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          5G核心網演進過程與現存問題分析

          ? 2018年09月20日 15:41 ? 次閱讀

          隨著5G技術的到來,世界即將步入一個數據大爆炸的時代,這將是一個跳躍性的發展、是一場變革,它將意味著網絡架構將實現顛覆性的轉變。它將不再是人與人之間的通信,轉而變成人與物、物與物之間的通信,這種大連接、低時延、高速率的網絡將會給核心網帶來巨大的影響。隨著5G商用時間點的逼近,核心網網絡如何發展將起著關鍵性的作用,尤其在核心網未來技術發展方向、演進過程中面臨著嚴峻的考驗。

          5G核心網演進過程與現存問題分析

          1?? 核心網現狀與問題分析

          在前不久舉辦的2018上海世界移動大會上,中國聯通、中國移動和中國電信三大運營商亮出了時間表:計劃到2020年,實現5G網絡正式商用。作為第五代移動通信,5G網絡帶給人們的第一感覺是速度快。4G時代主要實現了“人與人”的快速通訊連接,但5G的“志向”遠不止于此,它的目標是要讓更多的“人和物”、“物和物”快速相連,進而推進萬物互聯時代的到來。5G的高速率、高穩定性和低時延特性將提高無人駕駛的安全性能,除了無人駕駛,在遠程操控、智能家居等應用場景也將進一步走近消費者。根據目前業界的分析,全球5G應用領域將主要集中在車聯網、公共安全、智慧城市、媒體及信息娛樂四個方面。這也是業界人士認為5G網絡最大的價值,“能夠和更多的產業深度融合”。

          當前,中國移動對5G 基本架構已有初步共識,就是要支持多種接入、降低不同接入方式和核心網的耦合、實現按需的組網、借力NFV/SDN技術。NFV(Network Function VirtualizaTIon,網絡功能虛擬化)技術的出現有效的解決了核心網架構的弊端,為運營商提供了一個良好的發展機遇,將NFV技術引入移動核心網具有重要意義。

          隨著商用時間的逼近,5G網絡化已經到了發展的關鍵時期,中國移動提出了5G網絡架構三大設計原則,首先是從剛性到軟性,也就是從固態網絡到動態網絡,實現網絡資源虛擬化、網絡功能的解耦和服務化。其次是移動網絡IP化、互聯網化,也就是實現與IT網絡互通融合,引入互聯網技術,優化網絡設計。最后是集中化智能和分布化處理,集中化智能—功能集中化,為垂直行業提供個性化增值服務,并分布化處理—移動網絡功能靠近用戶,提高網絡吞吐量,降低時延。以SDN/NFV 技術實現網絡云化,加上微服務設計,這意味著5G 網絡真正走向開放化、服務化、軟件化方向,有利于實現5G與垂直行業融合發展。

          今年6月,3GPP?5G NR標準SA(獨立組網)方案正式完成并發布,標志著首個真正完整意義的國際5G標準正式出爐。SA獨立組網相對于NSA(非獨立組網)存在,其引入的新能力也是5G區別于4G的一個重要特征。NSA模式是只建5G基站,不建5G核心網,不能做到終端到終端直達的5G網絡,信號傳輸要經過的路徑多,時延也很長,不能很好地支持網路切片、邊緣計算等5G的技術特征。而SA獨立組網模式下,5G的基站連接5G的核心網,可通過核心網下沉部署到基站側,使傳輸信號所需要經過的路徑很少,可以直接從基站側到達業務服務器。

          在4G網絡中,傳統的核心網網元之間有著固定的通訊鏈路和通訊路徑,用戶的位置信息必須從無線基站上報給MME,然后由MME通過S-GW傳遞給P-GW,最終傳遞給PCRF進行策略的更新。而在5G核心網服務化架構下,各網絡功能服務之間可以根據需求任意通訊,極大地優化了通訊路徑。

