5G信令網(wǎng)部署方案及演進(jìn)策略

張傳達(dá)

（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無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的誕生加快了移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及業(yè)務(wù)的高速化發(fā)展，為5G核心網(wǎng)的規(guī)?；逃锰峁┝酥С?，5G核心網(wǎng)之間可以通過(guò)大量應(yīng)用超文體傳輸協(xié)議（HyperText Transfer Protocol，HTTP）實(shí)現(xiàn)通信，但以往基于7號(hào)信令與Diameter信令的傳統(tǒng)信令網(wǎng)與超文本傳輸協(xié)議的信令路由不相契合[1]。為了強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展能力、提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全性與穩(wěn)定性、提升網(wǎng)絡(luò)維護(hù)的便利性，需要合理構(gòu)建5G信令網(wǎng)，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)優(yōu)化實(shí)現(xiàn)5G核心網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)成本的有效降低。

1 5G信令網(wǎng)組網(wǎng)及演進(jìn)問(wèn)題化解的方案分析

1.1 組網(wǎng)架構(gòu)問(wèn)題及解決方案

5G信令網(wǎng)的組網(wǎng)有2種不同架構(gòu)：一是以網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)功能（Network Repository Function，NRF）重定向路由為基礎(chǔ)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直連組網(wǎng)方案；二是以標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議（Standard Communication Protocol，SCP）路由為基礎(chǔ)的準(zhǔn)直連組網(wǎng)方案[2]。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，第二種組網(wǎng)方案的鏈路數(shù)量更少，連接配置任務(wù)較少且運(yùn)維管理任務(wù)也不多，有利于提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行安全性與可靠性，降低業(yè)務(wù)網(wǎng)元要求。由SCP取代業(yè)務(wù)網(wǎng)元，能夠快捷、高效地完成服務(wù)發(fā)現(xiàn)、緩存控制以及負(fù)載均衡等工作，能夠有效設(shè)置新網(wǎng)元，并提高服務(wù)接口上線部署效率?；诖?，5G核心網(wǎng)規(guī)模商用階段可以通過(guò)SCP準(zhǔn)直連方案的應(yīng)用優(yōu)化5G信令網(wǎng)的組網(wǎng)架構(gòu)。

1.2 4G與5G用戶會(huì)話綁定問(wèn)題及解決方案

在R15階段，3GPP標(biāo)準(zhǔn)組織將綁定支持功能（Binding Support Functhion，BSF）網(wǎng)元引入了5G核心網(wǎng)，設(shè)置了Rx/N58接口路由，為4G與5G用戶的會(huì)話綁定提供了支持。在此過(guò)程中，合理設(shè)置BSF是關(guān)鍵所在[3]。BSF設(shè)置有多種方案，既可獨(dú)立設(shè)置，也可與SCP、5G會(huì)話管理功能（Session Management Function，SMF）、Diameter路由代理（Diameter Routing Agent，DRA）聯(lián)合設(shè)置。在5G核心網(wǎng)引入初期，應(yīng)先獨(dú)立設(shè)置BSF，之后再引入SCP，進(jìn)而聯(lián)合設(shè)置BSF與SCP。此種設(shè)置方式有利于簡(jiǎn)化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，有效降低額外信令負(fù)荷。待DRA云化完成后，再將BSF或SCP融入其中，進(jìn)而通過(guò)聯(lián)合設(shè)置SCP、BSF、DRA，為會(huì)話綁定數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性管理提供支持。

