5G核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)挑戰(zhàn)及策略

1、5G 核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)挑戰(zhàn)及策円口摘要：根據(jù)工信部提出的 5G 推進工作部署以及我國三大運行商的 5G 商用計劃。 我國即將正式推出5G商用服務(wù)。但是根據(jù)已經(jīng)公布的5G新頻譜規(guī)劃來分析，從 頻譜的效果來看，短時間獨立組網(wǎng)，滿足 5G 新場景、新功能具有非常多的困難。 如何快速建成滿足商用所需要的 5G 網(wǎng)絡(luò)能力成為業(yè)內(nèi)，尤其是我國三大運營商 需要重點研究討論的問題。從5G的新特征和所面臨的挑戰(zhàn)為切入點，分析我國 三大運營商獨立組網(wǎng)和非獨立組網(wǎng)的優(yōu)勢和缺點。重點研究5G核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè) 面臨的主要問題和挑戰(zhàn)。關(guān)鍵詞：5G核心網(wǎng)規(guī)劃；挑戰(zhàn)；策略目前，核心網(wǎng)處于架構(gòu)轉(zhuǎn)型和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的重要階段。在結(jié)構(gòu)層面N

2、FV、CU分離、邊緣計 算等重要技術(shù)逐漸成熟，并且土洞核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的轉(zhuǎn)型、控制面的進一步集中。從而實現(xiàn)轉(zhuǎn) 發(fā)面的進一步下沉。在業(yè)務(wù)方面來說，2/3G業(yè)務(wù)量急劇下降，4G流量VoLTE、物聯(lián)網(wǎng)用戶逐 漸增加，在5G逐步商用的情況下，面向5G商用用戶的實際需求，需要結(jié)合商用的時間點不 同地區(qū)、省市的實際需求、標準技術(shù)的成熟程度、設(shè)備成熟程度等眾多因素，綜合分析5G 核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)的挑戰(zhàn)以及策略。一、 5G 核心網(wǎng)建設(shè)難點和挑戰(zhàn)5G 的時代已經(jīng)到來，這會對人們的生活帶來巨大的改變，也會給人們所使用的移動技術(shù) 的方方面面帶來非常積極的影響。5G的速度更快、時延更低。從理論上來說，從智能手機到 自動駕駛

3、汽車等各個領(lǐng)域，5G網(wǎng)絡(luò)都會開辟新的局面。不過在實際5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，面 臨著很多難題和挑戰(zhàn)。（一）多網(wǎng)絡(luò)、多業(yè)務(wù)接入融合的挑戰(zhàn)移動通信系統(tǒng)從第一代發(fā)展到第五代。經(jīng)歷了飛快的發(fā)展。促使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)形成了多種無 線制式的復(fù)雜現(xiàn)狀。并且多種接入技術(shù)長期共存成為其明顯特征。同一網(wǎng)絡(luò)運行商擁有涵蓋 2G/3G/4/5G 以及 WLAN 網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的多張不同制式網(wǎng)絡(luò)的狀況將長期存在。在這種情況之下， 如何有效的運行和維護多張不同制式的網(wǎng)絡(luò)，提升其競爭力，不斷地降低運行和維護成本以 及實現(xiàn)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展成為了每一個網(wǎng)絡(luò)運行商都要面對和解決的難題。從未來發(fā)展 的角度來分析，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)會成為移動

4、通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的主要方向。怎樣實現(xiàn)多 接入網(wǎng)絡(luò)并且可以保證高效運行以及動態(tài)協(xié)調(diào)管理同步發(fā)展。滿足5G的技術(shù)指標以及應(yīng)用 場景需求是5G多網(wǎng)絡(luò)、多業(yè)務(wù)融合的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。4G向5G網(wǎng)絡(luò)的演進接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化 如圖 1 所示。CU（Centralized Unit集中單元）：原BBU的非實時部分將被分離出來，重新定義為CU, 也就是負責(zé)處理非實時協(xié)議和服務(wù)。DU（Distribute Unit，分布單元）：將BBU的剩余功能重新定義為DU，主要是負責(zé)處理 物理層協(xié)議和實時服務(wù)。圖 1 4G 向 5G 網(wǎng)絡(luò)演進接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化（二）網(wǎng)絡(luò)虛擬化（云化）帶來的規(guī)劃和運維挑戰(zhàn)5G 網(wǎng)絡(luò)全面虛擬化（云化），在發(fā)展

