基于大区的5G核心网业务承载研究

0 引言

基于SA 组网的5G 核心网部署以大区化为基础，以多级通信云为基础设施，将业务面和控制面分层部署，实现“任何终端，任何接入”的核心网演进目标。这不仅仅需要4G、5G 核心网的融合，也需要承载网的统一。

智能城域网是以通信云为中心，以标准化、自动化、智能化为目标构建的云网一体化承载网络，采用SR+EVPN 统一承载协议，实现网络路由协议简化；将5G、家宽、大客户业务统一承载，简化网络结构的同时提高网络能力，避免多张网络之间背靠背端口的浪费，满足未来各类业务发展需求。

对于5G核心网来说，智能城域网接入、汇聚、核心3 层网络结构很好地满足了5G 核心网用户面下沉灵活部署的需求，实现云边协同。未来可将本地IP 承载网和IPRAN 网络逐步融合，提供差异化、确定性SLA保障能力，最终实现固移、4G/5G的承载融合。

目前，智能城域网滞后于5G 核心网的建设，智能城域网的建设需充分考虑5G核心网的业务承载需求，因此，如何基于当前的网络结构满足5G 业务承载需求，又便于后期网络的融合演进是需要解决的问题。本文对大区中心城市的5G 核心网的业务疏通方案进行了探讨，以期对后续的网络演进和建设提供参考。

1 当前承载网络结构

网络建设初期，5G 业务尚未形成规模，业务量较小的地（市）暂不建设用户面DC，因此，用户面的业务疏通可参考4G 网络结构，同时，后续的网络融合需考虑当前的网络结构，所以先对当前4G网络的承载结构进行简单介绍。

4G 核心网在省级大区中心部署，初期各地（市）4G 业务回传流量经IPRAN 汇聚后传送至承载B网，然后转发至大区中心本地IP 承载网的汇聚MR 路由器，最终传送至EPC 核心网完成处理，实现公网的访问。4G业务流量共经过IPRAN、承载B网、本地IP承载网3个自治系统，转发节点多，随着4G 业务的增长，3 张承载网络均需同步扩容，带来端口资源的极大浪费，并且拉长了扩容周期。在此背景下，运营商对4G的承载网络进行了改造，将IPRAN 的核心路由器和大区中心MR 直连，实现4G 业务的扁平化承载。改造后网络结构如图1所示。

图1 4G回传承载网络结构示意图

在流量较大的地（市）如南阳，已采用CUPS 架构将用户面下沉，实现用户面和控制面的分离，此架构呈现了一定的5G特性。目前在南阳本地DC机房建设了硬件资源池，基于NFV 技术实现用户面GW-U 的部署，在郑州DC 机房实现控制面GW-C 的部署，4G 流量在南阳本地实现公网访问而不必再回传至省大区中心。相对于传统4G 业务的承载主要有以下几个方面特点。

a）IPRAN 网络和南阳DC 机房的DCGW 直连，完成S1-U业务的疏通。

b）由于南阳属于洛阳大区，其IPRAN网络未和郑州的本地IP 承载网MR 汇聚路由器直连，同时IRRAN网络未开通疏通Sx 接口业务的GPRS_Gn_C 业务VPN，因此用户面和控制面之间的信令业务依然通过本地IP 承载网和承载B 网完成转发互通，未采用IPRAN 直连郑州本地IP 承载网MR 的方式疏通信令面业务。

c）DCGW 经防火墙隔离后直接接入中国联通169网络，防火墙和CR 建立EBGP 邻居关系，不再使用Gi路由器，从而减少了一跳。

2 5G核心网业务承载研究

转控分离的5G核心网实现了用户面的去中心化，用户面可按业务量及需求部署在省、市或下沉至网络边缘并承载MEC 业务。而控制面可以更加集中，仅需部署在全国几个大区，每个大区承载若干省的控制面实现集约化部署，形成大区和本地2 层架构。本文从用户面和控制面2 个方面对5G 核心网的业务承载进行研究分析。

2.1 5G核心网的用户面业务承载研究

为保证用户数据业务的连续性，需考虑业务网关（SMF 和GW-C、UPF 和GW-U）的融合部署，SMF 和GW-C 融合部署在5G 核心网控制面大区中心，UPF 和GW-U 可根据需求灵活地融合部署在省、市甚至更靠近用户的地方。

业务量较大的地（市），建设有通信云DC 并部署融合网关（UPF/GW-U），本文以比较典型的双DC为例来说明其网络结构。

智能城域网核心路由器MCR 和2 个DC 的出口路由器DCGW 分别建立EBGP 邻居关系，疏通N3 接口流量，DC 所承载业务比例可由5G 核心网来控制。DCGW 通过防火墙隔离后直接接入中国联通169 网络实现手机用户的公网访问。

通信云用户面DC部署的融合网关不仅承载5G业务，同时可承载4G 业务。4G 业务的疏通需要IPRAN和智能城域网互通完成，IPRAN 核心路由器和MCR 以fake AS 的optionA 方式互联实现跨域连接。后期伴随4G 业务量的减少可逐步将IPRAN 网络融入智能城域网，实现承载的统一。

同中国电信的互通可通过智能城域网的MCR 与中国电信IPRAN 网络的核心路由器直连实现，核心设备间采用单边100G 带宽的口字型互联，后期根据5G业务量的大小，可考虑将MER与中国电信IPRAN汇聚直连。

