eMBB應用場景下的5G核心網切片設計方案研究

1 引言

移動互聯網和物聯網的業務需求以及對于安全機制及設備性能的要求，使得4G技術不能夠滿足新形勢下基于業務、用戶需求，以及應用場景的要求。豐富的應用場景為5G提供了廣闊的前景。ITU定義了5G三大應用場景：增強移動寬帶（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）、海量物聯網通信（Massive Machine Type Communication mMTC）、超高可靠性與超低時延業務（Ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC））三大應用場景。其中eMBB作為傳統移動通信系統的主要應用場景，業務成熟度高，將是5G率先實現的應用。本文首先分析了5G應用場景，特別是eMBB應用場景關鍵指標及其網絡需求，并在此基礎上，以5G端到端網絡切片架構為基礎，研究了5G核心網的切片設計方案，為5G網絡的部署提供了參考。

2 eMBB應用場景及其關鍵性能指標

eMBB應用場景要求在保證用戶移動性的前提下，為用戶提供無縫的高速業務體驗，并且提供極高的連接密度。與傳統4G相比，5G需要將有用戶的峰值速率從1 Gbit/s提高到10 Gbit/s，對應的5G也要求提供0.1～1 Gbit/s的用戶體驗速率。

eMBB典型應用包括超高清視頻、虛擬現實、增強現實等。在具體的應用中，從兩方面對傳統4G的應用進行增強：

（1）無縫廣域覆蓋

eMBB應用要求可以為用戶提供高清視頻，語音以及互聯網、視頻電話業務，要求為用戶帶來20 Mbit/s的4K高清體驗，每小時500 km以上的移動性，無論是公路、鐵路、村落、郊區或偏遠地區都需要滿足用戶無縫覆蓋的需求。

（2）熱點區域的高速率

eMBB應用要求可以為用戶提供高速FTP下載、3D視頻、VR/AR應用，要求為用戶提供100 Mbit/s用戶體驗速率（熱點場景可達1 Gbit/s）、數十Gbit/s峰值速率、每平方公里數十Tbit/s的流量密度；要求在熱點、室內、咖啡廳、辦公室以及體育場等熱點區域滿足用戶高速率需求。

3GPP的技術文檔TR22.891和TR38.913對具體的業務指標的描述如表1所示。

表1 eMBB關鍵指標描述

3 5G核心網切片設計要求

從以上eMBB應用場景可以看出，5G多樣化的場景要求未來網絡可以基于通用的基礎設施，靈活提供低成本的差異化、定制化組網的能力。5G端到端網絡切片技術通過在不同應用場景下按照各自的需求定制網絡功能和特性，配置網絡資源，使得5G的多樣化應用場景成為可能。網絡切片技術改變了傳統4G一網承載多種業務的模式，將網絡部署演變為按需定制化組網，也使得5G的垂直行業應用成為可能。

5G端到端網絡切片要求做到網絡定制化、將網絡資源靈活分配，網絡能力按需組合，同時做到各邏輯子網能夠隔離；每個端到端切片均由核心網、無線網、傳輸網子切片組合而成，并通過端到端切片管理系統進行統一平臺管理，以達到質量可保證的目標。

核心網的網絡切片設計要求做到：控制面和用戶面徹底分離，網元由多個網絡功能NF（Network Function）構成，NF接口通過總線型網絡相互連接。如圖1所示。

圖1 核心網網絡子切片示意圖

核心網子切片采用NSSF（Network Slide Selection Function，網絡切片選擇功能）實現切片的選擇，通過能力開放功能NEF支持定制化的網絡功能參數，既可以實現以PLMN為單位部署的公共服務，也可以共享多個NF為多個切片提供服務，為不同垂直行業提供不同、相互隔離、功能可定制的網絡服務；實現客戶化定制的網絡切片的設計，部署和運維。各域可以在功能場景、設計方案上獨立進行裁剪。

4 5G核心網切片設計方案

eMBB應用可以作為5G網絡建設初期試點應用，在進行網絡部署時，需要考慮與4G網絡的融合，可采取4G網絡逐步演進的部署方案，分步驟分階段完成網絡建設工作。核心網的控制面與用戶面的分離以及控制面的集中化可以實現本地分流、靈活路由等功能。按照服務化結構定義的原則。核心網切片內共享和專用網元組合一般可分為以下3種典型方案：

方案1：控制面與用戶面全隔離方案。在該方案中，盡量為切片分配專用控制和用戶面網元。適合安全隔離需求,或者定制化需求較高場景,如電網切片等, 不支持同一終端多切片場景。如圖2所示。

圖2 控制面與用戶面全隔離方案

方案2：部分控制面,用戶面專用方案。在該方案中，部分控制面，以及用戶面網元專用。其安全隔離性適中,可支持同一終端多切片，如圖3所示。

圖3 部分控制面,用戶面專用方案

方案3：用戶面專用方案。在該方案中，用戶面網元均為專用，控制面網元共享。其安全隔離性較低，僅要求用戶面隔離專用場景，可支持同一終端多切片，如圖4所示。

圖4 用戶面專用方案

對比3種方案，專用性越強的方案，其安全性越高，但是同樣帶來的問題是成本最高；同時要求考慮部署的難度，其中方案2，部分共享的方式為3GPP的標準方案，其部署難度最易，需要根據實際的應用需求和側重點進行方案的選擇。

5 結束語

eMBB場景作為5G最早應用的場景，其部署方案設計可以作為5G網絡部署探索和驗證的切入點。本文根據5G端到端網絡切片的設計原則和方案，給出了在eMBB場景下核心網切片的不同方案，并且對設計方案進行了對比，在實際的網絡部署中，應該根據具體的安全性要求和成本要求選擇合適的方案進行網絡部署實踐。