5、基本功能，使其更加便捷的同時，會產(chǎn)生一定的技 術(shù)難題和工程難題。首先，網(wǎng)絡(luò)虛擬化使跨層故障定界定位和后期升級過程變得更加困難和 復(fù)雜，并且效率非常低。其次，邊緣計算的加入使得網(wǎng)元數(shù)目有更大的改變，這就會導(dǎo)致網(wǎng) 絡(luò)工程建設(shè)和維護的工作量大大增加。最后，微化服務(wù)，用戶更多的定制業(yè)務(wù)也給移動網(wǎng)絡(luò) 業(yè)務(wù)的編排能力提出了更多的要求?？v觀網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的歷史進程?，F(xiàn)階段，NFV轉(zhuǎn)型還沒有達到理想目標。對于5G的 演進，運營商網(wǎng)絡(luò)依然面對著三大難題。首先是新業(yè)務(wù)上線速度較慢，以網(wǎng)元為單位大顆粒 整包交付導(dǎo)致開發(fā)周期過長，測試工作量非常大。對于升級產(chǎn)生了較大的影響。一般情況下， 軟件開發(fā)需要三到九個月。其次是

6、運營成本過高，以網(wǎng)元為單位的管理，造成多網(wǎng)元部署、 對接以及運營成本高的情況出現(xiàn)。并且，5G用戶面下沉站點數(shù)量增加到十倍以上，造成運維 成本上升五到十倍。最后是單Bit的成本高，COTS硬件單Bit成本偏高，COTS硬件單Bit成 本每年只下調(diào)14%，摩爾定量失效，5G時代8倍流量增加將會帶來五倍硬件和能耗增多。面對著三個挑戰(zhàn)，運營商需要構(gòu)建更加敏捷、更加簡單的運營和能效更高的5G極簡核 心網(wǎng)。實現(xiàn)業(yè)務(wù)的實施高效且敏捷。網(wǎng)絡(luò)自治和單Bit成本超過摩爾定律。相關(guān)的廠家也要 統(tǒng)一意識，對于這三個難題所產(chǎn)生的實際需求。要以微服務(wù)的軟件架構(gòu)，軟件要以網(wǎng)元為單 位的大顆粒交付轉(zhuǎn)變成為微服務(wù)粒度發(fā)布、測試

7、和升級。實現(xiàn)業(yè)務(wù)實施敏捷、快速上線的目 標。并且軟件發(fā)布周期要從半年的時間縮短到一個月之內(nèi)。升級方面，要求要從百萬用戶受 到影響發(fā)展成為用戶無感知，業(yè)務(wù)沒有中斷情況出現(xiàn)。要通過統(tǒng)一運行帶來的便利，實現(xiàn)用 戶面即插即用，加站不加人。最主要的是要做好極致能效方面的工作，通過異構(gòu)硬件綜合加 速使得轉(zhuǎn)發(fā)效率提高到5G0%以上。也就是保證單Bit成本超過摩爾定律。5G核心網(wǎng)和4G核心網(wǎng)有很多緊密的聯(lián)系。部分網(wǎng)元要融合建設(shè)，形成4G/5G統(tǒng)一的控 制面和用戶面錨點。，以此來提高用戶體驗，簡化網(wǎng)絡(luò)部署，減少成本投入。近些年以來， 核心網(wǎng)已經(jīng)開啟虛擬化（云化）改革創(chuàng)新工作。例如虛擬化EPC、虛擬化IMS等等。

8、現(xiàn)在全 球較為先進的運營商從2016 年就開始進行虛擬化的規(guī)模商用部署，盡管我國在這方面的工 作起步較晚，但是在進展方面卻取得了非常出色的成績。虛擬化IMS已經(jīng)大面積商用，虛擬 化 EPC 也在試點開始進行實踐研究。我國三大運營商都在這方面進行深入研究，并且取得了 一定的成果。從核心網(wǎng)NFV技術(shù)方面來分析，先從EPC控制面開始，在2019年，已經(jīng)逐步 實現(xiàn)了 EPC網(wǎng)絡(luò)的虛擬化。除此之外，電信云統(tǒng)一資源池的建設(shè)已經(jīng)開始。這為未來發(fā)展建 設(shè)5G規(guī)模建設(shè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。在5G時代，虛擬化是主要的發(fā)展趨勢，企業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng) 新優(yōu)化的基礎(chǔ)。5G核心網(wǎng)就是虛擬化的核心網(wǎng)，也已經(jīng)成為行業(yè)中的廣泛共識。（三

9、）5G 核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的挑戰(zhàn)5G多網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)中主要包括2G/3G/4G/5G和WLAN等在內(nèi)的多個無線接入網(wǎng)和核心 網(wǎng)。怎樣完成高效的架構(gòu)設(shè)計，例如，核心網(wǎng)和接入網(wǎng)錨點的選擇，并且要堅固網(wǎng)絡(luò)改造升 級的復(fù)雜程度、對現(xiàn)網(wǎng)的影響都是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究急需解決的問題。5G組網(wǎng)可以有效的支持SA和NSA兩種架構(gòu)，5G商用的腳步在發(fā)展過程中會越來越快, 但是，為了占有5G的市場，NSA可能會成為部分運行商的首要選擇。SA主要是指新建的5G 網(wǎng)絡(luò)。NSA非獨立組網(wǎng)主要是指使用現(xiàn)有的4G基礎(chǔ)設(shè)施，來進行5G網(wǎng)絡(luò)部署。以NSA結(jié)構(gòu) 的5G載波用戶數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，其控制信令仍然可以通過4G網(wǎng)絡(luò)進行傳輸。運營商可以根據(jù)業(yè)務(wù)