1.3 SCP與DRA融合演進(jìn)問(wèn)題及解決方案

基于傳統(tǒng)架構(gòu)建立的Diameter信令網(wǎng)與5G信令網(wǎng)的協(xié)議連接接口有所差異，但二者的設(shè)置場(chǎng)景、業(yè)務(wù)類型以及組網(wǎng)結(jié)構(gòu)相似度較高，可以將5G信令網(wǎng)視作Diameter信令網(wǎng)的延伸與拓展[4]。通過(guò)SCP與DRA的融合，減少網(wǎng)元及平臺(tái)數(shù)量，提升運(yùn)維管理的便利性。通過(guò)融合網(wǎng)元的建立，統(tǒng)一維護(hù)路由與流控規(guī)則，減少數(shù)據(jù)維護(hù)管理工作量。規(guī)?；渴餝CP，促進(jìn)5G核心網(wǎng)與4G功能融合，提升4G業(yè)務(wù)承載能力，并在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)SCP與DRA的有機(jī)融合，進(jìn)而有效接管DRA業(yè)務(wù)。以SCP網(wǎng)元作為擴(kuò)容基礎(chǔ)，有效提升DRA的處理能力[5]。

2 5G信令網(wǎng)的部署方案

2.1 大區(qū)內(nèi)部部署方案

大區(qū)內(nèi)部信令網(wǎng)部署方案制定時(shí)，應(yīng)參照現(xiàn)網(wǎng)DRA的組網(wǎng)架構(gòu)，在一級(jí)架構(gòu)設(shè)置的前提下設(shè)置一對(duì)SCP，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)容災(zāi)能力。大區(qū)內(nèi)部部署方案如圖1所示。

圖1 大區(qū)內(nèi)部部署方案

將用戶號(hào)碼歸屬關(guān)系接口設(shè)置于SCP上，并利用SCP代理方式進(jìn)行路由地址的查找。SCP接入初期沒(méi)有用戶號(hào)碼歸屬關(guān)系的接口，仍采用NRF重定向方式查找路由地址。采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)直連方式與路由連接，后期可以根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展情況，結(jié)合eSBA產(chǎn)品發(fā)展成熟度決定是否在SCP上設(shè)置沒(méi)有用戶號(hào)碼歸屬關(guān)系的接口[6]。合理的接口設(shè)置能夠有效簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)功能（Network Function，NF），并能在業(yè)務(wù)處理方面更好地發(fā)揮NF的效用。大區(qū)內(nèi)部部署方案采用BSF與SCP聯(lián)合設(shè)置方式，有利于簡(jiǎn)化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，能夠避免接口消息轉(zhuǎn)發(fā)過(guò)程中出現(xiàn)SCP與BSF間信令負(fù)荷異常增大的問(wèn)題。

2.2 大區(qū)之間部署方案

大區(qū)之間信令網(wǎng)部署時(shí)，應(yīng)以5G核心網(wǎng)的大區(qū)設(shè)置情況為依據(jù)，在各大區(qū)中各設(shè)一對(duì)SCP，之后利用SCP連接各個(gè)大區(qū)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中信令的有效傳送[7]。設(shè)置各大區(qū)之間的漫游互通信令時(shí)，應(yīng)轉(zhuǎn)變以往區(qū)分設(shè)置有號(hào)段歸屬關(guān)系接口及無(wú)號(hào)段歸屬關(guān)系接口的方法，這2個(gè)接口所發(fā)送的信令轉(zhuǎn)發(fā)均由大區(qū)間部署的一對(duì)SCP負(fù)責(zé)，而本大區(qū)及目標(biāo)大區(qū)的 SCP 轉(zhuǎn)發(fā)則由 Consumer NF 負(fù)責(zé)。Consumer NF會(huì)以二跳轉(zhuǎn)形式將信令轉(zhuǎn)發(fā)給Producer NF，NRF負(fù)責(zé)存儲(chǔ)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上所有的NF信息，但要保證SCP及NRF數(shù)據(jù)的統(tǒng)一性。此部署方案的優(yōu)勢(shì)在于Producer發(fā)生故障時(shí)，即便NRF未發(fā)出提示，SCP也可以自由切換或重選路由，進(jìn)而快速完成異常故障處理。大區(qū)之間的信令部署方案如圖2所示。

