eMBB应用场景下的5G核心网切片设计方案研究

2019-02-13

广东通信技术 2019年11期

1 引言

移动互联网和物联网的业务需求以及对于安全机制及设备性能的要求，使得4G技术不能够满足新形势下基于业务、用户需求，以及应用场景的要求。丰富的应用场景为5G提供了广阔的前景。ITU定义了5G三大应用场景：增强移动宽带（Enhanced Mobile Broadband，eMBB）、海量物联网通信（Massive Machine Type Communication mMTC）、超高可靠性与超低时延业务（Ultra Reliable & Low Latency Communication，uRLLC））三大应用场景。其中eMBB作为传统移动通信系统的主要应用场景，业务成熟度高，将是5G率先实现的应用。本文首先分析了5G应用场景，特别是eMBB应用场景关键指标及其网络需求，并在此基础上，以5G端到端网络切片架构为基础，研究了5G核心网的切片设计方案，为5G网络的部署提供了参考。

2 eMBB应用场景及其关键性能指标

eMBB应用场景要求在保证用户移动性的前提下，为用户提供无缝的高速业务体验，并且提供极高的连接密度。与传统4G相比，5G需要将有用户的峰值速率从1 Gbit/s提高到10 Gbit/s，对应的5G也要求提供0.1～1 Gbit/s的用户体验速率。

eMBB典型应用包括超高清视频、虚拟现实、增强现实等。在具体的应用中，从两方面对传统4G的应用进行增强：

（1）无缝广域覆盖

eMBB应用要求可以为用户提供高清视频，语音以及互联网、视频电话业务，要求为用户带来20 Mbit/s的4K高清体验，每小时500 km以上的移动性，无论是公路、铁路、村落、郊区或偏远地区都需要满足用户无缝覆盖的需求。

（2）热点区域的高速率

eMBB应用要求可以为用户提供高速FTP下载、3D视频、VR/AR应用，要求为用户提供100 Mbit/s用户体验速率（热点场景可达1 Gbit/s）、数十Gbit/s峰值速率、每平方公里数十Tbit/s的流量密度；要求在热点、室内、咖啡厅、办公室以及体育场等热点区域满足用户高速率需求。

3GPP的技术文档TR22.891和TR38.913对具体的业务指标的描述如表1所示。

表1 eMBB关键指标描述

3 5G核心网切片设计要求

从以上eMBB应用场景可以看出，5G多样化的场景要求未来网络可以基于通用的基础设施，灵活提供低成本的差异化、定制化组网的能力。5G端到端网络切片技术通过在不同应用场景下按照各自的需求定制网络功能和特性，配置网络资源，使得5G的多样化应用场景成为可能。网络切片技术改变了传统4G一网承载多种业务的模式，将网络部署演变为按需定制化组网，也使得5G的垂直行业应用成为可能。

5G端到端网络切片要求做到网络定制化、将网络资源灵活分配，网络能力按需组合，同时做到各逻辑子网能够隔离；每个端到端切片均由核心网、无线网、传输网子切片组合而成，并通过端到端切片管理系统进行统一平台管理，以达到质量可保证的目标。

核心网的网络切片设计要求做到：控制面和用户面彻底分离，网元由多个网络功能NF（Network Function）构成，NF接口通过总线型网络相互连接。如图1所示。

图1 核心网网络子切片示意图

核心网子切片采用NSSF（Network Slide Selection Function，网络切片选择功能）实现切片的选择，通过能力开放功能NEF支持定制化的网络功能参数，既可以实现以PLMN为单位部署的公共服务，也可以共享多个NF为多个切片提供服务，为不同垂直行业提供不同、相互隔离、功能可定制的网络服务；实现客户化定制的网络切片的设计，部署和运维。各域可以在功能场景、设计方案上独立进行裁剪。

4 5G核心网切片设计方案

eMBB应用可以作为5G网络建设初期试点应用，在进行网络部署时，需要考虑与4G网络的融合，可采取4G网络逐步演进的部署方案，分步骤分阶段完成网络建设工作。核心网的控制面与用户面的分离以及控制面的集中化可以实现本地分流、灵活路由等功能。按照服务化结构定义的原则。核心网切片内共享和专用网元组合一般可分为以下3种典型方案：

方案1：控制面与用户面全隔离方案。在该方案中，尽量为切片分配专用控制和用户面网元。适合安全隔离需求,或者定制化需求较高场景,如电网切片等, 不支持同一终端多切片场景。如图2所示。