用户面和控制面之间的信令交互由N4接口完成，此外，信令面和用户面往往采用同一云管平台以统一编排，统一管理，因此用户面DC 和信令面DC 之间还存在着MANO、网管流量疏通的需求。这2 部分业务均由承载B 网转接疏通，仅需采用不同VPN 进行信令、MANO 和网管流量的隔离，具体组网如图2 所示。此外维护人员对DC 资源池也有操作需求，这需要打通DC通信云和DCN网络。

图2 5G用户面和信令面间业务互通网络结构示意图

对于业务量较小的地（市），初期不考虑通信云的建设，其5G 业务的承载可借鉴当前4G 网络结构，在2个省级大区中心建设省级5G 业务出口来承载这些地（市）的5G 业务。对这些地（市）来说，MCR 依然需要和中国联通IPRAN 网络互通以保证用户数据业务的连续性，同中国电信IPRAN 网络互通以共享5G 站业务。这些地（市）5G 业务的回传则参考4G 业务回传承载网络结构，不由承载B 网转接，由地（市）MCR 同省级大区中心MCR 直连来完成，实现业务的扁平化承载。后续，伴随着这些地（市）业务量的增长，逐步实现用户面DC 的建设和下沉，并且随着4G 业务量的减少，可逐步将4G 业务迁移至5G 通信云，原4G 回传承载网逐步融入智能城域网或者实现退网。

2.2 5G核心网控制面的业务承载研究

控制面内部各网元之间的交互在通信云内部完成疏通，通信云内部网络结构如图3 所示。资源池内采用leaf-spine-DCGW 3 层组网架构，根据业务类型划分为业务平面（主要包括信令、计费等业务）、存储/管理平面（主要包括MANO、存储调度等流量）和硬件管理平面（主要包括硬件告警采集以及传统网管等流量）。其中存储/管理流量以及硬件管理流量较小，spine设备合设，以提升投资效益。

不同平面间流量在服务器侧采用物理端口隔离，保证互不干扰，同一平面内不同功能接口之间采用不同子接口逻辑隔离。通信云内部VNF 之间交互的流量根据其所在服务器的不同，由leaf 或spine 完成疏通而不必发送至DCGW。

图3 通信云内部网络结构示意图

通信云内部可考虑引入SDN 控制器，SDN 控制器和NFVO 联动实现网络数据自动配置，云资源自动调度。但目前SDN控制器和NFVO之间的接口尚未形成统一标准，多为厂商私有接口，因此其仅适合于2层解耦。

控制面除了同用户面交互外，还需考虑5G 和4G的互操作，对于控制面来说，4G/5G 互操作主要考虑用户数据（UDM 和HSS）的融合来保证用户数据的一致性，策略数据（PCF和PCRF）的融合来保证用户策略的一致性，目前4G 业务均由本地IP 承载网接入，用户数据和策略数据的融合使得5G 控制面需要和本地IP 承载网进行互通，其互通可由承载B网转接完成。

用户和策略数据的融合，需要省内HSS 和大区UDM、省内PCRF 和大区PCF 互通，实现大区UDM 的后端UDR 与省内HSS 后端BE、前端FE，大区UDM 的前端UDM 与省内HSS的后端BE 之间通信业务。同时实现大区PCF 的后端UDR 与省内PCRF 后端SPR、前端PCRF，大区PCF 的前端PCF 与省内PCRF 的后端SPR 之间通信业务。由于当前省内HSS前后端通信采用的VPN 为4G_Ud，而5G 前后端通信采用的VPN 为5G_Ud，对此，有以下3 种方式实现用户和策略数据互通。

a）在承载B 网侧打通4G_Ud 和5G_Ud 之间的路由实现互通。

b）在本地IP承载网创建新接口，VPN 使用5G_Ud接入省内HSS 和PCRF 以实现同UDM、PCF 之间的业务互通。

c）在大区UDM 及PCF 侧创建新接口，VPN 使用4G_Ud以实现同HSS、PCRF之间的业务互通。

由于目前4G_Ud 仅为省内互通，存在各省IP 地址复用的情况，因此，方案b）是较好的实现方法。

总体来看，5G核心网控制面根据业务需求与IP承载B 网、DCN 等外部网络互通，与本地IP 承载网、智能城域网的互通则均由承载B网转接。而用户面和信令面不同，需与169 网络、智能城域网、DCN 等外部网络互通，同IPRAN、承载B网的互通则均由智能城域网转接。

3 结束语

5G 提供了令人振奋的网络能力，对传统电信网络结构是一次颠覆和重构，但同时也具有网络演进的连续性，5G 核心网的业务承载也是如此。智能城域网采用SR+EVPN 等路由技术逐步实现全业务端到端的统一承载和融合，这是中国联通5G 承载的解决方案，是云网融合的重要组成部分，而5G的承载除了智能城域网外，还需考虑本地IP 承载网、IPRAN 等网络。本文从中国联通现网出发，对5G核心网的业务承载进行了分解和探讨，并对本地IP 承载网、IPRAN 网络逐步融入智能城域网进行了展望。未来几年，高效地实现业务的迁移实现网络融合演进是一个长期课题，也是下一步研究的方向。