极简5G核心网,助力5G腾飞

发布时间:2018-09-27  作者:陆光辉(中兴通讯)  阅读量:

网络创新需要全新核心网

作为面向2020年以后人类信息社会需求的无线移动通信系统,5G移动宽带系统是一个全业务多技术融合的网络,通过ICT技术的演进和创新,满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要,满足千变万化的万物互联需求。基于此,ITU为5G定义了eMBB(增强的移动宽带)、uRLLC(超可靠低时延通信)和mMTC(海量物联通信)三大业务场景和相应的性能指标要求。为了满足三大场景需求,3GPP定义了4S(SBA架构、Network Slicing、CUPS和Stateless)的5GC新核心网,同时定义了两种核心网组网架构(5GC或EPC)来适应不同的无线部署场景。

● 5G核心网组网架构(5GC):依赖于不同的无线部署模式,5G基站与4G基站相互独立或相互依附,采用全新5G核心网,5G基站直接与5G核心网相连或作为辅助基站接入到4G基站,终端单连接方式或双连接方式接入5G或4G。

● 4G核心网组网架构(EPC):5G基站依附于4G基站工作的网络架构,即重用老旧4G核心网,5G基站作为辅助基站接入到4G基站,终端采用双连接方式同时接入到5G和4G信号覆盖,4G/5G网络之间互操作通过无线完成。

运营商根据5G商用部署进度计划、可用频谱资源、终端和产业链成熟情况、总体建网成本等,可以选择不同的核心网组网架构。

5G网络肩负应对OTT挑战、拓展垂直行业、增加业务收入的历史使命,需要具备快速定制能力、基于切片的运营能力、高度自动化的智能运维能力,基于传统架构构建的4G核心网(EPC)组网架构,无法满足上述需求。以云化技术为基础,面向业务,基于SBA架构的5G核心网组网架构(5GC)是5G目标网络架构,其网络架构先进可避免重复投资和网络频繁改造,也有助于取得领先市场地位;以SBA架构为基础便于架构一步到位,便于集中建设和集约化运维;统一网络入口,有利于引入大数据、人工智能,提升网络智能化水平,拓展垂直行业合作,快速推出新业务,符合创新和发展要求。因此采用5GC组网架构,非常匹配全球最先进运营商的战略创新目标和5G商用总体需求。

创新道路上的挑战

5GC作为一个全新的核心网,采用的全新技术,自然面临各方面的质疑和猜测。只有勇于面对挑战并找出解决方案,才能从市场竞争中脱颖而出。综合考虑5G商用建网需求,新建5GC主要面临网络部署、网络功能、新业务开展等三大类关键挑战。

网络部署挑战

虚拟化技术是5G基础,5GC所有新技术依托虚拟化实现。虚拟化5GC架构基于通用服务器,最大程度实现资源共享,享受“摩尔定律”带来的红利,即每18个月性能提升至少30%。5GC基于虚机化技术以及全新的服务化架构和接口,水平和垂直对接接口数量多,在测试全新业务功能的同时,还需要完成水平和垂直接口的互联互通测试。因此,如何快速部署一张基于虚拟化和SBA 架构的5GC商用网络,是创新道路上的一个重大挑战。

网络功能挑战

5G网络中业务功能繁多,主要涉及用户数据和计费等关键功能。针对用户数据,全融合是网络建设的目标。在此基础上,实现网络从4G迁移到5G,实现用户不换卡、不换号的需求。针对计费功能,其目标架构是基于服务化架构的在线离线融合计费系统,而现网是基于传统设备的在线和离线分离的架构,两者架构差异大,如何在兼容现有计费系统基础上快速商用要求,是创新道路上的另一个重大挑战。

业务部署挑战

网络切片是5G网络中一个非常关键的业务,是运营商满足不同业务需求和场景,实现新的盈利模式不可或缺的关键技术。针对来自垂直行业、政企客户、低时延互联网业务服务商等应用场景的差异化需求,如何灵活划分网络切片,是网络切片业务部署面临的关键挑战。语音短信是5G网络中的另一个关键业务,在3GPP协议中已定义了多种解决方案,哪种语音短信方案能快速部署5G语音和短信业务,对现网影响最小,如何确保语音连续性、QoS保障,是语音短信业务部署的挑战之一。

极简5GC应运而生

中兴通讯提出极简5GC核心网方案(见图1),帮助运营商在5G建设大潮中赢得技术和时间双领先,提前享受5GC新技术带来的红利。




5GC部署简化

当前,传统网络面临升级换代,已不适合大规模投资,业界领先运营商都在积极推动虚拟化商用,通过虚拟化部署5GC,可以加速虚拟化建设速度。针对5GC部署可以采用如下部署思路:

