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詳解5G三大關鍵技術
[ 通信界 | 陳瑾 | www.6611o.com | 2018/9/13 19:51:26 ]
 

想必你已聽說,由中國移動牽頭提出的SBA構架已被3GPP確認為5G核心網基礎構架,實在令人欣喜自豪。

 

但是,相對于傳統核心網,這一構架變動之大,不禁讓人感嘆技術創新步伐之快,有點猝不及防之感。

 

5G核心網構架主要包含三大關鍵技術:SBA、CUPS和網絡切片,在小編看來,這是最終實現化整為零、由硬變軟的徹底演進。

 

 

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什么是SBA?

 

SBA(Service Based Architecture),即基于服務的架構。它基于云原生構架設計,借鑒了IT領域的“微服務”理念。

 

眾所周知,傳統網元是一種緊耦合的黑盒設計,NFV(網絡功能虛擬化)從黑盒設備中解耦出網絡功能軟件,但解耦后的軟件依然是“大塊頭”的單體式構架,需進一步分解為細粒度化的模塊化組件,并通過開放API接口來實現集成,以提升應用開發的整體敏捷性和彈性。

 

為此,業界提出了基于Cloud Native的設計原則。

 

Cloud Native的使命是改變世界如何構建軟件,其主要由微服務架構、DevOps和以容器為代表的敏捷基礎架構幾部分組成,目標是實現交付的彈性、可重復性和可靠性。

 

 

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微服務就是指將Monolithic(這個詞太難傳神翻譯了,本文翻譯成單體式應用程序)拆分為多個粒度更小的微服務,微服務之間通過API交互,且每個微服務獨立于其他服務進行部署、升級、擴展,可在不影響客戶使用的情況下頻繁更新正在使用的應用。

 

 

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正是基于這樣的設計理念,傳統網元先是轉換為網絡功能(NF),然后NF再被分解為多個“網絡功能服務”。

 

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SBA=網絡功能服務+基于服務的接口。網絡功能可由多個模塊化的“網絡功能服務”組成,并通過“基于服務的接口”來展現其功能,因此“網絡功能服務”可以被授權的NF靈活使用。

 

其中,NRF(NF Repository Function,NF貯存功能)支持網絡功能服務注冊登記、狀態監測等,實現網絡功能服務自動化管理、選擇和可擴展。

 

 

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CUPS

 

CUPS(Control and User Plane Separation),即控制與用戶面分離。目的是讓網絡用戶面功能擺脫“中心化”的囚禁,使其既可靈活部署于核心網(中心數據中心),也可部署于接入網(邊緣數據中心),最終實現可分布式部署。

 

事實上,核心網一直沿著控制面和用戶面分離的方向演進。比如,從R7開始,通過Direct Tunnel技術將控制面和用戶面分離,在3G RNC和GGSN之間建立了直連用戶面隧道,用戶面數據流量直接繞過SGSN在RNC和GGSN之間傳輸。到了 R8,出現了MME這樣的純信令節點。

 

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只是到了4.5G5G時代,這一分離的趨勢更加徹底,也更加必要。

 

其中一大原因就是,為了滿足5G網絡毫秒級時延的KPI。

 

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光纖傳播速度為200km/ms,數據要在相距幾百公里以上的終端和核心網之間來回傳送,顯然是無法滿足5G毫秒級時延的。物理距離受限,這是硬傷。

 

因此,需將內容下沉和分布式的部署于接入網側(邊緣數據中心),使之更接近用戶,降低時延和網絡回傳負荷。

 

網絡切片

 

5G服務是多樣化的,包括車聯網、大規模物聯網、工業自動化、遠程醫療、VR/AR等等。

 

這些服務對網絡的要求是不一樣的,比如工業自動化要求低時延、高可靠但對數據速率要求不高;高清視頻無需超低時延但要求超高速率;一些大規模物聯網不需要切換,部分移動性管理對之而言是信令浪費等等,為此5G要像一把瑞士軍刀一樣,多功能滿足差異化的網絡服務。

 

于是,我們就要把網絡切成多個虛擬且相互隔離的子網絡,分別應對不同的服務。

 

當然,這么靈活的切片工作豈是傳統大塊頭的黑盒設備能擔當的,自然要虛擬化、軟件化,再將網絡功能進一步細粒度模塊化,才能實現靈活組裝業務應用。

 

因此,3GPP就確認了由中國移動牽頭26家公司提出的SBA構架5G核心網基礎構架。

 

5G系統構架

 

構架如下:

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5G系統服務架構

 

 

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▲非漫游5G系統架構參考點

 

 

•Authentication Server Function (AUSF)

•Core Access and Mobility Management Function (AMF)

•Data network (DN), 比如運營商服務、互聯網接入和三方服務

•Structured Data Storage network function (SDSF)

•Unstructured Data Storage network function (UDSF)

•Network Exposure Function (NEF)

•NF Repository Function (NRF)

•Policy Control function (PCF)

•Session Management Function (SMF)

•Unified Data Management (UDM)

•User plane Function (UPF)

•Application Function (AF)

•User Equipment (UE)

•(Radio) Access Network ((R)AN)

 

這個5G核心網基礎構架正是基于云原生的微服務構架設計原則,以模塊化、軟件化的構建方式來構架5G核心網,以高效執行不同服務類型的網絡切片。我們看到上圖中網絡節點名稱后面都帶有Function(功能),這些功能是基于軟件化的,以便動態靈活調整網絡。

 

11379作者:陳瑾 來源:通信界 編輯:顧北

 

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