          伴隨著虛擬化技術運用在電信領域,傳統意義上的核心網網元實現了軟硬件解耦,軟件部分被稱為網絡功能(Network FuncTIon)。3GPP定義的服務化結構將一個網絡功能進一步拆分成若干個自包含、自管理、可重用的網絡功能服務(NF Service),這些網絡功能相互之間解耦,具備獨立升級、獨立彈性的能力,具備標準接口與其他網絡功能服務互通,并且可通過編排工具根據不同的需求進行編排和實例化部署。這種網元拆分與經常談論的云原生或微服務架構有著相似的理念,而3GPP進行了標準化定義,并為每個5G網絡功能定義了一組具備對外互通標準接口的網絡功能服務。

          2?? 基于5G核心網演進

          5G時代通信技術的另一次變革,實現了由個人應用向行業應用的轉變。隨著5G時代的到來,核心網需要不斷演進以適應更高流量需求及更優的業務體驗。

          2.1? 核心網NFV

          定義:NFV(Network FuncTIons VirtualizaTIon)網絡功能虛擬化,是指通過使用虛擬化軟件技術,實現傳統網元的軟硬解耦,不同廠家的軟件運行在統一的虛擬化基礎設施上。它的優勢主要體現在以下幾個方面:

          (1)降低運營商總體CAPEX/OPEX;

          (2)減少新業務及服務市場投放時間;

          (3)增加架構靈活性,實現彈性架構;

          (4)更加開放的虛擬化應用及純軟件應用的平臺;

          (5)降低創新業務的開發部署成本。

          從今天的網絡向未來NFV網絡演進,意味著:

          業務部署復雜,向靈活快速部署演進;

          運維復雜,向簡化運維演進;

          硬件設備種類多種多樣,向歸一化硬件、資源共享演進;

          創新困難、商業機會有限,向推動創新、多商用機會演進。

          NFV是未來網絡的基礎性技術,有助于實現軟件化的基礎通信網絡。核心網虛擬化是NFV在移動核心網中的具體應用,其最終目標是利用標準的X86服務器存儲和交換設備來取代原通信網絡中專用網元。X86標準的IT設備成本低廉,能夠為運營商節省大量的投資成本。經過軟硬件解耦后,網絡設備功能將不再依靠傳統專用硬件,能夠實現資源的靈活共享,并有利于新業務的開發和快速部署。

          2.2? 網絡切片

          移動通信系統每十年變遷,技術支持應用,應用基于場景:3G、4G的發展得益于移動互聯網,5G除了移動互聯增強,另一驅動力來自于物聯網。4G升級5G,從移動互聯到萬物互聯時代。5G將在8大KPI指標上實現對4G的全面超越。其中峰值數據傳輸速率將達到20Gbit/s,用戶體驗速率達到100Mbit/s,時間延遲低于1ms。以上指標都是傳統4G技術所無法實現的,這也預示著5G將采用全新的技術方案,因此我們需要-網絡切片。

          網絡切片可以實現:

          (1)針對大型企業/垂直和MVNO的新型服務,按需滿足不同經濟形式的“恰到好處”的服務

          (2)能夠針對特定服務的價格和性能進行優化

          (3)增強安全性,通過特定的加密技術和隔離進行定制服務

          (4)跨運營商的行業切片部署(例如,針對國家智能電網的兩個運營商之間的

          (5)網絡切片或用于全球服務范圍的聯合切片)

          5G網絡切片將成為5G時代面向垂直行業的第一應用和基礎業務形式,面向垂直行業的需求,提供定制化、相互隔離、質量可保證的專用邏輯網絡。

          ◆網絡切片的概念

          網絡切片是端到端的邏輯功能集合和其所需的物理或虛擬資源,包括接入網、核心網、傳輸網等,網絡切片可認為是5G網絡中的虛擬化“專網”。

          網絡切片可基于傳統的專有硬件構建,也可基于NFV/SDN的通用基礎設施構建,建議基于統一平臺構建,實現低成本高效運營。

          ◆網絡切片的選擇

          NSSF與NRF為5G區別于4G網絡的新增功能實體,可實現網絡切片相關功能。

          網絡切片選擇協助信息(NSSAI

          作為簽約信息,標識特定的網絡切片,同時由終端攜帶,UE通過NSSAI來進行RAN和CN的網絡切片實例的選擇。

          網絡切片選擇功能(NSSF)

