5G輕量核心網在應急通信中的應用

曹 軍，李寶銳

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京210019）

0 引 言

5G技術是目前世界頂尖的移動通信技術，可以在移動端通過全新設計的網絡架構實現遠強于傳統通信技術的性能，并進行遠程通信、交通運輸以及醫療健康等的信息化交流。相較于傳統的4G通信，5G擁有更大的帶寬、更低的延時以及更加穩定可靠的網絡能力，在應急通信保障領域具有廣闊的應用前景。在應急通信的過程中，確定了快速成網、配備簡單及易于維護的需求目標，而后可以通過5G標準SBA架構實現[1]。盡管5G網絡有許多便捷之處，但依然存在業務流程過于復雜或網絡配置有誤差等不足。本文建立了一套輕量型的5G核心網作為低成本、低功耗以及易裁剪的替換目標，在數據轉發傳送的同時進一步控制應急通道的穩定，確保應急網絡的自主性，使5G輕量型核心網成為應急通信的最新解決方案。本文基于輕量型5G核心網的架構設計與關鍵技術進行分析，并探索了5G輕量核心網在應急通信中的應用。

1 5G輕量核心網設計

現階段的硬件技術無法完全實現5G通信網絡的構建，且很難在緊急通信中做到零誤差,只能做到核心網的分離式架構，通過N4的接口解耦緩解工作遲緩的問題，然而不同硬件廠家擁有不同規格的核心網，其CP和UP在網管程序中很難實現較小誤差基礎上的互聯互通。如果利用分離式架構中的MEC或UPF實行下沉方案，那么就會直接被核心網硬件生產廠商綁定[2]。很多需要進行緊急通話的部門對于移動通信網絡架構的安全性有較高的要求，相較于使用擁堵且通信延遲的公網，更傾向于使用另一個獨立的通信網絡。若在獨立網絡中安裝與公網相同的完備核心網，其龐大復雜的功能會耗費大量的人力與物力。因此想要將獨立網絡建設為具備安全可靠性能且成本較為低廉的定制網絡，可以參考下文介紹的方式來設計。

1.1 網元裁剪合設研究

一個5G核心網擁有眾多的網元結構，但對于專注專業性能的行業專網來說，許多不適用于該行業的網元都是多余的，而5G輕量化核心網就是基于這種理念挑選出不適用于該行業的網元，然后裁剪掉不必要的網元結構[3]。剩下的這些功能貼合實際且聯系較為緊密的網元則可以通過合設的方式將內外接口連接在一起，形成核心網系統內部的通信網絡，節省核心網系統內部信息傳遞所占用的內存資源與通信開銷。常見的5G輕量化核心網部署如圖1所示。

圖1 5G輕量化核心網部署圖

AUSF是一個為通信方AMF業務提供UE鑒權服務的機構，在將AUSF與SMF連接在一起后，UDR就被當作UDM的后端，與UDM一起負責核心網數據處理的步驟，因此在組建5G輕量型核心網時通常選擇將UDR和UDM合設。

1.2 網元功能按需定制研究

在將網元的冗余功能裁剪完畢之后，還需要考慮到不同行業有著不同的需求，因此對其進行網元功能按需定制[4]。本文研究的重點是5G輕量核心網，在一些工業制造領域的5G輕量化核心網中需要定制幀路由功能，才能使其發揮出最大的作用。在初始的5G核心網中有一些支持幀路由功能的網元可以作為UDM里連接在UE配件上的IP，便于工廠設備與中央處理器進行緊急通話，使中央處理器能夠更好地管理工業設備。除此之外，很多行業相同的核心網內，不同場景也有著不同的需求。一些規模較大的企業有著分級不同的場景，需要5G移動通信網絡提供不同等級的局域網和VPN功能來支持不同地點用戶之間的遠程通信，并最大程度地保證通信的連續性和穩定性[5]。

2 5G輕量核心網在應急通信中的應用分析

在5G輕量型核心網進行應急通信時，為了實現獨立通信網絡中特殊通信能夠在臨時緊急通信網絡中正常應用，需要防止當前通信網絡設施被破壞。災難來臨后被破壞的通信網絡無法傳達搶險救災的信息，而5G輕量型核心網易部署且消耗低的特點會發揮出至關重要的作用。災區原有通信設施，包括道路和電力設施等都會受到不同程度地損壞，因此在最初時刻進行緊急通信是一個十分重要的步驟，這也是現場指揮調度的關鍵。在盡最大速度恢復災區當地的公用網絡的同時，可以啟用單用性傳輸網絡，一旦災區當地的5G公用核心網絡基站與省級的網絡核心基站之間無法有效連接，將會導致大范圍的業務受阻，造成經濟與人員損失[6]。這時可以通過專業性的5G輕量型核心網以保證用戶簽約數據同步性為前提，快速恢復當地的公用5G移動通信網絡，滿足災區的基本通信需求。除此之外，定制型的5G輕量核心網還可以在通信現場快速構建一個應急通信系統。災害發生后，災區當地的公用通信網絡大概率會直接癱瘓，無法承擔遠程緊急通信調度的作用，災區當地居民無法利用現有公網設施通信，這時就需要一個能夠快速與外界連接的個人通信系統，這個通信網絡要具有非常高的機動性、靈活性和穩定性。在應急通信傳輸設備、便攜式5G網絡基站以及系留式無人機等的幫助下，可以構建一個能夠進行災區應急信息管理的輕量型5G核心網，使其覆蓋整個災區，從而保證現場的通信調度，幫助受災群眾與外界溝通。

3 結 論

5G網絡通信技術是推動社會通信發展與數字化轉型的重要技術。為了提升5G網絡在緊急通信中的作用，本文提出了一種輕量型的5G核心網技術，對5G輕量型核心網進行了詳細地研究和分析，并探究了這種技術在緊急通信中的應用，旨在為相關人員提供參考。