(jìn)行應(yīng)急通信時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)獨(dú)立通信網(wǎng)絡(luò)中特殊通信能夠在臨時(shí)緊急通信網(wǎng)絡(luò)中正常應(yīng)用，需要防止當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施被破壞。災(zāi)難來臨后被破壞的通信網(wǎng)絡(luò)無法傳達(dá)搶險(xiǎn)救災(zāi)的信息，而5G輕量型核心網(wǎng)易部署且消耗低的特點(diǎn)會(huì)發(fā)揮出至關(guān)重要的作用。災(zāi)區(qū)原有通信設(shè)施，包括道路和電力設(shè)施等都會(huì)受到不同程度地?fù)p壞，因此在最初時(shí)刻進(jìn)行緊急通信是一個(gè)十分重要的步驟，這也是現(xiàn)場(chǎng)指揮調(diào)度的關(guān)鍵。在盡最大速度恢復(fù)災(zāi)區(qū)當(dāng)?shù)氐墓镁W(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，可以啟用單用性傳輸網(wǎng)絡(luò)，一旦災(zāi)區(qū)當(dāng)?shù)氐?G公用核心網(wǎng)絡(luò)基站與省級(jí)的網(wǎng)絡(luò)核心基站之間無法有效連接，將會(huì)導(dǎo)致大范圍的業(yè)務(wù)受阻，造成經(jīng)濟(jì)與人員損失[6]。這時(shí)可以通過專業(yè)性的5G輕量型核心網(wǎng)以保證用戶簽約數(shù)據(jù)同步性為前提，快速恢復(fù)當(dāng)?shù)氐墓?G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，滿足災(zāi)區(qū)的基本通信需求。除此之外，定制型的5G輕量核心網(wǎng)還可以在通信現(xiàn)場(chǎng)快速構(gòu)建一個(gè)應(yīng)急通信系統(tǒng)。災(zāi)害發(fā)生后，災(zāi)區(qū)當(dāng)?shù)氐墓猛ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)大概率會(huì)直接癱瘓，無法承擔(dān)遠(yuǎn)程緊急通信調(diào)度的作用，災(zāi)區(qū)當(dāng)?shù)鼐用駸o法利用現(xiàn)有公網(wǎng)設(shè)施通信，這時(shí)就需要一個(gè)能夠快速與外界連接的個(gè)人通信系統(tǒng)，這個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)要具有非常高的機(jī)動(dòng)性、靈活性和穩(wěn)定性。在應(yīng)急通信傳輸設(shè)備、便攜式5G網(wǎng)絡(luò)基站以及系留式無人機(jī)等的幫助下，可以構(gòu)建一個(gè)能夠進(jìn)行災(zāi)區(qū)應(yīng)急信息管理的輕量型5G核心網(wǎng)，使其覆蓋整個(gè)災(zāi)區(qū)，從而保證現(xiàn)場(chǎng)的通信調(diào)度，幫助受災(zāi)群眾與外界溝通。

3 結(jié) 論

5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是推動(dòng)社會(huì)通信發(fā)展與數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要技術(shù)。為了提升5G網(wǎng)絡(luò)在緊急通信中的作用，本文提出了一種輕量型的5G核心網(wǎng)技術(shù)，對(duì)5G輕量型核心網(wǎng)進(jìn)行了詳細(xì)地研究和分析，并探究了這種技術(shù)在緊急通信中的應(yīng)用，旨在為相關(guān)人員提供參考。