快捷搜索:

5G的建设过程中有什么难点

今朝核心网处于架构转型和营业转型的关键期。在架构层面,NFV、CU分离、边缘谋略等技巧的成熟推动核心收集架构转型,节制面进一步集中,转发面进一步下沉。在营业层面,2G/3G营业量迅速下降,4G流量、VoLTE、物联网用户数快速增长,在5G慢慢商用的背景下,面向5G商用需求,需结合商用光阴点、各省各地区5G营业场景需求、标准技巧成熟度、设备成熟度等多个身分斟酌5G核心网扶植和演进策略。

5G核心网扶植难点和寻衅

5G期间即将到来,它将对人们应用移动技巧的方方面面孕育发生伟大年夜影响。5G的速率更快、时延更低,从理论上讲,在从智妙手机到自动驾驶汽车等各个领域,5G收集都邑开辟新利用处景。不过如斯繁杂的5G收集,在扶植上面临着很多灾题和寻衅。

多收集、多营业接入交融的寻衅

移动通信系统从第一代到第五代,经历了迅猛的成长,现实收集慢慢形成了包孕多种无线制式的繁杂现状,多种接入技巧经久共存成为凸起特性,同一运营商拥有包括2G/3G/4G/5G以及WLAN收集在内的多张不合制式收集的状况将经久存在。若何高效地运行和掩护多张不合制式的收集,前进竞争力,赓续削减运维资源和实现节能减排是每个运营商都要面临和办理的问题。面向2020年及未来,移动互联网和物联网营业将成为移动通信成长的主要驱动力。若何实现多接入收集的高效动态治理与和谐,同时满意5G的技巧指标及利用处景需求是5G多收集、多营业交融的主要技巧寻衅。4G向5G收集演进接入网布局变更如图1所示。

图1 4G向5G收集演进接入网布局变更

CU(Centralized Unit,集中单元):原BBU的非实时部分将瓜分出来,从新定义为CU,认真处置惩罚非实时协讲和办事。DU(Distribute Unit,散播单元):BBU的残剩功能从新定义为DU,认真处置惩罚物理层协讲和实时办事。

收集虚拟化(云化)带来的筹划和运维寻衅

5G收集周全虚拟化(云化),在带来功能机动性的同时,也带来很多技巧和工程难题。首先收集虚拟化使跨层故障定界定位和后期进级历程加倍繁杂而低效;其次边缘谋略的引入使网元数目倍增,也会导致扶植和掩护事情量成倍增添;着末,微办事化,用户更多的定制营业给营业编排能力提出了极高的要求。

回首收集功能虚拟化NFV(Network Function VirtualizaTIon)的历史实践,今朝NFV转型并未完全达到财产的期望。面向5G演进,运营商收集仍旧面临三大年夜寻衅:一是新营业上线慢,以网元为单位大年夜颗粒整包交付导致开拓周期长,测试事情量大年夜,进级影响大年夜,软件宣布周期必要3~9个月;二是运营资源高,以网元为单位的治理,导致多网元支配、对接和运维资源高,同时5G用户面下沉站点数量增添10倍以上,导致运维资源上升5~10倍;三是单Bit资源高,COTS硬件单Bit资源每年仅下降14%,摩尔定律掉效,5G期间8倍流量增长将带来5倍硬件和能耗增添。

应对三大年夜寻衅,必要运营商构建极致敏捷、极简运营和极致效能的5G极简核心网,实现营业实时敏捷,收集自治和单Bit资源逾越摩尔定律。业界厂家也统一共识,针对上述需求,逝世力做到如下三点:一是极致敏捷,基于微办事的软件架构,软件从以网元为单位的大年夜颗粒交付转变为微办事粒度宣布、测试和进级,实现营业实时敏捷,快速上线,软件宣布周期从半年缩短到一个月以内,进级从百万用户受影响到用户无感知,营业无中断;二是极简运营,运维从以网元为中间转变为以收集为中间,实现收集自治,同时,一站式用户面大年夜幅低落配套资源,并经由过程统一运维,实现用户面即插即用、加站不加人;三是极致效能,经由过程异构硬件综合加速使得转发效率提升50%以上,单Bit资源逾越摩尔定律。

