5G轻量核心网在应急通信中的应用

曹 军，李宝锐

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京210019）

0 引 言

5G技术是目前世界顶尖的移动通信技术，可以在移动端通过全新设计的网络架构实现远强于传统通信技术的性能，并进行远程通信、交通运输以及医疗健康等的信息化交流。相较于传统的4G通信，5G拥有更大的带宽、更低的延时以及更加稳定可靠的网络能力，在应急通信保障领域具有广阔的应用前景。在应急通信的过程中，确定了快速成网、配备简单及易于维护的需求目标，而后可以通过5G标准SBA架构实现[1]。尽管5G网络有许多便捷之处，但依然存在业务流程过于复杂或网络配置有误差等不足。本文建立了一套轻量型的5G核心网作为低成本、低功耗以及易裁剪的替换目标，在数据转发传送的同时进一步控制应急通道的稳定，确保应急网络的自主性，使5G轻量型核心网成为应急通信的最新解决方案。本文基于轻量型5G核心网的架构设计与关键技术进行分析，并探索了5G轻量核心网在应急通信中的应用。

1 5G轻量核心网设计

现阶段的硬件技术无法完全实现5G通信网络的构建，且很难在紧急通信中做到零误差,只能做到核心网的分离式架构，通过N4的接口解耦缓解工作迟缓的问题，然而不同硬件厂家拥有不同规格的核心网，其CP和UP在网管程序中很难实现较小误差基础上的互联互通。如果利用分离式架构中的MEC或UPF实行下沉方案，那么就会直接被核心网硬件生产厂商绑定[2]。很多需要进行紧急通话的部门对于移动通信网络架构的安全性有较高的要求，相较于使用拥堵且通信延迟的公网，更倾向于使用另一个独立的通信网络。若在独立网络中安装与公网相同的完备核心网，其庞大复杂的功能会耗费大量的人力与物力。因此想要将独立网络建设为具备安全可靠性能且成本较为低廉的定制网络，可以参考下文介绍的方式来设计。

1.1 网元裁剪合设研究

一个5G核心网拥有众多的网元结构，但对于专注专业性能的行业专网来说，许多不适用于该行业的网元都是多余的，而5G轻量化核心网就是基于这种理念挑选出不适用于该行业的网元，然后裁剪掉不必要的网元结构[3]。剩下的这些功能贴合实际且联系较为紧密的网元则可以通过合设的方式将内外接口连接在一起，形成核心网系统内部的通信网络，节省核心网系统内部信息传递所占用的内存资源与通信开销。常见的5G轻量化核心网部署如图1所示。

图1 5G轻量化核心网部署图

AUSF是一个为通信方AMF业务提供UE鉴权服务的机构，在将AUSF与SMF连接在一起后，UDR就被当作UDM的后端，与UDM一起负责核心网数据处理的步骤，因此在组建5G轻量型核心网时通常选择将UDR和UDM合设。

1.2 网元功能按需定制研究

在将网元的冗余功能裁剪完毕之后，还需要考虑到不同行业有着不同的需求，因此对其进行网元功能按需定制[4]。本文研究的重点是5G轻量核心网，在一些工业制造领域的5G轻量化核心网中需要定制帧路由功能，才能使其发挥出最大的作用。在初始的5G核心网中有一些支持帧路由功能的网元可以作为UDM里连接在UE配件上的IP，便于工厂设备与中央处理器进行紧急通话，使中央处理器能够更好地管理工业设备。除此之外，很多行业相同的核心网内，不同场景也有着不同的需求。一些规模较大的企业有着分级不同的场景，需要5G移动通信网络提供不同等级的局域网和VPN功能来支持不同地点用户之间的远程通信，并最大程度地保证通信的连续性和稳定性[5]。

2 5G轻量核心网在应急通信中的应用分析

在5G轻量型核心网进行应急通信时，为了实现独立通信网络中特殊通信能够在临时紧急通信网络中正常应用，需要防止当前通信网络设施被破坏。灾难来临后被破坏的通信网络无法传达抢险救灾的信息，而5G轻量型核心网易部署且消耗低的特点会发挥出至关重要的作用。灾区原有通信设施，包括道路和电力设施等都会受到不同程度地损坏，因此在最初时刻进行紧急通信是一个十分重要的步骤，这也是现场指挥调度的关键。在尽最大速度恢复灾区当地的公用网络的同时，可以启用单用性传输网络，一旦灾区当地的5G公用核心网络基站与省级的网络核心基站之间无法有效连接，将会导致大范围的业务受阻，造成经济与人员损失[6]。这时可以通过专业性的5G轻量型核心网以保证用户签约数据同步性为前提，快速恢复当地的公用5G移动通信网络，满足灾区的基本通信需求。除此之外，定制型的5G轻量核心网还可以在通信现场快速构建一个应急通信系统。灾害发生后，灾区当地的公用通信网络大概率会直接瘫痪，无法承担远程紧急通信调度的作用，灾区当地居民无法利用现有公网设施通信，这时就需要一个能够快速与外界连接的个人通信系统，这个通信网络要具有非常高的机动性、灵活性和稳定性。在应急通信传输设备、便携式5G网络基站以及系留式无人机等的帮助下，可以构建一个能够进行灾区应急信息管理的轻量型5G核心网，使其覆盖整个灾区，从而保证现场的通信调度，帮助受灾群众与外界沟通。

3 结 论

5G网络通信技术是推动社会通信发展与数字化转型的重要技术。为了提升5G网络在紧急通信中的作用，本文提出了一种轻量型的5G核心网技术，对5G轻量型核心网进行了详细地研究和分析，并探究了这种技术在紧急通信中的应用，旨在为相关人员提供参考。