          引入獨立的NSSF控制平面網絡功能,實現網絡切片的靈活選擇,為UR選擇網絡切片實例集,確定允許的NSSAI,并基于配置或者向NRF詢問來確定為UE服務的AMF集。

          ◆網絡切片部署策略

          根據標準的完善程度、產品支持情況、用戶需求,網絡切片的部署建議:單域到跨域,由核心網逐步演進至無線、傳輸領域;切片業務類型由eMBB業務逐步到uRLLC /mIoT,再按需擴展;切片設計由運營商獨立設計到切片能力開放;切片管理由基本的切片配置管理及生命周期管理到自動化編排。單域到跨域,由核心網逐步演進至無線、傳輸領域;切片業務類型由eMBB業務逐步到uRLLC /mIoT,再按需擴展;切片設計由運營商獨立設計到切片能力開放;各切片獨立管理,獨立升級,獨立演進;切片管理由基本的切片配置管理及生命周期管理到自動化編排。

          根據不同場景選擇不同的方案:

          運營商個人用戶切片場景:AMF/PCF/UDM/NRF共享,不同切片包含不同的SMF/UPF;由運營商統一控制切片之間采用的策略;切片間使用相同的用戶簽約數據;

          企業專網切片場景:AMF/UDM/NRF共享,SMF/UPF/PCF每個切片單獨部署,通過在切片中部署獨立的策略管理,每個切片可以為會話和業務路由設定特定的策略;

          有獨立放卡放號需求的虛擬運營的場景:AMF/SMF/UPF/NRF/UDM/PCF每個切片單獨部署;

          通過上面的分析,我們發現網絡切片技術成為了移動核心網網絡架構改革的新元素。各設備廠商也將開始陸續發布設備產品。

          5G技術在通信網的發展還需要進一步研發與測試,其性能與可靠性還需要做進一步的改進。

          3?? 結束語

          本文對當前核心網現狀及問題進行了詳細的分析,在此基礎上,闡述了核心網未來發展方向所涉及的關鍵技術,包括NFV虛擬化技術、網絡切片技術等。通過對關鍵技術發展的探討,分析了今后核心網依靠關鍵技術演進的過程,尤其重點分析網絡切片技術的部署對網絡未來演進發展的影響。

          大視頻、物聯網、VR/AR、自動駕駛的快速發展,對網絡容量、可靠性提出了新要求,核心網5G演進是必然趨勢,相信通過技術發展,能夠為5G助力,提升運營商未來發展競爭力。

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          車載移動平臺智能支付加油費用

          國內市場汽車支付同樣不陌生,百度云、北汽新能源、博泰、恩智浦和銀聯此前宣布達戰略合作,將共同推進智能...

          發表于 2018-08-25 12:20 ? 821次閱讀
          車載移動平臺智能支付加油費用

          5G中的網絡切片技術為運營商帶來巨額收入

          5G中的一個關鍵技術是網絡切片。市場研究公司ABI Research表示,受行業垂直領域日益增長的數...

          發表于 2018-08-24 16:50 ? 687次閱讀
          5G中的網絡切片技術為運營商帶來巨額收入

          5G通信系統將突出“以用戶為中心”,更加重視用戶...

          D2D是指網絡中近鄰設備可以直接進行通信的技術。該通信方式給予用戶更大的靈活性,通信過程不再依賴網絡...

          發表于 2018-08-22 15:13 ? 899次閱讀
          5G通信系統將突出“以用戶為中心”,更加重視用戶...

          表現更好的中國聯通還有哪些提升空間?

          如此靚麗的財報卻未能封死漲停板,或許多少也說明了資本市場對聯通后續經營發展趨勢的忐忑,甚至是信任不足...

          發表于 2018-08-20 17:49 ? 614次閱讀
          表現更好的中國聯通還有哪些提升空間?

          42家虛擬運營商簽署移動通信轉售企業自律公約

          大會旨在為移動通信融合、增值業務創新、虛擬運營變革、國際行業巨頭跨界全方位融合創新搭建一個交流與合作...