5G核心网与4G核心网有很亲昵的关系,部分网元要交融扶植,形成4G/5G统一的节制面和用户面锚点,以提升用户体验,简化收集支配,低落资源。近来几年,核心网已经开启虚拟化(云化)改造和扶植事情,如虚拟化EPC(Evolved Packet Core)、虚拟化IMS等,国际领先运营商从2016年开始进行虚拟化的规模商用支配,海内起步稍晚,但进展十分迅速,虚拟化IMS已开始商用,虚拟化EPC也在试点历程中。到今年事尾,三大年夜运营商的收集虚拟化进程都邑有大年夜的阶段性成果。从核心网NFV技巧路线看,先从IMS节制面开始,2019年将慢慢实现EPC收集的虚拟化。别的,电信云统一资本池的扶植正提上日程,为后续5G规模扶植奠定根基。5G期间,虚拟化是必备的根基技巧,5G核心网便是虚拟化的核心网,这已经成为行业的广泛共识。

5G核心收集架构的寻衅

5G多收集交融架构中将包括2G/3G/4G/5G和WLAN等多个无线接入网和核心网。若何进行高效的架构设计,如核心网和接入网锚点的选择,同时兼顾收集改造进级的繁杂度、对现网的影响等都是收集架构钻研必要办理的问题。

5G组网可支持SA和NSA两种要领,无论终极海内运营商采纳何种收集架构,5G商用的方式都不会放缓,扶植和投资规模也不会缩水。但为了抢占5G先发市场,NSA或将成为部分运营商的先期建网选择,如图2所示。SA指的是新建5G收集,包括新基站、回程链路以及核心网。NSA非自力组网指的是应用现有的4G根基举措措施,进行5G收集的支配,基于NSA架构的5G载波仅承载用户数据,其节制信令仍经由过程4G收集传输。

运营商可根据营业需求确定进级站点和区域,不必然必要完备的连片覆盖,借助今朝成熟的4G收集扩大年夜5G覆盖范围。因为手机终端发射功率有限,以是5G收集的覆盖范围主要受限于上行,那么经由过程与4G联合组网的要领(NSA)可以实现5G单站覆盖范围的扩大年夜,但因为NSA无需扶植5G新核心网,且NSA需借助4G无线空口(NSA无线锚点在4G),现有的4G核心网架构和4G空口却不轻易满意5G对付时延和传输靠得住性的要求。

5G扶植初期假如采纳NSA架构,4G收集与5G收集紧耦合,将带来站址约束、互操作设置设置设备摆设摆设繁杂等问题,后续向SA演进还需多次收集大年夜规模调剂。

图2 4G向5G收集演进核心收集布局技巧路线图

OpTIon3:EPC+eNB(主)/gNB的要领组网,收集先演进无线接入网,核心网应用LTE的,场景以eNB为主基站,节制面信令由eNB转发,LTE eNB和NR gNB采纳双连接的形式为用户供给高传输数据速度办事,可以有效低落初期的支配资源,主如果前期支配在热点区域,增添系统吞吐量。

OpTIon4:NGC+eNB/gNB(主)的要领组网,同时引入NGC和GNB,与LTE采取兼容的要领支配,核心网采纳5G NGC,eNB和gNB都连接至NGC,基站以gNB为主,同样是采纳双连接的要领为用户供给高速度数据营业办事,LTE收集认真包管覆盖,5G系统认真前进热点地区的数据吞吐量。

OpTIon7:NGC+eNB(主)/gNB的组网要领,此种要领中虽然完备支配了5G NGC和gNB,但数量较少,仍以LTE中的eNB为主,节制面信令都由eNB转发,eNB和gNB采纳双连接的要领为用户供给高数据速度办事。

为了满意各类各样新的办事需求,未来5G核心网架构的扶植和筹划必须要办理以下几方面问题。

一是核心网接入自力。对付固定接入和各类各样的无线接入,核心网应该具有汇聚功能,从而包管接入无关。包管接入无关可以低落终端接入系统的繁杂性和低效性,以及削减功能冗余。

二是散播式架构。散播式架构可以前进收集资本使用率,避免数据转发低效率、单点掉效、RTT时延长、流量超载等问题。散播式架构的引进主要用来降服传统EPC下游量路径低效率和单点掉败的缺陷。经由过程将CGWs和eUCEs放置在IP收集的边缘,5GC可以供给高效的流量路径,最小化旌旗灯号时延,为移动边缘谋略供给更好的支持。在传统的异构收集架构下,流量会被汇聚到一个锚点中,而在未来的5G散播式架构下,流量会被更机动地进行散播式处置惩罚,这会将吞吐量前进至当前的数千倍。

