5G 核心網的部署策略

文/劉慧洋

2017年12月，3GPP 批準了使用現有4G LTE 作為基礎進行5G 連接的5G 非獨立（NSA，Non-Stand Alone）標準。2018年6月批準了5G 獨立組網（SA，Stand Alone）功能凍結。標志著5G 已經完成第一階段全功能標準化工作，進入了產業全面沖刺新階段。

獨立組網的5G 核心網一方面能夠實現全5G 的能力，另一方面可以避免網絡的多次升級，對運營商有非常重要的意義。2017年12月，由中國移動牽頭設計的面向獨立組網（SA）的5G 系統架構和流程標準制訂完成，標志著全面實現5G 目標的新架構確定。

目前，國內運營商也陸續建成基于3GPP標準的5G 端到端試驗站點，各試驗城市在2018年底也已建成微服務化核心網和超過百個5G 試驗站點，并完成了多個5G 行業應用場景展示，5G 距離規模商用越來越近。

1 5G核心網架構

SBA 是3GPP 定義的5G 核心網的架構標準。NGMN 的SBA 項目在2017年3月由中國移動牽頭啟動，旨在溝通3GPP、ETSI、NGMN 等多個組織的相關工作，并就SBA 從部署、運營及后續發展方面形成運營商共識。這使得該項目對多個行業組織起到了重要的影響作用，促進了3GPP 把SBA 確定為5G 核心網基礎架構。

AMF：訪問和移動性管理功能，實現訪問控制和移動性管理。AMF 還包括網絡切片選擇功能（NSSF）。

SMF：會話管理功能，該功能設置并管理會話，與網絡策略相關聯。

UPF：用戶平面功能，根據服務類型，可以將UPFs 部署到各種配置和位置。類似于4G 的GWs。

PCF：策略控制功能，它提供了一個包含網絡切片、漫游和移動管理的策略框架，類似于4G 的PCRF。

UDM：統一數據管理，存儲用戶數據和配置文件。類似于4G 的HSS，但被同時用于固定和移動訪問。

NRF：NF 存儲功能，是提供注冊和發現功能的新功能，使網絡功能（NFs）可以相互發現并通過API 進行通信。

NEF：網絡開放功能，允許外部用戶（如企業或合作伙伴）接入的API 網關，它可以收集、提供和執行應用程序策略，供運營商網絡內的用戶使用。

AUSF：認證服務器功能。

2 移動邊緣計算（MEC）

ETSI 對于MEC 的標準定義是：在移動網邊緣提供IT 服務環境和云計算能力。對運營商來說，網絡分為三個部分：無線接入網、移動核心網、內容網絡。其中，無線接入網由基站組成，負責用戶移動終端的接入，移動核心網由一堆高性能的路由器和服務器組成，負責移動性管理、會話控制、策略控制等，并將無線基站連接到外部互聯網，內容網絡就是各種應用服務器提供內容服務，由各種數據中心、服務器抑或PC 機組成。運營商通常只掌管無線接入網和移動核心網兩部分，內容網絡則有內容服務商手中，用戶的各種上網需求通過這三種網絡在用戶終端和應用服務器之間完成數據交互。但是隨著各種新需求的出現，如AR/VR，V2X 等，當前傳統的網絡結構逐漸不堪重負，因此催生了MEC 的出現，即將網絡業務“下沉”到更接近用戶的無線接入網側，來實現更低的傳輸時延、更少的網絡擁塞。

圖1

3 面臨的挑戰

運營商核心網的網絡架構，自2G、3G 以來，直到目前的LTE，承載和控制的分離也逐步由功能分離轉換為功能實體分析?，F有核心網的部署較為集中，均部署在省會城市或區域中心城市。同樣，當前的網絡架構也為運營商的承載網絡造成了越來越大的壓力，特別是隨著國家提速降費的政策的進一步深化，無限流量套餐用戶習慣的進一步養成，網絡負荷的日益加重將是不可避免的。

同時，隨著5G 網絡的逐步規模商用，核心網對承載網絡的需求更加迫切。5G 的三大典型應用場景為增強移動寬帶（eMBB）、超高可靠超低時延通信（URLLC）、海量機器類通信（mMTC），從滿足應用場景來看，核心網和無線網的建設難度相對較低，而傳輸承載網絡和邊緣DC 的建設難度較大，且面臨更多地現實困難。

隨著網絡資源虛擬化的趨勢，核心網作為網絡的大腦也將更加集中化，通過建網初期完成功能網元的部署，后期通過硬件資源的彈性擴容即可逐步滿足日益增長的用戶需求。相應地，作為核心網部署所必須的配套資源，核心機樓的動力和空調資源需要提前規劃建設，并對現網老舊設備及時完成退網，提前騰退出相應資源。