10、的實際需要來確定升級站點和區(qū)域。不是必須要完整的連片覆蓋， 而是要借助現(xiàn)有的成熟的4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)來擴大5G的覆蓋范圍。因為手機終端發(fā)射功率有限， 所以5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍主要受到上行限制。那么，通過使用和4G聯(lián)合組網(wǎng)的方法就可以實 現(xiàn)5G單站覆蓋范圍的擴大。不過，因為NSA不需要建設(shè)5G新核心網(wǎng)，并且NSA需要借助 4G無線空口，已有的4G核心網(wǎng)架構(gòu)以及4G空口難以滿足5G對時延和傳輸可靠性的實際要 求。5G建設(shè)初始階段如果使用了 NSA架構(gòu)，那么4G網(wǎng)絡(luò)和5G網(wǎng)絡(luò)會緊密關(guān)聯(lián)，將帶來站 址約束、互操作配置復(fù)雜等問題的出現(xiàn)，對于后續(xù)向SA演進還需要多次網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模調(diào)整。為了滿足用戶的實際需求，未來5G

11、核心網(wǎng)架構(gòu)的建設(shè)和規(guī)劃必須要解決以下幾個方面 的問題。第一，核心網(wǎng)接入獨立。這就對于固定接入和各種各樣的無線接入，核心網(wǎng)要具有匯聚 功能。并且保證接入無關(guān)。保證接入無關(guān)可以有效的降低終端接入系統(tǒng)的復(fù)雜性和低效性。第二是分布式架構(gòu)，分布式架構(gòu)可以有效的提升網(wǎng)絡(luò)資源的利用率，避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)低效 率、單點失效、RTT時延長、流量超載等問題的出現(xiàn)。分布式框架的引進主要是用來改善傳 統(tǒng)EPC下流量路徑低效率以及單點失效帶來的缺陷。通過將CGWS和EUCES放置在IP網(wǎng)絡(luò)的 邊緣， 5Gc 可以提供更加高效并且高質(zhì)量的流量路徑，最小化信號時延，為移動邊緣計算提 供了更加優(yōu)質(zhì)的支持。在傳統(tǒng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，流

12、量會被匯聚到一個錨點中。但是，在未 來的 5G 分布式架構(gòu)的影響下，流量可以更加靈活的進行分布式處理，這也就將吞吐量提高 到現(xiàn)在的數(shù)千倍之上。第三是控制面和用戶平面的完全分離。核心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該通過使用開放式接口將數(shù)據(jù)平面以 及用戶平面完全進行分離。這樣的話，有利于雙方各自的獨立演進和按需部署。將兩個平面 完全調(diào)解之后，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)使用IP模式。控制平面功能被放置在EUCE和UCE中，用戶平面功 能被放置在CGW中。用戶平面和控制平面之間使用開放接口來提供基本的可伸縮性和靈活 性。使用開放式接口，并以此為基礎(chǔ)進行虛擬化技術(shù)完成網(wǎng)絡(luò)切片也是非常高效的一種方法。第四是輕量級的信令支持。核心網(wǎng)要支持輕量級的信

13、令傳輸，并且簡化相關(guān)協(xié)議。早期LTE 中先建立承載通道再進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪@種基于連接的方式將不再適用于處理未來越來越 多的服務(wù)場景。為了面對各種各樣新出現(xiàn)的使用場景，5G核心網(wǎng)的信令機制應(yīng)該以NSA的 概念為基礎(chǔ)進行延伸。這種機制可以有效的增強網(wǎng)絡(luò)的靈活性，降低網(wǎng)絡(luò)的信令開銷，并且 支持低時延服務(wù)。不過這種機制存在一個明顯的問題，也就是只能概括出現(xiàn)有的使用場景和 服務(wù)類型。第五是高效的移動性管理。高效的移動性管理會帶來更好的資源利用率。EPC下移動性 管理使用的是靜態(tài)錨機制，所有的移動終端都是通過一定數(shù)量的 PGW 和運營商網(wǎng)絡(luò)相連接。 在用戶移動到比較遠的位置時，這些處于服務(wù)狀態(tài)的PGW狀態(tài)在

