5G核心網(wǎng)關鍵技術分析

1、 5g核心網(wǎng)關鍵技術分析 摘要：5g核心網(wǎng)相對于4g網(wǎng)絡在架構、功能、業(yè)務能力提供方面有較大的革新，引入了新的關鍵技術如sba、支持邊緣計算、支持網(wǎng)絡切片等，本文重點研究5g核心網(wǎng)與傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡不同的全新架構和技術特征，對這些關鍵技術的應用場景和發(fā)展進行分析展望。關鍵詞：5g核心網(wǎng)、sba、虛擬化、切片、nfv引言移動核心網(wǎng)從4gepc演進到5gc，在網(wǎng)元形態(tài)、網(wǎng)絡架構、信令協(xié)議、業(yè)務能力等方面發(fā)生了較大的變化。5g核心網(wǎng)基于nfv的核心架構，控制平面借鑒了it系統(tǒng)中服務化架構，支持網(wǎng)絡切片和邊緣計算，本文首先介紹了5g核心網(wǎng)的架構及特點，接著重點研究分析5g核心網(wǎng)的關鍵技術和應用分析，最后對

2、5g核心網(wǎng)未來進行展望。1 5g核心網(wǎng)架構與4g網(wǎng)絡相比，5g網(wǎng)絡變革主要包括sba（service-basedarchitecture）架構、cp/up（控制平面與用戶平面）分離、網(wǎng)絡切片、支持邊緣計算等多個方面。3gpp標準5g網(wǎng)絡sba架構如圖所示圖15g核心網(wǎng)架構示意圖2 5g核心網(wǎng)關鍵技術2.1 nfv技術nfv的本質(zhì)是實現(xiàn)軟硬件資源的解耦及軟件功能的抽象，依托于標準化的服務器、存儲及網(wǎng)絡設備等通用基礎設施資源，利用虛擬化技術實現(xiàn)各種網(wǎng)絡功能，來替代通信網(wǎng)絡中的專用、封閉的網(wǎng)元。nfv體系通過分層解耦的模式將5g網(wǎng)絡中服務化模型的各個網(wǎng)元功能，以app的模式在統(tǒng)一的云化基礎設施上運行

3、，借助mano還可以快速實現(xiàn)5g網(wǎng)絡切片的功能，通過與傳統(tǒng)網(wǎng)管的融合，提供集約運維和智能管理手段。2.2 服務化架構5g核心網(wǎng)采用服務化架構（sba，servicebasedarchitecture）進行設計，實現(xiàn)了網(wǎng)絡功能的靈活組合、業(yè)務的敏捷提供。5g核心網(wǎng)借鑒了軟件架構基于微服務進行組織的理念，通過模塊化實現(xiàn)網(wǎng)絡功能間的解耦和整合，解耦后的網(wǎng)絡功能（服務）可以獨立擴容、獨立演進、按需部署；各種服務采用服務注冊、發(fā)現(xiàn)機制，實現(xiàn)了各自網(wǎng)絡功能在5g核心網(wǎng)中的即插即用、自動化組網(wǎng)；同一服務可以被多種nf調(diào)用，提升服務的重用性，簡化業(yè)務流程設計。目前5g核心網(wǎng)服務化架構的接口協(xié)議棧與傳統(tǒng)移動核心

4、網(wǎng)的協(xié)議相比，變得更加復雜。用同樣的硬件來實現(xiàn)的話，其性能相對傳統(tǒng)協(xié)議是下降的，因此需要通過高性能的云資源來抵消接口性能的損失。對于服務化架構的自動化組網(wǎng)能力，還有待進一步完善，在實際網(wǎng)絡部署和運營中仍需要注意2.3 控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離目前4gepc核心網(wǎng)的網(wǎng)關采用s-gw與p-gw合設的設備，s-gw/p-gw一般集中部署在省會不同局址的機房，形成servingarea覆蓋全省的業(yè)務。用戶終端發(fā)起移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務后，通過enodeb接入到運營商的ip承載網(wǎng)，業(yè)務流量在省會匯聚后接入到s-gw/p-gw中，再由其轉(zhuǎn)出移動網(wǎng)，實現(xiàn)用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務。而5g核心網(wǎng)采用控制平面與用戶平面完全分離的架構，這

