5G核心网演进思考
2021-11-25 作者:王卫斌 中兴通讯CCN产品规划首席科学家,郭雪峰 中兴通讯CCN产品总工 阅读量:
5G核心网演进思考 - 中兴通讯技术(简讯)
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5G核心网演进思考

发布时间:2021-11-25  作者:王卫斌 中兴通讯CCN产品规划首席科学家,郭雪峰 中兴通讯CCN产品总工  阅读量:

在5G网络规模部署之际,我们有必要从5G已达成的成果及局限性、6G愿景和关键技术两个维度来探讨5G-Advanced下的核心网发展方向和演进目标,扩大5G成果及应用场景,并为6G的启动和长期愿景打下基础。

 

5G-Advanced大幕开启

 

当前,在5G网络建设步入快车道的同时,6G网络研究也在如火如荼地展开,通信业正在以气吞山河之势影响各行业和领域的发展,成为社会和经济发展的急先锋。

然而,通信业的发展不可能一蹴而就,尤其是当前多行业多学科相互交融,通信业需要和更多领域协同发展。毫不夸张地说,5G是一次技术飞跃,无论是无线侧的Massive MIMO、C-RAN、超密集组网、毫米波、带内全双工,还是网络侧的NFV/SDN、SBA(Service-based Architecture)、网络切片、边缘计算等,均具有革命性的技术变革意义。因此5G的研发、部署以及应用也将面临更大的挑战。当前距离5G愿景还有很大距离,部分技术也面临新的问题和局限性,与行业伙伴的融合还需要更加深入。

可以说,横亘在5G和6G之间,还有相当长的一段路。移动通信是一个迭代发展的过程,5G需要进一步发展成熟,同时需要面向6G做好预研和储备,承前启后、继往开来。

3GPP在4月27日的第46次PCG(项目合作组)会议上正式将5G演进的名称确定为5G-Advanced,在标准上包含R18及其后几个版本。5G-Advanced面向2025,定义新的目标和能力,通过对5G技术的演进和增强,使能5G产生更大的社会和经济价值。

核心网作为移动网络的管理中枢,对网络的接入、安全、连接、交换及路由等多方面起着至关重要的作用。在5G网络规模部署之际,我们有必要从5G已达成的成果及局限性、6G愿景和关键技术两个维度来探讨5G-Advanced下的核心网发展方向和演进目标,扩大5G成果及应用场景,并为6G的启动和长期愿景打下基础。

 

从5G现状看5G-Advanced核心网

 

5G网络仍有诸多局限性和不足,主要体现在以下方面:

网络架构仍需演进,实现以用户为中心的随愿网络。如SBA服务化架构还局限在控制面,距离动态弹性网络仍有距离,数据面仍需要研究去中心化架构降低风险等。

网络能力仍需加强,以支撑未来工业互联网全方位需求。网络带宽、时延无法满足XR沉浸式的体验及全息通信应用,上行网络带宽及确定性功能局限仍制约着工业互联网应用的发展,移动性管理还不能满足高速业务连续性需求。

网络智能任重道远。NWDAF(Network Data Analytics Function)、MDAF(Management Data Analytic Function)仍主要局限在数据采集及分析,需要深入研究基于数据感知、采集、分析、决策的闭环人工智能技术,实现网络运维运营的自动化、智能化。

边、管、云、端需要深度融合及协同发展。未来网络连接无处不在、算力泛在化及服务化正在成为现实。面向用户及应用,需要研究算网深度融合、协同发展以达到资源效率的最大化以及服务体验的最优化。

安全问题日益突出。用户及数据安全比以往更受重视,产品及方案的可信及安全已成为基础需求,而随着工业互联网等更多场景的应用以及更多设备、异构网络的互联,安全形势更加严峻。

5G-Advanced应基于应用场景拓展、5G技术的局限性完善、新技术新能力增强三个层面进行深入研究(见图1)。

 

        图1   5G-Advanced是5G发展的高级阶段

应用场景拓展

5G-Advanced将应用场景的拓展与融合放在首要位置。众所周知,5G面向eMBB、mMTC、URLLC三大场景,国内经过2年多的建设,面向C端的eMBB应用已经趋于成熟,然而B端的应用拓展却难尽人意。当初锚定的车联网、工业互联网、XR、智慧城市、远程医疗等行业,在实际落地时,仍面临行业专网、物联网终端与通信网络的协议、组网、标准兼容问题,数据及网络的安全问题,网络运维运营等问题。网络的封装能力、定制化能力、可管可控能力、环境适应能力均存在挑战,在更多的场景距离深度融合还很远。5G-Advanced下,需要继续在与行业的融合、场景研究和拓展上下功夫,真正做到5G使能千行百业。

 

