5G 核心网的部署策略

文/刘慧洋

2017年12月，3GPP 批准了使用现有4G LTE 作为基础进行5G 连接的5G 非独立（NSA，Non-Stand Alone）标准。2018年6月批准了5G 独立组网（SA，Stand Alone）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。

独立组网的5G 核心网一方面能够实现全5G 的能力，另一方面可以避免网络的多次升级，对运营商有非常重要的意义。2017年12月，由中国移动牵头设计的面向独立组网（SA）的5G 系统架构和流程标准制订完成，标志着全面实现5G 目标的新架构确定。

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。

1 5G核心网架构

SBA 是3GPP 定义的5G 核心网的架构标准。NGMN 的SBA 项目在2017年3月由中国移动牵头启动，旨在沟通3GPP、ETSI、NGMN 等多个组织的相关工作，并就SBA 从部署、运营及后续发展方面形成运营商共识。这使得该项目对多个行业组织起到了重要的影响作用，促进了3GPP 把SBA 确定为5G 核心网基础架构。

AMF：访问和移动性管理功能，实现访问控制和移动性管理。AMF 还包括网络切片选择功能（NSSF）。

SMF：会话管理功能，该功能设置并管理会话，与网络策略相关联。

UPF：用户平面功能，根据服务类型，可以将UPFs 部署到各种配置和位置。类似于4G 的GWs。

PCF：策略控制功能，它提供了一个包含网络切片、漫游和移动管理的策略框架，类似于4G 的PCRF。

UDM：统一数据管理，存储用户数据和配置文件。类似于4G 的HSS，但被同时用于固定和移动访问。

NRF：NF 存储功能，是提供注册和发现功能的新功能，使网络功能（NFs）可以相互发现并通过API 进行通信。

NEF：网络开放功能，允许外部用户（如企业或合作伙伴）接入的API 网关，它可以收集、提供和执行应用程序策略，供运营商网络内的用户使用。

AUSF：认证服务器功能。

2 移动边缘计算（MEC）

ETSI 对于MEC 的标准定义是：在移动网边缘提供IT 服务环境和云计算能力。对运营商来说，网络分为三个部分：无线接入网、移动核心网、内容网络。其中，无线接入网由基站组成，负责用户移动终端的接入，移动核心网由一堆高性能的路由器和服务器组成，负责移动性管理、会话控制、策略控制等，并将无线基站连接到外部互联网，内容网络就是各种应用服务器提供内容服务，由各种数据中心、服务器抑或PC 机组成。运营商通常只掌管无线接入网和移动核心网两部分，内容网络则有内容服务商手中，用户的各种上网需求通过这三种网络在用户终端和应用服务器之间完成数据交互。但是随着各种新需求的出现，如AR/VR，V2X 等，当前传统的网络结构逐渐不堪重负，因此催生了MEC 的出现，即将网络业务“下沉”到更接近用户的无线接入网侧，来实现更低的传输时延、更少的网络拥塞。

图1

3 面临的挑战

运营商核心网的网络架构，自2G、3G 以来，直到目前的LTE，承载和控制的分离也逐步由功能分离转换为功能实体分析。现有核心网的部署较为集中，均部署在省会城市或区域中心城市。同样，当前的网络架构也为运营商的承载网络造成了越来越大的压力，特别是随着国家提速降费的政策的进一步深化，无限流量套餐用户习惯的进一步养成，网络负荷的日益加重将是不可避免的。

同时，随着5G 网络的逐步规模商用，核心网对承载网络的需求更加迫切。5G 的三大典型应用场景为增强移动宽带（eMBB）、超高可靠超低时延通信（URLLC）、海量机器类通信（mMTC），从满足应用场景来看，核心网和无线网的建设难度相对较低，而传输承载网络和边缘DC 的建设难度较大，且面临更多地现实困难。

随着网络资源虚拟化的趋势，核心网作为网络的大脑也将更加集中化，通过建网初期完成功能网元的部署，后期通过硬件资源的弹性扩容即可逐步满足日益增长的用户需求。相应地，作为核心网部署所必须的配套资源，核心机楼的动力和空调资源需要提前规划建设，并对现网老旧设备及时完成退网，提前腾退出相应资源。

而MEC 作为核心网的“触角”，将伴随着5G 承载网络的建设遍布各个城市，实现越来越多地点场景的应用。随着5G 网络的逐步成熟，MEC 的部署地点也将越来越多，越来越靠近网络边缘，所需要的站址数量也将会越多。5G 三大场景应用的需求，对于MEC 和承载网设备来说，都将部署在边缘DC，因此对边缘DC 的选址、建设都将是5G 网络建设中的一大重点。现有节点机房的空间、动力、空调资源相对都比较紧张，同时部署MEC 和承载网设备的难度相对较大。在5G 网络初期，5G应用需求尚不成规模，边缘DC的需求数量、密度相对较小，但随着5G 网络规模的扩大，对边缘DC 的需求将是跨越式的增长。而且，作为部署MEC 的节点机房所能提供的空间、动力、空调资源的能力，也是有一定要求。因此，提前选址、建设、储备更多的节点机房以及改造现有部分机房，都将是5G 网络建设中的一大重点。

4 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5G SA 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。

5 MEC部署策略

MEC 的部署主要两种：基于现网的部署和基于5G 架构的部署。

基于现网的部署，即在LTE 网络中部署MEC，其服务器主要以通过软件升级或新增板卡插入内置于基站设备或作为独立设备外置于基站后或网关后两种形态存在。MEC 服务器位于基站与核心网之间，可部署在无线侧（RAN 侧）或部署在核心网侧（CN 侧）。

基于5G 架构的部署，相对于在LTE 网络中部署来说，5G 下的MEC 与5G 网络更深度融合，分流功能和策略功能使用了5G 标准的UPF 和PCF 网络功能，能根本解决LTE 网络中MEC 存在计费和策略的问题，因此MEC能真正实现商用。在5G 网络中部署MEC，有无线接入侧部署、边缘部署和汇聚部署3 种方式，部署位置与业务场景关系密切，可按需部署。

MEC 具有多种灵活的部署方案，可根据不同场景、不同业务需求综合选择。根据权威研究报告预测，后4G 时代开始，移动数据流量和连接数将急剧增长，多种新业务对时延的要求将越来越高，预计未来几年将有数以百亿计的终端会与设备联网，因此大量数据将需要在网络边缘侧进行分析、处理和存储。短期内相应的应用场景、业务不够成熟，初期考虑在核心机楼、骨干汇聚节点部署MEC 平台，满足广覆盖、大流量和大连接的场景。同时，在接入层、汇聚层提前储备节点机房备用，以应对后续越来越多场景应用引起的MEC 下沉需求。

6 结论

5G 核心网及MEC 的部署在5G 网络建设初期，因网络规模小，其所需求的配套资源也相对较少，面临压力也相对较小。但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。