从核心网云化切入，实现4G到5G的演进

□ 文 黄嘉 聂炜玲 李艳俊

从核心网云化切入，实现4G到5G的演进

□ 文 黄嘉 聂炜玲 李艳俊

一、运营商的转型

运营商从4G运营向5G运营转型，需要经历4大阶段：虚拟化和云化、业务迁移、端到端业务编排（EEO），以及网络切片。

阶段一：虚拟化和云化

虚拟化可以实现网元软/硬件功能的分离。这反映了软件定义功能向计算硬件发展的转变，可实现计算能力与存储能力的灵活共享。除了虚拟化，计算和存储能力也逐渐从PC向集中式的云转移。云设施能够实现功能和位置的解耦，带来的好处包括网络扩展性、资源共享、网络弹性、低功耗以及效率的提升。将大量数据集中起来提供给不同用户，用于不同目的，还可以支持大数据分析以及相应的不计其数的应用。NFV将虚拟化技术引入到网络设施中，将软件功能和专用硬件解耦，支持虚拟网络功能（VNF）软件在商用服务器上运行，从而模仿网元的功能和性能。

阶段二：业务迁移

运营商部署NFV和SDN、将现网迁移到新平台上可以采取多种策略，每种策略都必须考虑到业务的重要性以及各个业务的独立性。

主要策略包括：1、部署新的业务：部署支持NFV/SDN功能的新业务，例如VoLTE业务。2、更换平台：当原有硬件和软件系统生命周期结束、需要进行大幅度容量提升时，这是最佳方案。3、部署中央SDN和NFV平台：这种策略这样能可实现大数据分析，并提供新的集成业务

阶段三：端到端业务编排（EEO）

NFV和SDN是相互独立却又互补的技术，二者都能实现运营商网络的软件化转型。但还需在全网部署支持端到端业务编排（EEO）的各种应用，这样才能发挥这两项技术的最大功效。业务编排能够加强运营商的敏捷性，助力运营商更加高效地分配网络资源。

阶段四：网络切片

传统的移动通信网络运行模式都很单一，即一张网运行所有业务。网络切片技术可优化网络资源分配，实现最大成本效率，满足多元5G新业务的需求。NGMN将网络切片定义为端到端技术，涵盖了核心网和接入网。新的5G空口技术就支持网络切片。在核心网上，网络切片可以单独实施或者在新的5G空口部署之前实施。每个网络切片逻辑上都是一个自给自足的网络，每项业务都拥有一个独立的网络切片，也可以将多个相似业务放在一个网络切片上。每个切片都为专门业务类型而优化，每个都支持端到端，包括核心网和RAN。与LTE不同的是，5G空口支持动态和半动态切片。多个并行的网络切片可以部署到一个物理设施之上，每个切片都能实现超可靠和超实时的连接。

二、5G核心网架构及技术要点

2016年底，3GPP确定了5G网络架构。5G核心网总体上分成两个部分：控制面（Core-CP）和用户面（Core-UP）。控制面将会采用服务化架构，各个功能模块一起组成融合的控制面。用户面功能将会与Gi-Lan的功能一起组成统一的用户面。

5G核心网架构具有以下特性：

☒ 基于服务的接口

☒ 控制面和用户面分离

☒ 无状态业务逻辑和独立数据库

☒ 移动性管理和会话管理分离

☒ 多接入

☒ 独立鉴权、应用功能

☒ 通用的用户面架构

具体如图1所示：

uSMF：Session Management Function，会话管理功能

uUPF：User Plane Function，用户面功能

uAUSF：Authentication Server Function，鉴权功能

uNRF：Network Repository Function，网络解析功能

uAF：Application Function，应用功能

uAMF：Core Access and Mobility Management Function，接入和移动性管理功能

uUDM：Unified Data Management，统一数据管理功能

uPCF：Policy Control function，策略控制功能

uNEF：Network Exposure Function，网络开放功能

图1 5G核心网架构图

未来业务要求网络必须具备敏捷、弹性和健壮等特征，因此云化架构会成为5G核心网的架构基础，同时5G核心网需关注以下技术要点：

1、服务化架构（SBA）：5G核心网将控制面的功能解耦、聚合并服务化，可以与传统网元的控制功能一起组成融合的控制面。服务化可以实现网络功能的即插即用，网络会变得非常敏捷，快速部署满足客户业务需要的功能。