三是节制平面和用户平面完全分离。核心收集应该经由过程开放式接口将数据平面和用户平面完全分离,这样有利于双方各自的自力演进和按需支配。将两个平面完全解耦之后,数据转发采取IP模式,节制平面功能被放置在eUCE和UCE中,用户平面功能被放置在CGW中。用户平面和节制平面之间采纳开放接口来供给基础的可伸缩性和机动性,有了开放式接口的支持,在此根基上使用虚拟化技巧进行收集切片也是异常方便的。

四是轻量级的信令支持。对付IoT(Internet of Things)等办事,核心网应该支持轻量级的信令传输,并且简化相关协议。在LTE中先建立承载通道再进行数据传输的这种基于连接的要领将不再适用于处置惩罚未来越来越多的办事场景。为了应对各类各样新呈现的应用处景,5G核心网的信令机制应该基于按需NAS的观点进行扩展。每当用户提议一个会话,就会自动根据用户必要应用的办事来孕育发生一个相宜的处置惩罚法度榜样(相宜的非接入层信令)。

这种机制可以增强收集的机动性,低落收集的信令开销,同时支持低时延办事。然则着实这种机制存在一种问题,现在只是能够概括呈现阶段可以想象出的应用处景和办事类型,跟着未来的成长,会呈现更多现在没有预知的应用处景,这对付这种已知办事类型构造NAS信息的机制是一个很大年夜的寻衅。

五是高效的移动性治理。高效的移动性治理会带来更好的资本使用率。EPC下移动性治理采取的是静态锚机制,所有的移动终端都是经由过程必然数量的PGW与运营商收集相连的,当用户移动到较远间隔的位置时,这些处于办事状态的PGW状态在短光阴内并不会发生改变,这种机制会造成流量路径效率低下的问题。在5G中应该基于散播式移动性治理引进动态锚机制。用户在CGW1上建立了一个会话session1,eUCE会为其分配一个IP地址,假如用户移动到CGW2的范围之内,UE将会为CGW1保留这个IP地址以防用户从新返回到session1中。然则假如用户已经开始在CGW2上提议一个新的会话session2,UE将会被分配一个新的IP地址来改变其本地地址。

5GC中eUCE认真网关内交付,UCE认真网关间交付,eUCE会动态地将流量路径信息发送给BS和CGW。总之,从EPC向5GC的演进,一定要完成从静态治理到动态治理的演进。

数据分流对5G核心网切片的寻衅

5G多收集交融中的数据分流机制要求用户面数据能够机动高效地在不合接入网传输;最小化对各接入收集底层传输的影响;必要根据安场面景和机能需求进行有效的分流层级选择,如核心网、IP或PDCP分流等。5G收集除了供给2C("民众,"客户)营业以外,还将要满意2B(行业用户)营业的需求。5G支配初期基于eMBB营业需求进行收集支配,满意"民众,"宽度数据营业需求。后期mMTC及uRLLC营业需求将主要面向垂直行业、工业节制、城市根基举措措施等领域,收集支配区域、营业感知需求都差异甚大年夜,可能必要进行大年夜的收集调剂或增添新的载波。

针对加倍精细化的营业需求,在5G收集扶植中不得不引入收集切片技巧。作为5G中被评论争论最多的技巧,收集切片对付5G的意义可谓伟大年夜。只有理解了传统核心网的局限性,才能深刻理解收集切片技巧对付5G的需要性。

首先,跟着用户终端数量和种类的迅速增添、流量的大年夜规模增长、用户需求的赓续多样化,当前的核心网EPC这种传统的集中式设计的收集架构徐徐变得难以处置惩罚越来越多样化的办事要求。其次,EPC是一种“one size fits all”的架构,这种架构是“先天不够”的。举例阐明,在EPC中,移动治理实体MME(Mobility Management Entity)的主要功能是进行终真个移动性治理,然则并非所有的用户装配都具有移动性,比如机械对机械(M2M)类型的传感器之间的通信就不必要为其供给移动性支持,由于这些装配的地舆位置险些是不变的,而传统核心网的架构会使得蓝本的很多设计在面对特定用户群体的时刻根本无任何用武之地。再次,传统核心网上的很多的收集元素运行于专用的硬件设备上,并且与软件元素严重耦合,这异常晦气于收集可编程化。着末,因为当前移动核心网中各个部件的功能划分并不清晰,很多用户包在从eNodeB到SGW,再到PGW的历程中会被进行很多重复处置惩罚,包处置惩罚的流程很不简约,是以其集中式架构和对软硬件要求高的特征使得其支配光阴长,资源也很高。

