5G核心网的部署策略

宋鹏

摘要：2017年12月，3GPP批准了使用现有4GLTE作为基础进行5G连接的5G非独立（NSA，Non-StandAlone）标准。2018年6月批准了5G独立组网（SA，StandAlone）功能冻结。标志着5G已经完成第一阶段全功能标准化工作，进入了产业全面冲刺新阶段。进而结合国内运营商的目前现状，从现网实际部署情况出发，结合核心网虚拟化进程，给出5G核心网部署的建议。

关键词：5G；融合组网；部署策略

中图分类号：TN929 文献标识码：A

引言

在日益加快的网络建设进程中，只有未雨绸缪，提前为后期网络部署准备好所需条件，才能为规模商用的开展铺平道路，从而为5G的各种场景提供快速服务能力。

1、部署原则及环境准备

（1）网关分离和重新配置。网关设备可以实现C/U分离和接近CN部署，同时对现有网络的S/PGW硬件进行复用，将其转化为GW-U，并与云端GW-U组成混合池，实现业务平衡和无缝迁移。（2）4/5G核心网混合组网。将5G业务模块引入4G核心网，形成4/5G混合云网络部署。同时，云MME和传统的MME组成了混合池，并顺利发展到5G。（3）综合5G核心网。控制平面完全集成。传统的4GEPC通过软件升级逐步融合，与5GC融合，形成5G集成网络部署。（4）直流环境准备。5G移动核心网络需要云化MME/HSS/PCRF以支持EMBB场景。同时，省、市核心需要集中部署VEPC，现有的省级中央工程总承包需要虚拟化，而吉布达·伟士-U下沉到市政核心。这些网络架构的变化需要重建直流机房，以满足5G网络部署的需要。直流机房改造需提前规划，优化现有动力/空调容量大冗余机房的预改造需求。同时，根据网络NFV部署路径，按照“区域DC、核心DC、边缘DC”的区域划分，按需进行改造部署。

2、5G核心网架构及技术实现

软件定义网络（SoftwareDefinedNetwork，SDN），是一种新型网络创新架构，它利用分层模式将网络控制面与数据面分离。网络控制面包含具有逻辑集中化的可编程控制器，通过其掌握的网络全局信息，为运营商和科研人员提供管理配置网络和部署新协议的能力，其核心技术OpenFlow，它为5G网络带来了灵活性和可编程性，通过OpenFlow将5G网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制。5G核心网构架主要分为应用层、控制层和网络基础设施层三个部分。应用层主要包括各种不同的商业应用和业务功能；控制层通过SDN软件主要负责处理平面资源的编排，维护网络拓扑、信息状态等并通过API（ApplicationProgrammingInterface，应用程序编程接口）与应用层进行互联；网络基础设施层主要进行网络信息数据的收集、处理以及轉发功能。控制层与网络基础设施层之间的接口以及应用层与控制层之间的接口是5G核心网构架的重要组成部分，根据网络接口与控制层的位置关系，控制层与网络基础设施层之间的接口称为南向接口，应用层与控制层之间的接口称为北向接口，南向接口具有开放性的OpenFlow标准，实现转发设备的标准化和开放化。基于SDN的5G核心网构架如图1所示：

图1 5G核心网络构架图

5G核心网络架构主要技术特征，包括接入网侧控制面与数据面分离、覆盖与容量分离或部分控制功能提取、集群集中控制无线资源的集中协调管理、核心网的本地调车和灵活路由功能，主要包括通过控制面和数据面的分离和控制面的集中。将5G网络软硬件解耦的网络功能虚拟化技术相结合，可以有效地满足核心网络架构的技术特点，使5G网络开放、可编程、灵活、可扩展。此外，通过云计算技术和用户体验数据分析，实现5G网络与业务的深度融合，使5G网络具有用户行为和业务感知能力，更具智能化特征。

3、5G核心网部署策略

5G核心网建议采用SA组网方案，通过核心网互操作实现4G和5G网络的协同，初期主要满足eMBB场景需求。随着标准和技术的逐步演进和完善，5G核心网将按需升级支持mMTC和URLLC场景。基于服务化架构的5G核心网将采用云化部署，控制面集中部署，对用户面转发资源进行全局调度，用户面可按需下沉，实现分布式灵活部署，体现网络即服务理念，支持如下特性：支持端到端到的网络切片技术，实现网络与不同业务类型的匹配、精准服务垂直行业的个性化需求；支持边缘计算技术，重点服务低时延、本地大流量业务的需求，解决边缘计算在4G网络应用中网络应用中存在的用户识别、计费和监管等问题，为创新边缘计算的盈利模式做好技术准备。5G核心网应具备语音业务的承接能力，初期采用从5G回落到4G网络的方案，通过VoLTE技术提供语音业务。推动多网融合技术发展，在多网融合技术和产业成熟后，适时考虑5G核心网支持多种接入方式的统一管理和统一认证，实现多种接入网络之间的数据并发或数据调度，保持业务和会话的连续性，发挥多网融合优势。3GPP提出了多种5G与4G互操作方案，包括5GSA组网和NSA组网两类互操作方案。建议优先选择SA组网，并通过核心网互操作方案实现4G网络和5G网络的协同。对于语音业务，5G实现全覆盖相对较难，为避免频繁切换，保持语音连续性，初期采用SA下的5G回落VoLTE方案。当5G网络覆盖性能全面提升并出现有市场需求的重要5G业务时，适时考虑VoNR等技术方案。

4、MEC部署策略

MEC部署有两种主要类型：当前基于网络的部署和5G基于架构的部署，MEC在LTE网络中的部署是基于现有网络的部署，其服务器主要通过软件升级或在基站设备中插入新板或作为基站或网关后的独立设备存在，MEC服务器位于基站和核心网络之间，可以部署在无线端（RAN端）或核心网络端（CN端）。基于5G架构的部署，与LTE网络相比5G下的MEC与5G网络的集成更为深入，发散函数和策略函数采用5G标准的UPF和PCF网络函数，从根本上解决了LTE网络中MEC的计费和策略问题，真正实现了MEC的商业应用。MEC在5G网络中的部署包括无线接入端部署、边缘部署和汇聚部署。部署位置与业务场景密切相关，可以按需部署，MEC有多种灵活的部署方案，可以根据不同的场景和业务需要进行选择。权威研究报告显示，4G后时代的移动数据流量和连接数将大幅增加，对许多新业务的延迟要求将越来越高。预计未来几年将有数百亿终端接入设备，因此需要在网络边缘进行大量的数据分析、处理和存储。短期内，相应的应用场景和服务还不够成熟。初期在核心楼和骨干汇聚节点部署MEC平台，以满足大覆盖、大流量、大连接的情况。同时，在接入层和汇聚层，提前预留节点空间，以满足越来越多后续场景应用带来的MEC下沉需求。

结束语

目前，国内运营商也陆续建成基于3GPP标准的5G端到端试验站点，各试验城市在2018年底也已建成微服务化核心网和超过百个5G试验站点，并完成了多个5G行业应用场景展示，5G距离规模商用越来越近。

参考文献

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[2]刘德全，崔波，姚键，陈安华.5G网络部署方案研究[J].广东通信技术，2017，37（09）：2-7.

[3]曹亘，李佳俊，李轶群，李福昌.5G网络架构的标准研究进展[J].移动信，2017，41（02）：32-37

（作者单位：中国联合网络通信有限公司天津市分公司）