sf

您所在的当前位置:

/
/
5G核心网,我们准备好了吗?
资讯分类

5G核心网,我们准备好了吗?

  • 分类:新闻动态
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2020-06-04 13:55
  • 访问量:

【概要描述】

5G核心网,我们准备好了吗?

【概要描述】

  • 分类:新闻动态
  • 作者:
  • 来源:
  • 发布时间:2020-06-04 13:55
  • 访问量:
详情

5G SA演进之路

纵观全球5G格局,目前已有70多张5G网络在40个国家付诸商用(数据来源:全球移动设备供应商协会GSA)。这些网络多采用NSA架构。如图1所示:

NSA架构采用4G eNodeB与5G新空口5G NR gNodeB双连接(EN-DC Option 3x),以4G eNodeB为锚点连接UE,两种基站带宽叠加。NSA网络复用4G分组核心网(evolved packet core,EPC)——EPC网络只需少量升级即可前向兼容,承载5G流量。目前部分EPC网络已进行了控制面与用户面分离(CUPS)改造,便于后续向5G核心网演进。
据中国媒体报道,自2019年10月以来,中国的三大运营商均已实现小规模的5G SA商用部署,为5G用户提供服务。2019年7月,业界首款同时支持5G SA和NSA的双模智能手机成功上市,为中国消费者率先体验5G SA网络业务奠定了终端基础。随着此类智能手机的普及,5G SA网络大放异彩指日可待。5G SA也已在智慧港口、智能制造等垂直行业进行了试点应用。
步入2020年,5G推进路在何方?为了解决当前一些市场区域5G覆盖不足的问题,动态频谱共享技术(dynamic spectrum sharing,DSS)迎刃而生。DSS是一种RAN技术,可以让5G用户通过现有4G基站的频谱接入网络。如图1所示,DSS适用于多种4G向5G演进方式。预计其将在2020年中期开始的商用项目中部署。

 

2020年,行业将全面推进5G SA部署。实验室概念验证(PoC)及实验局项目正在全球范围内如火如荼地进行。设备商与运营商联手钻研5G SA技术细节,聚焦如何基于5G NR部署5G核心网(即Option 2)。值得注意的是,一些运营商会运营面向消费者业务(ToC)及企业业务(ToB)的多张专属5G核心网,他们认为专属的5G核心网能更加灵活快捷地为各类用户提供商业解决方案,同时还可实现高效的网络管理及运营。

 

一言以蔽之,如图1所示,4G基站(LTE Option 1)与5G NSA 基站 (EN-DC Option 3x)最终都将接入对EPC后向兼容的5G核心网。这样一个融合的5G核心网使得运营商可以简化运营,也可以通过4G基站提供类似5G的业务。5G核心网是4G向5G演进的坚实基础。
3GPP时间表

在进一步阐述5G核心网之前,我们先来了解3GPP 5G版本进展。Release 15中,5G NSA标准已在2018年上半年完成制定(5G Stage 1),5G SA部分已在2018年下半年完成并于2019年中冻结。(注:截止2020年Q2本文撰写,SA网络仅有小规模商用部署,仍未实现规模商用。)
3GPP标准主体已进入Release 16和17阶段,不受商用进展限制。如图2所示,Release 16已完结,将于2020年中正式批准;对于Release 17来说,Stage 1已于2019年底完结,Stage 2将于2020年底完结,Stage 3将于2021年Q3完结并于2021年底正式审批;Release 18的工作项目将会在2021年底完成梳理。


通过3GPP版本计划,我们可以看出5G标准,特别是5G核心网标准(3GPP TS 23.501,5G系统架构标准)仍需历经漫长发展道路才能充分激发5G的潜能。虽然业界已力推5G数年,但5G的实现离不开5G核心网的落地。
3和图4展示了3GPP发布的 Release 15、16及17中的主打特性。这些特性涉及RAN和核心网,大家不需要逐个了解,罗列于此是想强调5G核心网引入了大量的新特性,其中最重要的特性将在下文讨论。

 

 



5G核心网


5 5G系统架构(基于SBA的5G Core + IMS Core)
5展示了5G系统架构。图中左下角的接入设备包括5G UE和物联网设备。5G UE包括智能手机、平板电脑、智能手表等;物联网设备包括传感器、监控摄像头等。这似乎与4G网络并无二致,但就物联网设备的需求量而言,4G网络可支持的连接数为每平方公里2000个,而5G网络为每平方公里100万个。显而易见,未来5G核心网需要处理比EPC更多的会话。在频谱带宽方面,5G网络是4G网络的10倍,由4G的100 MHz提升至1 GHz,也就是说5G核心网容量是4G EPC的10倍。
UE和物联网设备可以连接多种接入网,包括但不限于4G和5G RAN。非3GPP网关可用于多址接入网络,比如Wi-Fi。5G核心网也可以管理固定无线接入网络。这些都使5G网络比4G网络更加复杂。
5G核心网采用服务化架构(Service Based Architecture,SBA)。宏观上看,5G核心网可分为用户面、控制面及共享数据的网络功能层。这种架构增加了核心网的弹性。软硬件解耦后,虚拟网络功能(virtual network function,VNF)能够无状态地运行在基于通用硬件(COTS)的虚拟化基础设施(NFVI)之上。数据位于共享数据层,即使硬件发生故障也不会导致数据丢失,故障硬件上的虚拟机或容器会在新的服务器重建,继续提供业务。
云计算技术已被广泛地认为可以应用于这种网络架构,原生云网络功能(Cloud-Native Network Function,CNF)基于容器部署,能够为更小的用户群定制微服务。运营商能够打造互联网规模的(web-scale)核心网,使之具备更强的编排和自动化能力,从而将业务上市时间由数月数年缩短至数小时数天。
同时,第三方的能力能够以应用功能(Application Function,AF)的形式集成到5G核心网,例如边缘计算(服务器等)可做AF,甚至IMS 核心网(的网元)也可以做AF。IMS核心网为用户提供实时语音及视频通话业务,目前已从与5G核心网的SBA架构中分离出来。网络能力开放功能(network exposure function,NEF)将5G核心网的其他所有网络功能开放给这些第三方AF,便于其与5G核心网互通。
网络切片与自动化