在5G期间,移动收集办事的工具也不再是纯真的移着手机终端,而是各类类型的设备,比如平板、固定传感器、车辆等。利用处景也多样化,比如移动宽带、大年夜规模互联网、义务关键型互联网等。必要满意的要求也多样化,比如移动性、安然性、时延性、靠得住性等。这就为收集切片供给了用武之地,经由过程收集切片技巧在一个自力的物理收集上切分出多个逻辑收集,从而避免了为每一个办事扶植一个专用的物理收集,这是异常节省资源的,未来的收集必须经由过程收集切片技巧从“one size fits all”向“one size per service”过渡。

虽说收集切片的应用可以极大年夜地改良收集机能和办事质量,然则收集切片的数量设置是一个紧张的问题,不能对每个办事都设置不合的切片。切片数量太多会使得掩护和治理变得艰苦,数量太少又可能导致一个简单的应用案例必要用到两个及以上的切片来达到其需求。5G切片到底能切到什么程度,今朝行业尚未杀青共识。

运营商今朝主要有两种选择:一是基于今朝的套餐模式,推出企业可选的收集办事;二是像企业网市场一样,推出端到真个定制化收集切片。这里面的抵触在于,简单切片依旧会带来收集挥霍,且很难满意千行万业的垂直需求。而过分精细的切片收集,会带来定制化资源和运营资源的激增。更现实的模式,很可能是运营商供给根基的专网切片,然后行业代理和办理规划供给商再进行进一步的定制化办事,来满意详细的企业收集需求。而这也就意味着浩繁新的财产链将要在5G财产大年夜背景下被创造出来,垂直行业的收集与技巧整合型办事商,可能成为5G下一个新商业风口。同时,切片收集模式还带来了运营和治理方面的寻衅。企业若何运维自己购买的切片收集,若何处置惩罚收集与云谋略、IT系统间的关系,这或许也将带来新的市场动力,必要一些全新角色或者办事去填补这些空缺。

无论是传统企业利用5G切片,照样5G切片背景下呈现的新行业,本日大年夜多还都处在行业设想傍边,必须有人去推动这些设想的落地,一步步驱动5G走向广泛的行业市场。在面对营业分流寻衅时,收集切片面临如下难点。

收集切片布局:虽然标准很好地定义了8个利用处景系列,但仍存在很多尚未分类的场景,是以在机能评估标准方面的切片划分的粒度若何确定仍旧是一个必要办理的问题。

收集切片选择:一个用户可能会应用一个或者多个切片,若何选择相宜的切片也是一个基础的问题。

收集切片转换:周游场景下,本地收集切片不能支持用户接入收集,就会造成用户收集中断,一个可能的办理规划是将用户转换到默认切片下,然则在切片转换历程中若何维持IP会话的连通性、侦测转换机会的义务应该交给用户终端照样交给收集,这都是尚待办理的问题。

用户状态保持:用户的状态信息可能会在多个切片中通报,若何治理用户状态也是一个关键问题。

新功能切实着实定:为了支持一些如无人驾驶等的新式办事,当前的EPC功能可能并不能够满意,是以必要定义新的功能以及涉及的消息钱式和处置惩罚法度榜样。

核心网的改造和重构

假如说5G拉开了运营商数字化转型的大年夜幕,那对收集真个改造无疑是最为紧张的部分。不管是OTT寻衅、拓展垂直行业照样增添营业收入的压力,基于传统架构构建的4G EPC核心网(NSA,非自力组网)来支配5G已无法满意需求,具备快速定制、基于切片的运营、高度自动化的智能运维成为5G期间收集必备的新能力。是以,以虚拟化(云化)技巧为根基,面向营业,基于SBA架构的5GC核心网(SA,自力组网)支配5G目标收集架构,成为举世领先运营商的计谋目标和5G商用总体需求。