14、短時間之內(nèi)并不能發(fā)生改 變。這種機制存在著效率低下的問題。在5G中應(yīng)該以分布式移動性管理引起的動態(tài)機制為 基礎(chǔ)。（四）數(shù)據(jù)分流對5G核心網(wǎng)切片的挑戰(zhàn)5G 多網(wǎng)絡(luò)融合中的數(shù)據(jù)分流機制要保證用戶面數(shù)據(jù)可以靈活且高效的在不同接入網(wǎng)進行 傳輸。最小化對各個接入網(wǎng)絡(luò)低層傳輸?shù)挠绊憽Ｐ枰鶕?jù)部署場景和性能要求進行有效的分 流層級的選擇。例如核心網(wǎng)、IP或者是PDCP分流等等。5G網(wǎng)絡(luò)除了提供公眾客戶的業(yè)務(wù)之 外，還要滿足行業(yè)用戶的實際需求。 5G 部署初始階段，要以 EMBB 業(yè)務(wù)員需求進行網(wǎng)絡(luò)部署 滿足公眾寬度數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)額實際需求，后期要以MMTC以及URLLC業(yè)務(wù)需求為主，面向垂直行 業(yè)、工業(yè)控制、城市

15、基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域、業(yè)務(wù)感知需求都存在較大的差異、并 且很可能需要進行大量的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整和增加更多新的載波。對于更加細化的業(yè)務(wù)需求，要求5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中接入網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)。首先，隨著用戶終端數(shù)量和種類的迅速增加、流量的大規(guī)模增長、用戶需求的不斷多樣 化?，F(xiàn)階段的核心網(wǎng)使用的傳統(tǒng)式集中式設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)逐漸變得難以處理越來越多樣化的 服務(wù)要求。其次，傳統(tǒng)架構(gòu)存在著先天性不足也難以達到使用要求。最后，因為目前移動核 心網(wǎng)中各個不見得功能劃分并不清楚，所以很多用戶在使用過程中會被重復(fù)處理，所以集中 式架構(gòu)和對軟硬件要求高的特點，使其部署實踐過程，投入成本也非常大。盡管網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的使用可以最大程

16、度的解決網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量方面的問題，但是網(wǎng) 絡(luò)切片的數(shù)量設(shè)置仍然是一個非常重要的問題。切片數(shù)量過多會導(dǎo)致維護和管理變得更加困 難。數(shù)量過少又會導(dǎo)致一個簡單的使用案例需要兩個及以上的切片來達到其實際需求。運營商現(xiàn)在主要面對的問題有兩個方面，第一是基于目前的套餐模式，制定出可以供企 業(yè)選擇的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。第二個就是向企業(yè)網(wǎng)市場一樣，退出端到端的定制化網(wǎng)絡(luò)切片。運行商 面對業(yè)務(wù)分流的挑戰(zhàn)是，網(wǎng)絡(luò)切片面對著一定的挑戰(zhàn)，具體有以下幾個方面：第一是網(wǎng)絡(luò)切片的結(jié)構(gòu)，盡管標準已經(jīng)很好的定義了應(yīng)用市場系列，但是依然存在很多 未分類的場景，所以在性能評估方面還是一個繼續(xù)解決的問題。第二就是網(wǎng)絡(luò)切片的選擇方面，一個用

17、戶可能會使用一個或者多個切片，所以選擇好切 片也是一個基本問題。第三是用戶狀態(tài)的維持，用戶的狀態(tài)信息可能會在多個切片中傳遞，所以，如何管理用 戶狀態(tài)也是一個非常關(guān)鍵的問題。二、核心網(wǎng)的改造和重構(gòu)核心網(wǎng)的改造和重構(gòu)主要體現(xiàn)在四個方面：第一是基于SDN/NFV,使運營商網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)； 第二是使用SBA和云原生架構(gòu)，使得網(wǎng)絡(luò)功能更加敏捷；第三是端到端網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)；第四 是將要求網(wǎng)絡(luò)運行自動化。隨著商用時間的不斷逼近，5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)發(fā)展到了關(guān)鍵時期，對于這種情況，5G網(wǎng)絡(luò)架 構(gòu)設(shè)計要堅持三個原則，首先是從剛性到軟性，也就是說要從固態(tài)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變成為動態(tài)網(wǎng)絡(luò)， 實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化，網(wǎng)絡(luò)功能的解耦和服務(wù)化。其次是移動網(wǎng)絡(luò)的IP化、互聯(lián)網(wǎng)化，也 即是說要實現(xiàn)和 IT 網(wǎng)絡(luò)相互融合。最后是集中化智能和分布化處理。結(jié)束語：綜上所述，移動通信是國家非常重要的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，也是促進國家國民經(jīng)濟發(fā)展、提 高信息化水平的重要內(nèi)容。隨著5G時代的