          發表于 2018-08-19 12:29 ? 756次閱讀
          42家虛擬運營商簽署移動通信轉售企業自律公約

          中國聯通提出了“智慧冬奧”的核心目標

          最后,中國聯通將廣泛采用最先進、最成熟、最穩定的網絡通信技術,為媒體、觀眾、奧運組織者、保障者、參與...

          發表于 2018-08-13 16:29 ? 1572次閱讀
          中國聯通提出了“智慧冬奧”的核心目標

          5G標準的出現讓混亂了20年的移動通信標準狀態走...

          5G獨立組網功能標準在6月14日已經正式凍結,這是全球首個真正意義上完整的5G國際標準。在經歷了3G...

          發表于 2018-08-10 16:06 ? 690次閱讀
          5G標準的出現讓混亂了20年的移動通信標準狀態走...

          虛擬運營商的移動通信轉售業務正式發牌

          一邊是基礎電信運營商持續大幅度降價競爭,一邊是國資攜帶巨量政商資源入場,一邊是外資持有國際漫游和經營...

          發表于 2018-08-10 11:51 ? 1015次閱讀
          虛擬運營商的移動通信轉售業務正式發牌

          全方位總結AiP技術在過去不到一年的時間內所獲得...

          英特爾(Intel)公司在開發CMOS毫米波芯片與AiP技術方面著力很早,成績斐然。它于2月25-2...

          發表于 2018-08-02 15:36 ? 1812次閱讀
          全方位總結AiP技術在過去不到一年的時間內所獲得...

          關于寬帶集群和應急通信的專題系列

          這種以現代高新技術和市場經濟原則為基礎的組網形式,可實現資源共享、節省建網投資、降低使用成本,提高頻...

          發表于 2018-08-02 11:46 ? 2302次閱讀
          關于寬帶集群和應急通信的專題系列

          中國聯通“喜提”167號段:新增1億個虛商專用碼...

          C114從中了解到,虛擬運營商的第四個億級號段獲批,中國聯通“喜提”167虛商號段,至此中國聯通共擁...

          發表于 2018-07-28 10:06 ? 1329次閱讀
          中國聯通“喜提”167號段:新增1億個虛商專用碼...

          混合波束成型技術與全數字波束成型技術如何實現?

          使用毫米波的一個明顯優勢是能夠以較低成本利用此前未充分利用的連續頻譜。這些頻段可實現高達400MHz...

          發表于 2018-07-27 15:05 ? 1252次閱讀
          混合波束成型技術與全數字波束成型技術如何實現?

          我國移動互聯網累計流量達到266億GB,同比增長...

          與此同時,7月23日工信部官網發布了《工業和信息化部向15家企業頒發移動通信轉售業務經營許可》的通知...

          發表于 2018-07-25 16:03 ? 4294次閱讀
          我國移動互聯網累計流量達到266億GB,同比增長...

          什么是網絡切片,跟5G有何關聯,網絡切片又將如何...

          網絡切片使網絡元件和功能可以在每個網絡片中輕松配置和重用,以滿足特定要求。網絡切片的實現被認為是包括...

          發表于 2018-07-25 11:45 ? 164次閱讀
          什么是網絡切片,跟5G有何關聯,網絡切片又將如何...

          國外移動通信資費與我國移動資費對比,看看差距究竟...

          “提速降費”方案實施已有三年多的時間,我國移動流量平均單價從97.1元/G(2015年5月)降至每G...

          發表于 2018-07-25 11:00 ? 439次閱讀
          國外移動通信資費與我國移動資費對比,看看差距究竟...

          京東等虛擬運營商,將正式開辟移動轉售運營的局面

          7月23日,以“抓住產業機遇 共話行業未來”為主題的“2018移動轉售產業樂山研討會”在四川樂山隆重...

          發表于 2018-07-25 09:11 ? 197次閱讀
          京東等虛擬運營商,將正式開辟移動轉售運營的局面

          什么是集群通信呢?

          早在19世紀60年代移動通信就已經應用通信技術了。當時曾把“Trunked System”譯為“中繼...