2、控制与承载分离（CUPS）：5G核心网C/U完全分离，简化网络结构。核心网的网络功能可以根据业务的需求，灵活部署在不同层级的数据中心（DC）中。比如，用户面下沉到边缘DC，靠近终端用户与应用服务器部署，满足低时延等极致业务体验需求。控制面协同用户移动过程中无缝业务路径优化，用户体验更佳。

3、切片（Slicing）：5G核心网提供网络功能和资源按需部署的能力，来满足未来垂直行业多样化的业务需求。在云化基础设施上，构建逻辑隔离的网络切片来服务不同的业务或者垂直行业。统一的底层物理设施基础实现了多种网络服务，降低了运营商多个不同业务类型的建网成本。网络切片管理实现了切片的设计、实例化、运行时业务保障和退服的全生命周期管理，提升运维效率。

图2 4G向5G演进示意图

三、核心网从4G到5G的演进

由于5G标准采用分阶段方式冻结，5G网络可以根据业务的发展采取逐步演进的方式建设。网络演进需要保持现网业务的连续性，最大可能保护已有投资，同时为未来业务的发展预留空间。规划5G核心网演进策略时需要考虑以下三个原则：

1、平滑演进

5G演进，架构先行。5G核心网将会部署在云化的基础设施上。为了保证核心网平滑演进，传统的核心网首先需要进行云化。在云化的过程中完成数据中心和传输网等基础设施的改造，为5G建设做好准备。同时，在云化的过程中构建IT运维能力，积累数据中心运维经验，完成运维组织架构的转型，从垂直的运维组织转型成水平运维组织。

核心网引入云化架构，为5G演进做好软件架构准备；引入C/U分离架构，将网关转发面下沉到城域，满足快速发展的移动视频业务体验需求；引入MEC架构，将网关进一步下沉到网络边缘，拓展智能办公室、自动驾驶等新业务。MEC（Multi-access、Edge、Computing）是一种使能网络边缘业务的技术，具备超低时延、超高带宽、实时性强等特性，IT与CT业务结合的理想载体平台。

核心网完成云化和架构演进之后，4G、5G核心网能够部署在相同的基础设施和软件架构上，现网可以平滑向5G网络演进。

2、实现最大化5G价值

3GPP对5G的演进给出了几种路径建议。对于核心网来说，5G演进有两种选择，在NSA标准冻结后先将现网升级为EPC+，SA标准冻结后再升级为NGC（Next Generation Core），或者等SA标准冻结后直接建设NGC。EPC+的标准会先行冻结，满足移动超宽带业务的需求，但是终端的类型非5G标准终端，后续无法通过升级成为5G终端。NGC的标准会在半年后冻结，支持的功能更多，终端为5G标准终端。运营商需要根据自身业务发展选择5G核心网演进策略，从最大化5G价值来看，NGC更加适合未来业务发展。

3、保持业务连续性

在5G网络发展初期，不可避免会出现2/3/4G核心网与5G核心网并存。用户在进行4G与5G网络互操作时，会在两个核心网之间发生切换，很难保持业务连续性。5G核心网解决方案需要支持2/3/4/5G融合接入，简化网络结构、运维和互操作性，保持业务连续不中断。

总体来看，核心网的演进策略建议分成两个阶段实施，首先进行架构演进，然后再进行功能演进。传统的核心网分区域进行云化演进，并逐步引入云、C/U分离、MEC架构，为5G核心网做好基础设施和架构准备。在标准冻结后进行功能演进，根据自身业务的发展选择5G核心网功能演进的方式。

四、小结

5G将开启一个万物互联的时代，越来越多的智能终端会通过不同的方式接入到网络中。超低时延业务、超大连接业务和以超高带宽业务将会在5G时代出现，而当前的核心网无法满足未来多场景接入和业务的多样性需求。本文重点针对运营商转型步骤、5G核心网技术特征、核心网从4G到5G的演进策略等方面进行了详细的阐述，可为运营商建设5G核心网提供参考。■

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