网络切片选择功能(network slicing selection function,NSSF)是5G核心网的最广为人知、最强大的新特性之一。NSSF可以帮助运营商根据消费者及企业市场需求,定制不同特点的逻辑网络,同时可以根据客户选择的服务等级协议(Service-Level Agreement,SLA)提供不同的定价。客户可以指定SLA参数,包括预期的时延、带宽/吞吐量、安全性、可用性、抖动和丢包。其中一些参数需求仅通过核心网切片就可以满足,其他参数则需要依赖RAN和承载网(transport network,TN)切片。
本文不再赘述切片的工作原理。这里大家只需要了解:3GPP没有覆盖承载网切片,只制定了RAN及核心网的切片规范。承载网切片可以通过光互联网论坛(Optical Internetworking Forum,OIF)提出的灵活以太网(FlexEthernet,FlexE)技术来实现。图6为基于3GPP的端到端切片示例。

6 3GPP与承载网管理系统协同实现切片自动化

3GPP定义了如下三种功能实体,协同使能切片自动化,实现涵盖RAN、核心网及承载网的端到端切片方案:

  •  

通信服务管理功能 Communication Service Management Function,CSMF)

  •  

 

  •  

网络切片管理功能(Network Slice Management Function,NSMF)

  •  

 

  •  

网络切片子网管理功能(Network Slice Subnet Management Function,NSSMF)

  •  


MEC


MEC(Multi-access Edge Computing)即多址边缘计算,是5G核心网降低时延的手段之一,通过将计算能力下沉到用户面来缩短时延。图7展示了MEC系统架构。用户面功能(user plane function,UPF)可分布式地部署在多个MEC系统,这些MEC系统部署在用户侧的不同位置,以此来满足不同的时延要求,并提供分层定价模型。

7 5G MEC系统架构

8以单跳光纤链路为例,展示了MEC系统部署位置和RTT时延对应的分层定价模型。如图所示,不同位置的MEC系统会产生不同的RTT(round-trip time)时延。这里的RTT时延不含15到20毫秒的计算及存储时延(包括数据处理、队列等待、传输、编码及计算产生的时延)。

 

 

8 5G MEC部署示例
TSN


TSN(time sensitive networking)指时效性网络,也叫时间敏感网络。对于实时性应用而言,任何通过减少RTT时延所节省的时间都是意义非凡的,比如工厂自动化就要求极致的超高可靠性超低时延(ultra-reliable low-latency communication,URLLC)。在垂直行业中,自动化至关重要,流程、设备及系统需要通过自动化手段进行控制。TSN满足了信息物理系统中控制应用的实时性要求,而5G网络可以免去TSN中实时以太网的线缆限制。
自动控制系统使用传感器、发射器、控制器及执行器进行性能测量、结果比对、错误计算(包括检测及预测的错误)及流程纠错,从而实现防错机制。3GPP定义了确定性通信(即对时效性有严格要求的通信活动)的周期测量KPI。不出所料,其中动作控制的时延要求最为严格。根据网络的可用性及消息大小,动作控制的端到端时延应控制在0.5到2毫秒。此外,5G系统的时钟同步精度也需要控制在1微秒以内。

 

转载自DellOro Group Inc:

 

Dave Bolan

Dell'Oro Group研究总监

 

2020年是5G独立组网(standalone, SA)的商用元年,也是5G SA核心网(5G Core,5GC)蓄势待发的一年。移动通信产业为了推进5G落地,早在2019年就推出了5G非独立组网(non-standalone,NSA)并已全面商用。5G NSA的推出可能延缓了一些运营商(service provider,SP)进军5G SA的步伐——2020年,这些运营商将更加倾向于部署SA实验局,从而为2021年的全面商用做准备。而其他一些运营商,尤其是中国和韩国的运营商,将会在2020年完成5G SA的全国规模商用。

 

扫二维码用手机看

下一个:
下一个:
ewm

关注我们

版权所有:深圳市朗迅通光电科技有限公司  /  粤ICP备15243624号  /  网站建设:中企动力深圳