5G核心网关键技术分析

2020-12-12何宇

缔客世界 2020年1期

关键词：移动性服务化核心网

何宇

（北京中网华通设计咨询有限公司北京 100071）

引言

5G核心网涉及的标准化包括服务化架构、网络切片、支持边缘计算、支持能力开放、用户面管理、会话管理、移动性管理、QoS模型、计费等。由于采用全新架构和技术，5G核心网的关键技术仍存在较大发展空间。

1 5G核心网的整体架构

5G核心网涉及到的主要网元包括AF、NEF、NRF、NSSF、UDM、PCF、AUSF、UPF、SMF、AMF，即应用、网络能力开放、网络功能注册、网络切片选择、统一数据管理、策略控制、认证服务器、用户面、会话管理、接入和移动性管理功能。5G核心网网元除UPF外均属于控制面，UPF属于用户面，服务化架构设计用于控制面网元，服务化接口负责彼此间通信，传统架构和接口用于用户面。虽然4G，5G在会话管理和移动性管理分离、模块化解耦、组网灵活等方面具备显著优势，但对于网络运营管理、网络规划、传输等能力也提出了更高要求。在向5G发展的过程中，5GC/vEPC与EPC的协同组网必须得到重视[1]。

2 5G核心网的关键技术

2.1 服务化架构

服务化架构设计主要用于5G核心网的控制面，IT系统服务化的相关理念可作为设计借鉴，网络功能间的整个与解耦需通过模块化实现，各网络服务（功能）在解耦后可实现按需部署、独立演进、独立扩容，配合采用服务注册、发现机制的各种服务，5G核心网中的各自网络功能即可做到自动化组网、即插即用，多种NF可实现同一服务的调用，业务流程设计简化、服务的重用性提升均可顺利实现。服务化架构的关键技术点主要包括消费者与生产者之间的消息交互用于服务的提供达成、服务的自动化注册和发现实现、统一服务化接口协议采用。围绕服务的提供进行分析可以发现，交互模式可以简化为两种，分别为Subscribe-Notify模式和Request-Response模式；对自动化的服务注册和发现进行分析，在服务化接口支持下，NF能够在网络中将自身能力通过一种服务暴露，其他NF复用也可随之实现，作为5G核心网引入的新型功能，这种注册和发现可较好服务于相关信息的维护；分析统一的服务化接口协议可以发现，由于考虑了适应IT化、微服务化、虚拟化的需求，接口协议设计采用了TCP（传输层）、HTTP/2.0（应用层）、JSON（序列化协议）、OpenAPI3.0（接口描述语言）、RESTFul（API）。深入分析可以发现，相较于传统移动核心网协议，5G核心网的接口协议栈（服务化架构）更为复杂，但配合高性能的云资源，接口性能的损失即可顺利抵消[2]。

2.2 支持边缘计算

5G核心网能够在能力开放层面和网络层面支持边缘计算，如对未网络及用户的信息获取和控制、APP路由引导、合法监听、QoS、计费、移动性、多种灵活本地分流机制的支持。5G核心网对本地分流机制的支持主要包括UL-CL（上行分类器）、IPv6多归属（基于源地址进行本地分流）、LADN（本地区域数据网）。分析上述分类器可以发现，其对UE没有特别要求，不感知数据分流且UE的IP地址仅为一个，可较好满足边缘计算业务需求；分析IPv6多归属可以发现，通过利用其特性，边缘计算业务可基于一个IPv6地址实现，配合基于共同UPF的分流、基于不同IP锚点的用户面路径分离，即可更好支持边缘计算，数据分流通过UE的感知和控制也可由此实现。为支持边缘计算业务，需针对性建设接入本地DN的新PDU会话，数据分流的感知和控制可由此实现。深入分析可以发现，通过提供多种灵活的分流机制，5G核心网在支持边缘计算方面的表现极为优秀，具体的方案选择应结合运营成本、对网络的影响、终端的能力、技术的成熟度，服务覆盖范围、业务时延等需要的满足也不容忽视[3]。

2.3 网络切片

网络切片的网络定制可较好服务于不同业务场景，不同网络切片间的相互隔离和资源共享也可顺利实现。作为端到端的逻辑子网，网络切片涉及IP承载网和传送网、无线接入网、控制平面和用户平面的核心网络，多领域的协同配合属于其中关键[4]。定制和自动化部署5G切片需得到切片管理的支持，其管理架构包括网络切片子网、网络切片、通信业务的管理，配合承载网络管理系统，承载网络的资源调度即可一同实现。在具体实践中，需关注网络切片的设计、编排、管理的加强，MANO与网络切片管理的相互协同、OSS/BSS与网络切片管理的融合、跨专业的切片协同均不容忽视。考虑到UE的5G网络使用需得到网络切片框架的支持，可基于eMBB核心网切片逐步进行细分，以此实现差异化网络服务提供[5]。