圖2 大區(qū)間部署方案

2.3 國(guó)際漫游部署方案

部署國(guó)際漫游信令網(wǎng)時(shí)，需要單獨(dú)設(shè)置安全邊緣保護(hù)代理（Security Edge Protection Proxiex，SEPP）與SCP。分設(shè)2個(gè)信令網(wǎng)，通過(guò)物理隔離方式分離2個(gè)信令網(wǎng)，有效提升管理的靈活性。2個(gè)信令網(wǎng)不僅功能不同，配置邏輯也存在較大差異。SEPP與安全相關(guān)，而SCP則與碼號(hào)存在直接關(guān)聯(lián)，兩者無(wú)論是運(yùn)行方式還是運(yùn)行維護(hù)管理組織結(jié)構(gòu)均不一致[8]。設(shè)置SEPP時(shí)應(yīng)采用成對(duì)部署方式，根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)確定具體的物理部署位置。如果現(xiàn)網(wǎng)采用的是傳統(tǒng)的I-DRA架構(gòu)，還需要結(jié)合其生命周期等因素采取虛擬化獨(dú)立部署方式部署SEPP，之后再與I-DRA的功能融合，從而為4G與5G國(guó)際信令的云化融合部署提供有力支持。

3 5G信令網(wǎng)的演進(jìn)策略分析

3.1 初步引入階段

初步引入5G核心網(wǎng)時(shí)，由于SCP產(chǎn)品成熟度不高，因此不建議獨(dú)立設(shè)置SCP網(wǎng)元。各大區(qū)均可設(shè)置一對(duì)BSF，進(jìn)而為Rx/N5接口的用戶會(huì)話綁定提供支持。分別設(shè)置人網(wǎng)及物網(wǎng)的BSF，由一對(duì)BSF共同承擔(dān)容災(zāi)負(fù)荷。由于后續(xù)需要多次調(diào)整BSF各網(wǎng)元，因此需要以傳統(tǒng)平臺(tái)為基礎(chǔ)分別設(shè)置現(xiàn)網(wǎng)及BSF網(wǎng)?，F(xiàn)網(wǎng)大區(qū)分別與各自管轄省份所設(shè)置人網(wǎng)、物網(wǎng)的統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能（the Unified Data Manacgement，UDM）及策略控制功能（Policy Control Function，PCF）對(duì)接，現(xiàn)網(wǎng)大區(qū)DRA同時(shí)與管轄省份所設(shè)置人網(wǎng)及物網(wǎng)的BSF對(duì)接。DRA應(yīng)對(duì)4G及5G的地址段進(jìn)行區(qū)分，4G IP地址負(fù)責(zé)查詢本地會(huì)話綁定信息，而5G IP地址則分別對(duì)人網(wǎng)及物網(wǎng)進(jìn)行路由。5G的人網(wǎng)IP地址段按照省份所屬大區(qū)向物網(wǎng)BSF傳送，而5G的物網(wǎng)IP地址段同樣以省份大區(qū)為依據(jù)進(jìn)行物網(wǎng)信息向BSF的傳送，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)物網(wǎng)IP地址的有效處理[9]。人網(wǎng)BSF應(yīng)對(duì)接于所屬大區(qū)的PCF上，而物網(wǎng)BSF則需以省份及物網(wǎng)大區(qū)之間的歸屬關(guān)系為依據(jù)對(duì)接在物網(wǎng)大區(qū)PCF上。

