5G轻量核心网在应急通信中的应用分析

俞乐

【摘要】    移动通信网络最关键的部位便是核心网，其主要作用在于移动终端和数据中心的会话管理与数据传输，具有中心转接的作用。同4G网络相比，5G通信网络实现了全方位的提升，但是在应急通信过程中仍存在一定的问题，为了解决相关问题，5G轻量核心网应运而生。基于此，本文对5G轻量核心网在应急通信中的应用展开分析。

【关键词】    5G    轻量化    核心网    应急通信

应急通信需要满足快速部署、快速上线的需求，同时需要对配置流程进行简化，但是以3GPP标准为基础的组网架构过于复杂，无法满足以上需求。5G具备全新的网络架构和性能，适用于应急救援、监测预警、应急通信保障等业务范围。轻量化5G核心网具有低成本、低功耗、易裁剪等特点，在数据传输的过程中能够给进一步确保应急通道的稳定性，保障应急网络的自主性，为应急通信提供了便利，具有较高的应用价值。

一、核心网轻量化的重要性

核心网是移动通信网络的关键组别部分，具有承上启下的作用，具备终端客户移动管理、会话管理以及数据传输等复杂功能[1]。

同传统模式下以专用硬件设备为基础的移动通信网络比较，5G核心网具有分离式结构，不但充分运用过网络功能虚拟化云原生设计思想，以x86平台的常规服务器和优化后的OpenStack等虚拟化平台为基础，在软件化、服务化和模块化的作用下建立网络，实现各项功能的独立自治，无论是升级还是改造均不会对功能造成影响;另外完全实现控制面和用户面的分离，打破了用户面功能受集约化部署的局面，实现对核心網、接入网等不同层面的灵活部署。如图1所示。

AMF的主要功能为用户的移动性与接入管理;SMF的主要功能为用户的会话管理;UDM能够对前台数据进行综合处理，如用户标识、签约数据以及鉴权数据等;AUSF与UDM联合应用能够实现对鉴权数据的有效处理;UDR和UDSF能够有效存储后台相关数据，其中前者的功能为结构化数据的存储，为PCF存储和检索策略数据提供保障，支持NEF的检索和存储;后者的功能为非结构化数据的存储。控制面和网络平台功能的NF主要组成部分为NEF、NRF与NSSF，其功能分别为网络开放功能、网络存储功能和网络切片选择功能。NEF的作用在于网络数据对外开放，NRF的作用在于对NF进行管理和等级，NSSF的作用为管理网络切片信息。

传统模式下需要通过专门的硬件平台建立核心网，软件具有一定的复杂性，因此对核心网设备技术水平的要求较高，仅有少量的主流设备具备良好的研发和生产能力。5G核心网的解耦与分离架构使网元间的分工更加明确，因此为轻量5G核心网的实现提供了保障。轻量核心网并不需要应用大量的资源实现全部功能技术，仅仅在单个硬件服务器便能够实现全部的功能。具有成本低、功耗小、易裁剪、体积小等优势，能够结合企业的具体情况对方案设计进行灵活调整，有效提高专网的安全性以及管理工作的灵活性，降低成本，减少维护工作难度，并且其应用场景十分广泛[2]。

二、5G轻量核心网的优点

5G轻量核心网的有点主要体现在以下两个方面：

1.实现专用产品的可定制化。5G轻量化产品为主要面向诸多行业定值的专用设备，具有一体化的特点，以虚拟化不适为基础，集合客户的需求与MEC设备、安全防护软件、AI系统等集成，经采取体积较小的常规基础设施便能够实现网络的开通和部署。另外，对话务量、上下行速率需求不同的5G轻量化核心网产品能够灵活配置规格不同的服务器，具有通用性，对于一些转发数据量的额行业来说还能设置硬件加速卡，进而能够给在有限的资源和条件下提高系统吞吐率。

2.实现网络的高度融合。为个案行业领域定值5G专网还需要实现信息化网络和原有专网的有效融合，需要开放网络管理系统和数据库标准接口，有效调度5G专网与原专网、企业内网和本地管理中心，保证业务与会话的连续性。另外5G轻量化核心网具有整合功能，支付多接入方式的统一管理与验证。比如说，为兼容已有有线固定介入与其他无线接入终端，能够设置集成接入网关，与5G核心网连接，减少终端接入系统的复杂性和低效性，避免网络功能的冗余。