● 控制面集中部署:5GC控制面集中部署便于全网业务统一,便于切片业务开展,统一网络,便于集中运维,降低OPEX,实现智能运维。

● 用户面按阶段分层部署:初期5G规模不大,用户面可以采用集中部署;中后期逐渐分层部署,根据业务按需部署,靠近接入部署,降低时延,提升客户体验。转发面采用虚拟化部署,跨层次共享资源,解决节假日潮汐效应。

● 分阶段建设5GC NF:5G部署初期可以先部署基础的NF(Network Function),对于可选的、不重要的NF可以根据后续需求再考虑部署,在这个阶段为了互操作可以部署3GPP要求的4G/5G融合网元;后续逐步部署更多NF,实现4G/5G网元全融合。

● 分阶段打开互联互通接口:5GC部署初期打开签约类接口、无线终端类接口、4G/5G互操作接口和网管计费接口, 压缩测试和部署时间;后续逐步打开更多接口,实现国际间漫游等。

5GC网络功能简化

新建5GC需要部署融合的UDM+HSS,用于提供统一的2G/3G/4G/5G用户签约数据集中管理。在5G初期,只需要针对从4G升级的5G用户进行数据迁移,5G中后期,根据现网传统HLR/HSS设备老旧情况,逐步将原有4G用户迁移至新建的融合UDM+HSS;可采用FNR(Flexible Number Routing)方案规避初期离散号段用户寻址问题。

在5GC中为了支持4G/5G互操作,5G的SMF将与4G的PGW-C融合,在5G初期部署阶段,融合的SMF+PGW-C天然支持4G的计费接口,因此可以延用4G计费接口,规避引入5G新的计费系统导致改造工程量大,延误5GC商用时间点。

5GC业务部署简化

5G部署初期,行业应用有限,可优先在核心网实现子切片管理,逐步开展基于5G核心网的网络切片试点部署及验证,初期重点聚焦于典型的eMBB切片,例如高清视频、AR/VR、高清游戏等业务,并适当地配合核心网用户面下沉部署,实现部分超低时延业务需求。在该阶段可以将切片与行业应用示范相结合,充分验证5G切片对不同场景差异化SLA的支撑能力。随着5G切片标准的成熟,逐步引入传输/无线子切片。在前期构建的编排管理系统基础上,增加切片设计、保障分析、策略等功能,具备对端到端切片的全生命周期管理能力。在切片业务实现同时,须同步考虑切片的运营模式,包括切片的交付、定价、计费、能力开放等,为网络切片商业化运作积累运营经验及相关的技术积累。

针对5G语音业务,3GPP R15定义的5G语音标准已经基本成熟,5G语音终端2019年可商用。全球主流运营商都已经部署IMS网络支持VoLTE。在5G初期热点覆盖,为减少5G和4G之间的话音切换,可以优先采用IMS简单软件升级配合5GC EPS Fallback提供VoLTE语音服务。随着5G覆盖逐步扩大实现连续覆盖,可直接采用VoNR提供5G语音。

5GC端到端产品

5GC是支撑5G网络建设和承载5G业务的关键,面对全球最先进运营商建设架构领先和技术创新的5GC核心网迫切需求,中兴通讯核心网产品已经做好了准备。基于如上简化方案,中兴通讯提供三大系列产品(见图2),满足客户不同的部署需求。



Cloud Studio(运营运维系统):中兴通讯面向5G的运营运维系统,通过“设计-部署-运行-分析-再设计”这种自我进化的能力不断优化客户体验和网络。未来引入人工智能和机器学习实现智能策略预测,进一步加强运营运维的智能化体系构建,实现“Zero Touch”。

Common Core(5G融合核心网):中兴通讯全融合5GC产品,基于SBA架构,支持移动接入(2G/3G/4G和5G)和固定接入(信任的和非信任的非3GPP接入)。

TECS(Tulip Elastic Cloud System):作为中兴通讯的云平台产品,提供5G Ready的VIM和NFVI功能,能够给运营商提供坚固可靠的基础设施,为运营商提升市场竞争力。

5GC作为2020新一代移动通信网络的核心和大脑,直接关系到运营商网络创新战略的实现,中兴通讯极简5GC方案和产品为5G提供了快速部署通道,帮助运营商大踏步进入5G万物互联时代。

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