而MEC 作為核心網的“觸角”，將伴隨著5G 承載網絡的建設遍布各個城市，實現越來越多地點場景的應用。隨著5G 網絡的逐步成熟，MEC 的部署地點也將越來越多，越來越靠近網絡邊緣，所需要的站址數量也將會越多。5G 三大場景應用的需求，對于MEC 和承載網設備來說，都將部署在邊緣DC，因此對邊緣DC 的選址、建設都將是5G 網絡建設中的一大重點?，F有節點機房的空間、動力、空調資源相對都比較緊張，同時部署MEC 和承載網設備的難度相對較大。在5G 網絡初期，5G應用需求尚不成規模，邊緣DC的需求數量、密度相對較小，但隨著5G 網絡規模的擴大，對邊緣DC 的需求將是跨越式的增長。而且，作為部署MEC 的節點機房所能提供的空間、動力、空調資源的能力，也是有一定要求。因此，提前選址、建設、儲備更多的節點機房以及改造現有部分機房，都將是5G 網絡建設中的一大重點。

4 5G核心網部署策略

5G 核心網建議采用SA 組網方案，通過核心網互操作實現4G 和5G 網絡的協同，初期主要滿足eMBB 場景需求。隨著標準和技術的逐步演進和完善，5G 核心網將按需升級支持mMTC 和URLLC 場景。

基于服務化架構的5G 核心網將采用云化部署，控制面集中部署，對用戶面轉發資源進行全局調度，用戶面可按需下沉，實現分布式靈活部署，體現網絡即服務理念，支持如下特性：

支持端到端到的網絡切片技術，實現網絡與不同業務類型的匹配、精準服務垂直行業的個性化需求；

支持邊緣計算技術，重點服務低時延、本地大流量業務的需求，解決邊緣計算在4G 網絡應用中網絡應用中存在的用戶識別、計費和監管等問題，為創新邊緣計算的盈利模式做好技術準備。

5G 核心網應具備語音業務的承接能力，初期采用從5G 回落到4G 網絡的方案，通過VoLTE 技術提供語音業務。

推動多網融合技術發展，在多網融合技術和產業成熟后，適時考慮5G 核心網支持多種接入方式的統一管理和統一認證，實現多種接入網絡之間的數據并發或數據調度，保持業務和會話的連續性，發揮多網融合優勢。

3GPP 提出了多種5G 與4G 互操作方案，包括5G SA 組網和NSA 組網兩類互操作方案。建議優先選擇SA 組網，并通過核心網互操作方案實現4G 網絡和5G 網絡的協同。對于語音業務，5G 實現全覆蓋相對較難，為避免頻繁切換，保持語音連續性，初期采用SA 下的5G 回落VoLTE 方案。當5G 網絡覆蓋性能全面提升并出現有市場需求的重要5G 業務時，適時考慮VoNR 等技術方案。

5 MEC部署策略

MEC 的部署主要兩種：基于現網的部署和基于5G 架構的部署。

基于現網的部署，即在LTE 網絡中部署MEC，其服務器主要以通過軟件升級或新增板卡插入內置于基站設備或作為獨立設備外置于基站后或網關后兩種形態存在。MEC 服務器位于基站與核心網之間，可部署在無線側（RAN 側）或部署在核心網側（CN 側）。

基于5G 架構的部署，相對于在LTE 網絡中部署來說，5G 下的MEC 與5G 網絡更深度融合，分流功能和策略功能使用了5G 標準的UPF 和PCF 網絡功能，能根本解決LTE 網絡中MEC 存在計費和策略的問題，因此MEC能真正實現商用。在5G 網絡中部署MEC，有無線接入側部署、邊緣部署和匯聚部署3 種方式，部署位置與業務場景關系密切，可按需部署。

MEC 具有多種靈活的部署方案，可根據不同場景、不同業務需求綜合選擇。根據權威研究報告預測，后4G 時代開始，移動數據流量和連接數將急劇增長，多種新業務對時延的要求將越來越高，預計未來幾年將有數以百億計的終端會與設備聯網，因此大量數據將需要在網絡邊緣側進行分析、處理和存儲。短期內相應的應用場景、業務不夠成熟，初期考慮在核心機樓、骨干匯聚節點部署MEC 平臺，滿足廣覆蓋、大流量和大連接的場景。同時，在接入層、匯聚層提前儲備節點機房備用，以應對后續越來越多場景應用引起的MEC 下沉需求。

6 結論

5G 核心網及MEC 的部署在5G 網絡建設初期，因網絡規模小，其所需求的配套資源也相對較少，面臨壓力也相對較小。但在日益加快的網絡建設進程中，只有未雨綢繆，提前為后期網絡部署準備好所需條件，才能為規模商用的開展鋪平道路，從而為5G 的各種場景提供快速服務能力。