核心网的改造和重构主要体现在4个方面:一是基于SDN/NFV,使能运营商收集重构;二是采纳SBA和云原生架构,使能收集功能敏捷;三是端到端收集切片技巧,使能垂直行业成长;四因此DevOps+AI为手段构建Zero Touch运维,使能收集运维自动化。

跟原有收集比拟,5GC新核心网扶植面临收集支配、收集功能、新营业开展、多制式共存四大年夜寻衅。

针对5G,3GPP在R15规范中提出了SA和NSA架构要求,采纳NSA Option 3架构支配5G,因核心网照样沿用传统的4G EPC核心网,架构和功能并没有太大年夜变更,可以基于传统EPC进级或者新建虚拟化EPC来支持NSA,虽然具备快速商用上风,但后续向SA收集演进存在对照大年夜的寻衅:一是NSA会带来较大年夜的新增商务资源,涉及现网进级和工程改造,后续改造为SA,涉及二次改造资源;二是先NSA后进级到SA会面临终端切换难、改造难两大年夜寻衅。

跟着商用光阴的贴近亲近,5G收集已经到了成长的关键时期,中国移动提出了5G收集架构三大年夜设计原则,首先是从刚性到软性,也便是从固态收集到动态收集,实现收集资本虚拟化、收集功能的解耦和办事化。其次是移动收集IP化、互联网化,也便是实现与IT收集互通交融,引入互联网技巧,优化收集设计。着末是集中化智能和散播化处置惩罚,集中化智能——功能集中化,为垂直行业供给个性化增值办事,并散播化处置惩罚——移动收集功能接近用户,前进收集吞吐量,低落时延。以SDN/NFV技巧实现收集云化,加上微办事设计,这意味着5G收集真正走向开放化、办事化、软件化,有利于实现5G与垂直行业交融成长。

从今朝现网环境来看,最有可能的两条演进路线如下。

路线1:LTE/EPC-》Option3X-》Option4-》 Option 2

路线2:LTE/EPC-》Option3X-》Option4-》 Option 7X-》 Option 2

NSA选用Option3x,以实现快速支配NR,5G的核心网支配之后,假如NR覆盖好,则跳过Option7x,假如NR覆盖不好,则应用Option7x过度,LTE继承做锚点。

无论采纳哪种要领,演进的基础思路都因此LTE为根基,慢慢引入5G RAN和NGC,支配初期以双连接为主,LTE用于包管覆盖和切换,热点地区支配5G基站,前进系统的容量和吞吐率,着末慢慢演进,直到周全进入5G期间。

总结

移动通信是国家关键收集根基举措措施,是推动国夷易近经济成长、提升信息化水平的紧张引擎,5G的快速支配将助力工业互联网、智能制造、今世农业、聪明城市等方面的成上进程,但5G收集扶植存在诸多艰苦,必要政府、运营商、通信根基举措措施单位、设备制造商等多方共同,才能实现快速高效建网的目的。

应该说,以NFV/SDN技巧为代表的收集转型,已经成为行业共识,不仅运营商在井然有序地推进,大年夜多半设备厂商也积极拥抱,成为收集转型的紧张推动力。即将商用的5G收集就与NFV/SDN相互关注。尤其是核心网,收集架构抉择收集竞争力,一旦收集确定很难调剂架构。作为电信收集节制中间的核心网,在收集中是大年夜脑,5G海量终端、超低时延和超高带宽等这些需求都必要核心网快速做出相应和处置惩罚,必要“头脑智慧”的新核心网。

是以5G收集扶植需坚持收集架构一步到位,扶植全新5G核心网是重塑运营商竞争力的关键。5G NSA主要满意5G初期eMBB类营业需求,具有快速体验5G营业的上风。NSA Option3沿用传统的4G核心网,软件架构层面并没有变更,可以基于传统设备进级或者新建虚拟化的4G核心网来支持NSA。SA的5GC比拟于NSA EPC收集,天然基于虚拟化技巧扶植,经由过程引入MANO、切片/子切片治理功能等,满意切片按需定制、快速天生、动态开释等特点,能更好地满意差异化垂直行业需求。

5G引入办事化架构是全新的技巧立异,在营业层面进行了彻底的开放和解耦,是一次自顶向下的全开放架构。这种架构异常有利于运营商快速支配富厚多变的营业,并通过细粒度的办事实现按需编排和进级,满意收集经久演进的需求。

滥觞:通信天下全媒体

您可能还会对下面的文章感兴趣: