基于应用场景的5G核心网演进策略分析

许飞滨

摘要：5G的发展，因其支持高速连接、海量连接及高可靠低时延等特性，将开启一个万物泛在互联，人机深度交互的新时代。本文从5G的组网架构、5G核心网的架构及特性等入手，结合5G三大应用场景的发展状况，综合分析5G核心网的演进策略。

关键词：NSA;SA;应用场景;5G核心网;演进策略

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2019）02-0021-02

0 引言

众所周知，移动通信技术的发展，从最初的1G、2G、3G到当下普遍使用的4G及目前最火的5G，总共经历了5代技术的变革。从最初5G概念的提出，到部分相关标准的冻结，5G的发展目前已到了白热化阶段，各运营商正如火如荼地抓紧建设其5G网络，以期在新一代移动通信技术的竞争中脱颖而出。

因此，5G的建设对运营商来说至关重要。本文从5G的组网架构、5G核心网的架构及特性等入手，结合5G三大应用场景的发展状况，综合分析5G核心网的演进策略。

1 5G的组网架构

3GPP（第三代合作伙伴计划）标准定义了5G组网的2大类部署模式，分别为独立组网和非独立组网。

5G独立组网（SA），就是全部新建5G网络，采用的是端到端的5G网络架构，终端、无线新空口、核心网等都采用5G的相关标准，支持5G各种接口，实现5G各种功能，提供5G各种服务。在3GPP标准中，独立组网定义了两大类，分别为option2和option5，组网架构如图1所示。

5G非独立组网（NSA），是指现有LTE与未来5G基于双连接的技术，进行联合组网的方式，也称为LTE与5G的紧耦合。简单点说，就是升级现有正常运营的4G或4G LTE基站，变为增强型4G或4G LTE基站，并通过EPC技术升级，将增强型4G或4G LTE基站、5G基站NR接入EPC+或5G核心网。在3GPP标准中，非独立组网定义了三大类，分别为option3，option4和option7，组网架构如图2所示。

2 5G核心网的架构及特性

当前4G EPC核心网是集中式的核心网，为了满足未来应用的需求，5G核心网将演进成更分布式的核心网5GC。相比于传统4G EPC，5GC采用原生适配云的设计思路，基于“SBA微服务”的架构，提供更广泛的终端接入，更灵活的控制和转发。5GC将与NFV基础设施相结合，为应用提供商、垂直行业需求方、普通消费者等提供网络切片、移动边缘计算等新型业务能力。

5G核心网架构设计以网络功能为单位，不再严格区分网元。基于SBA的设计思路，传统网元被拆分成多个网络功能NF，NF进一步拆分为服务，支持无状态。分布式的用户面功能UPF，无需汇聚点，支持多会话，支持网络切片等，5G核心网架构如图3所示。

从图3可以看出，4G EPC核心网中熟悉的MME，SGW，PGW等网元全部不见，在5G核心网架构中，取而代之的是各种网络功能模块及接口。

3 5G的三大应用场景

早在2015年2月，IMT-2020（5G）推进组发布的《5G概念白皮书》中，明确了5G的四大应用场景，分别为连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接、低时延高可靠。而在2018年6月，国际电信联盟（ITU）定义了5G三大典型应用场景，分别为eMBB增强移动宽带、mMTC海量机器类通信、uRLLC超高可靠低时延通信。eMBB主要对应的是人与人之间的通信，而mMTC和uRLLC主要对应的是人与物以及物与物之间的通信，如图4所示。

eMBB主要对应的是三维立体视频、超高清视频、增强现实（AR）、虚拟现实（VR）等大流量移动宽带业务。

mMTC主要对应的是大规模的机器类通信，可提供每平方公里100万的终端接入。主要针对智慧家庭、智能楼宇、智慧城市、物联网等应用场景。

uRLLC主要对应的是无人驾驶、远程医疗、工业自动化等要求超高可靠低時延的业务。

4 不同应用场景下，5G核心网的演进策略

从2013年12月4日工信部向国内三大运营商发放4G牌照至今，也才仅仅过去几年，4G基站等许多网络设备还未达到使用年限。从目前各行业发展来看，泛在物联网、工业互联网、车联网等还处于试点建设阶段，并未大规模发展。在5G初期阶段，5G主要服务于eMBB这一类应用场景，而且NSA标准完成时间早于SA，因此建议运营商初期选择NSA部署架构。

在初期部署NSA阶段，需同时进行机房DC化改造，网络云化改造等。待SA标准成熟，4G基站等网络设备逐渐退网，5GVoNR技术成熟，泛在物联网、工业互联网、车联网等行业逐渐发展成熟时，将vEPC向上升级，部署AUSF、AMF、SMF、PCF、UPF、NSSF、UDM、NEF、NRF等5GC网络功能，将网络演进为多网融合的核心网，支持4G接入、5G接入、Wi-Fi接入等多种接入方式，如图5所示。

5 结语

综上，5G建设前期建议以NSA架构为主，核心网升级为EPC+，主要支持4K超高清、AR/VR等高带宽应用需求;同时试点部署SA架构，进行网络云化改造、机房DC化改造等。毕竟4G才建设了几年，大规模地进行5G独立组网建设，无法有效保护投资。待5G发展更为成熟、4G设备逐渐退网，泛在物联网、工业互联网、车联网等行业逐渐发展成熟时，将vEPC向上升级，将网络演进为多网融合的5GC核心网。

参考文献

[1] 杨旭，肖子玉等.5G网络部署模式选择及演进策略[J].电信科学，2018（06）：139-140.

[2] 王晓宁.5G核心网演进和特点[J].数字通信世界，2018（02）：130，278.

[3] 刘海涛.5G核心网架构及部署分析[J].电信快报，2018（09）：25-27.

Analysis of 5G Core Network Evolution Strategy Based on Application Scenario

XU Fei-bin

（Guangdong Southern Telecom Planning and Consulting Design Institute Co.， Ltd.， Shenzhen Guangdong  518038）

Abstract：The development of 5G will open a new era of ubiquitous interconnection and deep human-computer interaction because it supports high-speed connection， mass connection， high reliability and low latency. This paper starts with the 5G networking architecture， 5G core network architecture and characteristics， combined with the development of the three major application scenarios of 5G， comprehensively analyzes the evolution strategy of 5G core network.

Key words：NSA; SA; application scenario; 5G Core Network; evolution strategy