3.2 規(guī)?；逃秒A段

5G核心網(wǎng)規(guī)?；逃煤?，由于此時(shí)SCP引入條件較為完善，因此可以在全國(guó)范圍內(nèi)部署SCP。以5G核心網(wǎng)大區(qū)為依據(jù)設(shè)置SCP，無(wú)需區(qū)分2B與2C業(yè)務(wù)，各大區(qū)均需部署1對(duì)SCP。各大區(qū)間的SCP采用網(wǎng)狀連接，以便實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)信令的有效傳送。在大區(qū)內(nèi)SCP上連接PCF、UDM等用戶數(shù)據(jù)類接口，以提高5G核心網(wǎng)組網(wǎng)的安全性和路由效率，提升核心網(wǎng)的流控能力。待業(yè)務(wù)進(jìn)一步發(fā)展后，在eSBA產(chǎn)品發(fā)展成熟的前提下再引入其他接口[10]。SCP引入完成后，應(yīng)聯(lián)合設(shè)置BSF及SCP，此種組網(wǎng)方式有利于簡(jiǎn)化組網(wǎng)結(jié)構(gòu)，防止轉(zhuǎn)發(fā)Nbsf接口消息的過(guò)程中出現(xiàn)SCP及BSF間信令負(fù)荷增大的問(wèn)題。此外，還需在全國(guó)范圍內(nèi)設(shè)置一對(duì)SEPP，國(guó)際漫游信令的路由、轉(zhuǎn)發(fā)均由此SEPP負(fù)責(zé)，且能同步管理路由數(shù)據(jù)并實(shí)現(xiàn)國(guó)際漫游對(duì)接。

3.3 全云化融合階段

在5G業(yè)務(wù)持續(xù)發(fā)展后，5G核心網(wǎng)逐步進(jìn)入全云化融合發(fā)展階段，此時(shí)4G及5G網(wǎng)元的融合深度會(huì)進(jìn)一步加深，DRA業(yè)務(wù)將會(huì)實(shí)現(xiàn)向5G核心網(wǎng)融合網(wǎng)元的完全轉(zhuǎn)化。此階段需通過(guò)SCP及DRA的聯(lián)合部署全面接管現(xiàn)網(wǎng)的DRA業(yè)務(wù)，以便擴(kuò)大SCP網(wǎng)元容量，為DRA信令處理模塊的高效運(yùn)行提供支持。虛擬化網(wǎng)元的Diameter信令路由將由融合后的SPC及DRA負(fù)責(zé)，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建完成4G及5G融合信令網(wǎng)，并根據(jù)需求將傳統(tǒng)Diameter信令逐步轉(zhuǎn)移至4G及5G融合信令網(wǎng)上[11]。在2G及3G業(yè)務(wù)量降低后，應(yīng)結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)7號(hào)信令網(wǎng)的存量鏈路IP化程度，根據(jù)大區(qū)云化SCP及DRA融合信令轉(zhuǎn)接點(diǎn)的功能情況，逐步將IP信令轉(zhuǎn)移至大區(qū)云化融合SCP、DRA及信號(hào)傳輸點(diǎn)（Signal Transfer Point，STP）上，進(jìn)而構(gòu)建一個(gè)3G、4G與5G全面融合的信令網(wǎng)。

4 結(jié) 論

綜上所述，5G信令網(wǎng)可在集中路由、PCF會(huì)話綁定、運(yùn)營(yíng)商間漫游互通等場(chǎng)景下應(yīng)用。5G信令網(wǎng)組網(wǎng)及演進(jìn)過(guò)程中，為了有效解決組網(wǎng)架構(gòu)問(wèn)題、4G與5G用戶會(huì)話綁定問(wèn)題、SCP與DRA融合演進(jìn)問(wèn)題，需要合理設(shè)計(jì)5G信令網(wǎng)的部署方案。通過(guò)科學(xué)設(shè)置大區(qū)內(nèi)部信令網(wǎng)、大區(qū)之間信令網(wǎng)以及國(guó)際漫游信令網(wǎng)3個(gè)部署方案，為5G信令網(wǎng)的高效運(yùn)行提供支持。此外，還需要科學(xué)制定5G信令網(wǎng)的演進(jìn)策略，針對(duì)5G核心網(wǎng)引入初期、規(guī)?；逃靡约叭苹诤?個(gè)演進(jìn)階段采取針對(duì)性的演進(jìn)策略，進(jìn)而滿足5G核心網(wǎng)不同發(fā)展階段的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。