完善5G已有技术

5G-Advanced应立足于5G当前已有技术,推动其发展成熟,具备规模商用条件。网络切片、NPN(Non-Public Network)、5G LAN是网络赋能行业提供专属定制网络的三大利器,但其成熟度仍难以胜任规模应用。以网络切片为例,当前主要还是在核心网侧,并从控制面、用户面的隔离策略定义了切片分级。未来随着无线接入侧云化、软件化以及可编程技术的发展,切片可扩展到无线侧实现5G网络端到端的切片;其次,切片的自动化、智能化运维运营仍有很大的提升空间,需在标准上推动CSMF、NSMF、多网NSSMF接口标准化及流程贯通,完善NSSF(Network Slice Selection Function)、AMF(Access and Mobility Management Function)、RAN基于TA(Tracking Area)的切片可用性流程,以及切片的精细化运营SLA管控。3GPP R18当前大量提案也正是对已有技术的增强研究,架构上包括UPF以及N2接口的服务化、SM/MM分离以及双注册的完善,行业使能能力上包括NPN、5G LAN、eNS、MEC的能力增强。此外还包括XR新通信的支持、多接入协同,以及智能化内容。

 

新技术能力增强

5G-Advanced应分析自身能力短板,展开新能力、新技术乃至新架构的研究。高可靠低时延的确定性网络是工业互联网的基础需求,也是5G进入智能制造等领域的必备能力之一,需要5G在高精度时钟同步、确定性的门控、时延,以及TSN策略能力运营上取得突破;随着算力网络的发展,需要研究核心网与算力网络的结合,实现移动网络内算网一体及高效的数据转发和计算。此外随着网络分层解耦、功能服务化、网络切片等的上线运营,网络智能化势在必行。当前TMF已定义了自动驾驶网络并给出了网络智能化的分级标准,5GA也需要持续探讨智能化在规、建、维、优等各层面的应用和实施。

 

从6G愿景看5G-Advanced核心网

 

2021年,IMT2030发布6G总体愿景与潜在关键技术白皮书,提出万物智联、数字孪生作为6G的总体愿景,基于内生AI、数字孪生等关键技术,实现物理世界和虚拟世界的融合,最终服务于人类世界。

2021年9月,IMT2030 6G网络推进会召开,网络推进组发布6G网络架构愿景及关键技术展望白皮书,提出6G网络应具备智慧内生、安全内生、多域融合、算网一体四大特征,包括架构类和能力类12种关键技术,其中架构类技术包括分布式、空天地一体化、智慧内生、安全内生、数字孪生、算力网络;能力类技术包括网络可编程、通信感知网络、确定性通信、数据服务、沉浸多感、语义通信。可以看到大多数技术并不陌生,在5G下已有应用,在5G-Advanced下应促进其阶段性提升,为6G的成熟打下基础(见图2)。也有部分技术当前并未应用或尚处于研究初期,在5G-Advanced下应基于场景和关联技术结合,做好前瞻性的储备和布局。

 

         图2  5GA面向6G网络的前瞻性研究及储备

通信感知一体化

感知在通信领域不是一个新概念,但感知技术、范畴和应用场景将不断拓展,通信感知一体化必然是阶段式发展。数字孪生的终极愿景同样依赖于感知技术,以对物理世界的感知和数字化为前提。对核心网来讲,包括网络、应用相互感知协同以提供高效的数据传输,网络与算力需求和资源感知实现资源效能最大化,与无线侧配合实现终端的高精度位置及应用拓展,与AI协同实现手势感知、表情感知及环境感知等智慧网络服务,对网络拓扑、拥塞、话务的实时感知实现网络监控及话务、故障预测。随着感知与通信网络的不断融合发展,分步实现网元、子网,乃至全网的数字孪生虚拟网络。

 

网络定制化

网络定制化能力是服务于千行百业的基础,但当前基于网络切片等技术实现的定制化能力还不能满足行业需求。除了对于带宽、时延、抖动等网络指标的需求外,行业类应用还有着定制协议需求、终端兼容需求、业务连续性个性化需求、会话类型定制需求、网络管理及能力开放定制需求等。5G-Advanced网络定制化能力将随着支撑层、功能层、编排层不断发展而提升,更加灵活地为行业应用提供差异化的网络定制能力,包括可编程芯片以及SRv6等可编程协议在功能、协议定制化的研究,虚拟化、云化以及软件化的进一步发展,为可编程网络提供基础能力,以及功能服务化的阶段演进以及业务/功能链编排技术、云网融合编排能力的研究,推动网络层面可编程的持续发展。

 

AI及安全内生

AI及安全技术由来已久,在5G及5G-Ad vanced乃至未来将与通信网络技术相辅相成,相互促进。这里重点是内生,所谓内生是指与生俱来的,具有自学习、自生长的能力,和当前的外挂模式对应。以AI为例,随着网络数据的不断增长,只有具备了内生和自我增强的能力才能应对数据采集、分析以及数据安全的越来越大的挑战。在内生的具体实现方案上,无论是AI内生还是安全内生,都还在初级研究阶段,要走的路很长。

 

结束语

 

5G-Advanced是对5G通信技术实际发展的冷思考,5G仍面临很多困难和局限,其成熟度、场景、价值仍有很大的提升空间。同时5G-Advanced又是对6G通信技术的前瞻性研究,顺应6G长期演进方向,协同各行各业做好技术储备。

5G-Advanced网络技术作为移动通信两大领域之一,更应基于行业应用场景拓展及核心需求,从标准研究及演进、技术能力提升、实际部署和实施等全方位展开,达到赋能千行百业、服务于社会推动经济发展的目标。

中兴通讯核心网在2G/3G/4G/5G网络均有大量部署,自主研发所有5G网络产品族,有着深厚的技术积累和研发资源,愿与各行各业携手,共同探讨5G-Advanced网络技术进步。

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