5、種架構的優(yōu)勢是控制平面功能模塊可以集中部署在省會或區(qū)域中心的云平臺上，對轉(zhuǎn)發(fā)平面的資源進行調(diào)度,用戶平面網(wǎng)絡功能模塊則可以根據(jù)需要采用集中方式或者分布式方式靈活進行部署。當用戶平面功能下沉到邊緣數(shù)據(jù)中心（邊緣dc）時，可實現(xiàn)本地流量分流，并降低端到端時延?，F(xiàn)有移動核心網(wǎng)網(wǎng)關設備既包含流量轉(zhuǎn)發(fā)功能，也包括部分控制功能（信令處理和業(yè)務處理），控制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能之間是緊耦合關系。5g核心網(wǎng)實現(xiàn)了控制與轉(zhuǎn)發(fā)的徹底分離，網(wǎng)絡向控制功能集中化和轉(zhuǎn)發(fā)功能分布化的趨勢演進，控制和轉(zhuǎn)發(fā)功能分離后，控制面采用邏輯集中的方式實現(xiàn)統(tǒng)一的策略控制，保證靈活的移動流量調(diào)度和連接管理，同時減少了北向接口，增強了南向接口可擴

6、展性。轉(zhuǎn)發(fā)面將專注于業(yè)務數(shù)據(jù)的路由轉(zhuǎn)發(fā)，具有簡單、穩(wěn)定和高性能等特性，便于靈活部署以支持未來高帶寬、低時延業(yè)務場景需求。2.4網(wǎng)絡切片5g網(wǎng)絡需同時支持embb、urllc、mmtc等完全不同的業(yè)務場景，網(wǎng)絡切片是5g網(wǎng)絡的重要使能技術，使得5g網(wǎng)絡實現(xiàn)了基于不同的業(yè)務類型、業(yè)務場景按需來定制網(wǎng)絡，以滿足不同的業(yè)務場景的需求。5g核心網(wǎng)采用nfv/sdn技術，使得5g核心網(wǎng)的網(wǎng)絡功能與硬件平臺解耦，使得網(wǎng)絡進一步微服務化，形成不同的網(wǎng)絡功能模塊，將這些網(wǎng)絡功能模塊進行組合可形成面向不同業(yè)務場景和需求的特定的網(wǎng)絡切片。網(wǎng)絡切片包括接入網(wǎng)絡、ip承載網(wǎng)和核心網(wǎng)絡（控制平面和用戶平面），網(wǎng)絡切片之間

7、可以做到共享資源或者是相互隔離。網(wǎng)絡切片的核心網(wǎng)控制平面采用服務化的架構，用戶平面則可以根據(jù)業(yè)務對轉(zhuǎn)發(fā)性能的要求進行靈活部署。3gpp定義的網(wǎng)絡切片管理功能包括通信業(yè)務管理、網(wǎng)絡切片管理、網(wǎng)絡切片子網(wǎng)管理。其中通信業(yè)務管理功能實現(xiàn)業(yè)務需求到網(wǎng)絡切片需求的映射；網(wǎng)絡切片管理功能實現(xiàn)切片的編排管理，并將整個切片的sla分解為切片子網(wǎng)的sla；網(wǎng)絡切片子網(wǎng)管理功能實現(xiàn)將sla映射為網(wǎng)絡服務實例和配置要求，并將指令下達給mano，通過mano進行網(wǎng)絡編排。網(wǎng)絡切片的選擇過程中，通過nssf與nrf可以有效地增加5g網(wǎng)絡的功能，可以滿足網(wǎng)絡切片之間的相關功能。網(wǎng)絡切片選擇協(xié)助信息（nssai），其屬于簽

8、約性信息，可以標識特定的網(wǎng)絡切片，通過終端攜帶處理，ue可以通過nssai實現(xiàn)ran以及cn網(wǎng)絡切片的選擇。2.5支持邊緣計算相比于4g核心網(wǎng)對邊緣計算（edgecomputing）支持能力不足而帶來種種問題，5g核心網(wǎng)在架構中就考慮了支持邊緣計算需求，在網(wǎng)絡層面和能力開放層面都支持邊緣計算。在網(wǎng)絡層面，5g核心網(wǎng)支持多種靈活的本地分流機制、支持移動性、支持計費和qos以及合法監(jiān)聽。在能力開放層面，5g核心網(wǎng)支持app路由引導、支持對未網(wǎng)絡及用戶的信息獲取和控制。對5gmec來說，5gc（5g核心網(wǎng)）通過upf（用戶面功能）的靈活部署能力支撐mec。結束語隨著5g網(wǎng)絡標準的凍結，現(xiàn)各個運營商都在積極開展5g網(wǎng)絡建設，5g核心網(wǎng)作為5g網(wǎng)絡的建設的關鍵，事關未來5g多業(yè)