三、5G轻量核心网技术概述

3.1 目前核心网结构存在的问题

目前核心网架构存在的问题主要有：

1.系统架构网元繁多，网元间分工较细，交互流程较多，导致其服务能力下降。

2.配置较为复杂，对紧急情况下提供快速上线网络形成阻碍。

3.网元数量较多导致系统过于复杂，对设备能耗的需求较高，长时间通信困难，不适用于应急通信[3]。

4.网元数量较多导致部署难度较高，无法满足快速组网需求。

5.网元数量较多，业务初始上线需要进行服务注册，导致系统业务复杂度增加。

3.2 轻量核心网关键技术

为了解决以上问题，轻量核心网对传统核心网进行了以下改进。

1.对配置进行简化。首先使用典型配置模板，在应急情况下选择合适的模板便可以展开相应业务;其次，因为5G核心网具备转发和控制面分离等特点，对全部网元通过接口对接网管系统进行规范，以防发生其他网元配置不统一的情况。

2.实现对网元的有效整合。首先，NSSS集成至AMF。切片选择功能网元NSSF通过模块的方式集成至AMF，如图2所示。接入用户与会话建立时能够在内部直接得到相关信息，实现了对流程的简化。其次，认证AUSF通过模块的方式集成至UDM，直接在内部对认证过程进行快速处理，能够有效减少认证流程。

3.对策略进行有效优化。首先在网元选择方面，进行接入和会话流程中，为了减少网元之间的交付，提高业务水平，网元选择均使用本地策略选择。其次，正常标准下策略控制通过PCF灵活、动态生成，涵盖的交互流程多而复杂，提供配置命令能够快速生成策略规则，有效提高整体效率和业务水平，为相关业务的展开提供了巨大的便利。

四、5G轻量核心网在应急通信中的应用

应急通信主要指目前通信网络设施受到了一定的破坏，为了满足特殊通信保障需求，具备临时应急通信网络。2018年国际应急管理部提出了多为无线通信网络目标，并提出相关发展要求。在抢险救灾等应急情况下，应用5G轻量核心网能够发挥重要的作用。如果发生自然灾害，灾区基础通信设施、道路设施以及电力设施受到一定程度的破坏，因此在第一时间传输受灾信息以及进行有效的现场指挥调度具有重要的意义。下面本文对5G轻量核心网的应用进行分析。

4.1 快速恢复本地公用网络

受到自然灾害因素的影响，导致传输网络发生中断问题，因为区域内5G基站和省级核心网连接发生中断，对业务的开展形成严重阻碍。通过5G轻量核心网的应用，在确保用户签约数据进行人工同步的基础上，能够以完好的灾区基站及时恢复本地移动网络通信，进而能够满足基本的通信需求[4]。

4.2 快速建立现场应急通信系统

如果受到自然灾害的影响导致本地通信网络处于瘫痪的状态下，不但无法有效应用现有公网设施通信，同时未被破坏的公网设施也会因为用户激增导致网络运行不顺畅。在这一情况下应急通信的要求具有较高的机动性、灵活性与适应性[5]。可以采取应急通信车、便携式基站和无人机等方式，通过轻量核心网及时建立覆盖再去的5G现场应急通信网络，在保证现场救援队伍通信调度有效性的基础上，为受灾群众提供更好的服务。

五、结束语

综上所述，5G技术的出现对推动社会通信发展具有重要的意义，有助于提高数字化水平。为了提高5G网络在紧急通信中的应用水平，采用5G轻量核心网技术具有重要意义，本文对5G轻量核心网在应急通信中的应用进行分析，能夠有效提高应急专网的安全性和网络管理的自主性，具有较高的应用价值。

参  考  文  献

[1] 赖光何. 5G移动网络新技术及核心网架构的几点思考[J]. 信息通信，2020（3）：245-246.

[2] 李沸乐，杨文聪. 5G轻量化核心网总体方案研究与设计[J]. 移动通信，2020，44（1）：14-18.

[3] 齐飞，王秋红，朱雪田. 基于5G切片技术的区域应急解决方案研究[J]. 电子技术应用，2020，46（3）：23-27.

[4] 刘丹妮，李琦，张艳，等. 5G技术在电力应急通信中的应用研究[J]. 信息通信技术与政策，2020（4）：41-46.

[5] 曹军，李宝锐. 5G轻量核心网在应急通信中的应用[J]. 通信电源技术，2021，38（3）：149-150.