          發表于 2018-07-24 15:53 ? 483次閱讀
          什么是集群通信呢?

          工信部發正式牌照鼓勵移動通信創新還要促進工業互聯...

          近日,工業和信息化部發布關于印發《工業互聯網平臺建設及推廣指南》(以下簡稱《指南》)和《工業互聯網平...

          發表于 2018-07-23 17:46 ? 1578次閱讀
          工信部發正式牌照鼓勵移動通信創新還要促進工業互聯...

          面對面的深度交流,從高通的發展戰略到各個業務的布...

          三十多年前,艾文·雅各布斯博士(Dr. Irwin Jacobs)在退休之后,與六個Linkabit...

          發表于 2018-07-20 14:51 ? 1466次閱讀
          面對面的深度交流,從高通的發展戰略到各個業務的布...

          5G技術開啟了一個全新的時代

          3GPP 第 80 次 TSG RAN 全會批準了第五代移動通信技術標準(5G NR)獨立組網功能凍...

          發表于 2018-07-18 15:36 ? 816次閱讀
          5G技術開啟了一個全新的時代

          華為布局5G欲在全球5G市場分一杯羹

          據報道,韓國三大全國性移動運營商SK電訊、KT和LG Uplus準備采購華為的電信設備,而初始合同價...

          發表于 2018-07-17 10:17 ? 1561次閱讀
          華為布局5G欲在全球5G市場分一杯羹

          暢談5G移動通信技術帶來的商業潛能

          正在備戰5G商業化應用的設備運營商,已經在暢想10年5G市場的商用規模。

          發表于 2018-07-17 01:15 ? 148次閱讀
          暢談5G移動通信技術帶來的商業潛能

          新時代新技術 廣州首個移動警務自主衛星應急平臺啟...

          該項目通過融合民用移動通信網及專用衛星通信網,搭建了國內首個移動警務自主衛星應急一體化平臺。

          發表于 2018-07-16 16:09 ? 676次閱讀
          新時代新技術 廣州首個移動警務自主衛星應急平臺啟...

          紀念TD 20周年:十年面臨驚濤駭浪步步驚心

          20年后的今天,當我們想起TD,它留給我們的,決不是一個死去的3G標準,一根“雞肋”,一場失敗的“愛...

          發表于 2018-07-12 09:58 ? 819次閱讀
          紀念TD 20周年:十年面臨驚濤駭浪步步驚心

          5G技術定義的三大場景,及在各領域的作用

          5G技術定義的三大場景不但覆蓋了高帶寬、低延時等傳統應用場景,而且還能滿足工業環境下的設備互聯和遠程...

          發表于 2018-07-11 15:58 ? 717次閱讀
          5G技術定義的三大場景,及在各領域的作用

          我們距5G正式商用只差一步之遙

          2018年6月14日,3GPP宣布5G NR標準獨立組網方案凍結,加之去年12月完成的非獨立組網NR...

          發表于 2018-07-06 15:46 ? 701次閱讀
          我們距5G正式商用只差一步之遙

          20個典型的5G應用,您認為前景如何?

          和5G自動駕駛不同,遠程駕駛場景中,并沒有駕駛員或者其他人在車內,而是用5G網絡遠程對車輛執行駕駛操...

          發表于 2018-07-06 14:50 ? 2253次閱讀
          20個典型的5G應用,您認為前景如何?

          在LTE數據鏈路層協議中發現漏洞,可被黑客利用實...

          名為"aLTEr"的主動攻擊,利用 LTE 用戶數據缺失的完整性保護來執行選擇密文攻擊(Chosen...

          發表于 2018-07-04 15:13 ? 946次閱讀
          在LTE數據鏈路層協議中發現漏洞,可被黑客利用實...

          中國移動面臨困難,推進5G商用有利于中國移動的未...

          商用5G網絡將讓中國移動在推出不限流量套餐等方面無需如目前這一謹慎,可以大方跟進中國聯通和中國電信推...

          發表于 2018-07-02 15:35 ? 862次閱讀
          中國移動面臨困難,推進5G商用有利于中國移動的未...
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