cookieOptions = {...}; .5G 時代網路重大變革—— 基於服務化架構的 5G 核心網 - 3S Market「全球智慧科技應用」市場資訊網
2018年11月14日 星期三

The 5G Revolution - The Internet of Things Meets Everything: Goldman Sachs' Simona Jankowski




來源:C114中国通信网


通信技術的演進已經到了第四代。從第一代到第四代行動通信技術,圍繞的都是人與人之間的通信,而在如今的網路直播、虛擬現實、4K影像逐漸普及的大環境下,用戶對於網路的要求也是越來越高,要滿足用戶不斷成長的網路需求,一個頻寬更高、延遲更低、覆蓋更廣的行動網路必不可少,而5G正是一個,能夠滿足這些需求的網路。
除了人與人之間的通信,5G更重要的目標是萬物互聯。4G已經改變了人類的生活方式,5G將改變社會的生產模式。

5G網路主要有三大技術場景,增強的行動頻段業務Enhanced Mobile Broad Band (EMBB),海量機器通信Massive Machine Type Communication(MMTC),高可靠低時延Ultra Reliable Low Latency Communications(URLLC)。

每種技術場景,都提煉於各行各業對未來通信的需求。三大場景中,MMTC和URLLC都是主要針對垂直行業的業務需求,足以可見5G對垂直行業的重視程度。


  圖一 5G網路滿足垂直行業需求
  

為了滿足5G萬物互聯的需求,通信人致力於對貫穿於5G網路的基地台、核心網、編排管理、傳輸等各部分的實現。對於核心網而言,基於傳統CT思維的設計模式,顯然已經不足以面向未來。

因此,5G核心網有了更方便、更靈活,引入垂直行業的架構,即基於服務化的架構 Service Based Architecture,簡稱SBA。3GPP定義的基於服務化架構的5G核心網如下圖所示。


  圖二 5G核心網服務化架構
  

5G核心網架構與傳統核心網架構的顯著區別在於:
控制面網路功能,摒棄傳統的點對點通訊方式,採用統一的基於服務化架構和接口,例如上圖中的Nnssf、Nsmf等

控制面與媒體面分離

行動性管理與會話管理解耦

核心網對接入方式不感知,各種接入方式,都透過統一的機制接入網路,例如非33GPP方式,也透過統一的N2/N3接口接入5G核心網,33GPP與非33GPP統一認證等。

服務化架構,是5G核心網區別於傳統核心網的顯著差異,那麼究竟什麼是服務化架構呢我們總結了5G核心網服務化架構四大特徵如下:


  圖三 5G核心網服務化架構四大特徵
  

一、傳統網元被逐漸拆分
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,實現了軟硬體解耦,軟體部分被稱為網路功能(Network Function)。

3GPP定義的服務化結構,將一個網路功能,進一步拆分成若干個自包含、自管理、可重用的網路功能服務(NF Service),這些網路功能相互之間解耦,具備獨立升級、獨立彈性的能力,具備標準接口與其他網路功能服務互通,並且可透過編排工具,根據不同的需求進行編排和實例化佈署。

這種網元拆分,與我們經常談論的雲原生或微服務架構,有著相似的理念,而3GPP進行了標準化定義,並為每個5G網路功能,定義了一組具備對外互通標準接口的網路功能服務。


二、網路功能服務管理自動化
網路功能被拆分成多個網路功能服務後,維護工程師會從面對幾個網元,改變為面對幾十個網路功能服務,如果仍然依靠傳統核心網的手工維護方式,那對維護工程師而言,無異於一場災難。

因此,5G核心網的網路功能服務,需要能夠做到自動化管理,NRF就是這樣的一個網路功能。NRF支持幾個主要功能為:

1)網路功能服務的自動註冊,更新或去註冊;每個網路功能服務,在上電時會自動向NRF註冊本服務的IP地址、域名,支持的能力等相關資訊,在資訊變更後自動同步到NRF,在下電時向NRF進行去註冊。NRF需要維護整個網路內,所有網路功能服務的即時資訊,類似一個網路功能服務即時倉庫。

2)網路功能服務的自動發現和選擇。在5G核心網中,每個網路功能服務,都會透過NRF來尋找合適的對端服務,而不是依賴於本地配置方式,固化通訊對端。

NRF會根據當前資訊,向請求者返回對應的響應者,網路功能服務列表,供請求者進行選擇。這種方式一定程度上類似於DNS機制,從而實現網路功能服務的自動發現和選擇。

3)網路功能服務的狀態檢測。NRF可以與各網路功能服務之間,進行雙向定期狀態檢測,當某個網路功能服務異常,NRF將異常狀態通知,到與其相關的網路功能服務。

4)網路功能服務的認證授權。NRF作為管理類網路功能,需要考慮網路安全機制,以防止被非法網路功能服務劫持業務。


三、網路通信路徑優化
傳統核心網的網元之間,有著固定的通訊鏈路和通訊路徑。例如在4G網路中,用戶的位置資訊,必須從無線基地台,上報給MME,然後由MME透過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,各網路功能服務之間,可以根據需求任意通訊,極大地優化了通訊路徑。同樣的以用戶位置資訊策略為例,PCF可以提前訂閱用戶位置資訊變更事件,當AMF中的網路服務功能,檢測到用戶發生位置變更時,發佈用戶位置資訊變更事件,PCF可直接即時接收到該事件,無需其他網路功能服務進行中轉。

四、網路功能服務間的交互解耦
傳統核心網網元之間的通訊,遵循請求者和響應者的點對點模式,這是一種相互耦合的傳統模式。5G核心網架構下的網路功能服務間通訊機制,進一步解耦為生產者和消費者模式,生產者發佈相關能力,並不關注消費者是誰,在什麼地方。

消費者訂閱相關能力,並不關注生產者是誰,在什麼地方。這是一種從IT業借鑒過來的通訊模式,非常適用於通訊雙方的接口解耦。


5G核心網的服務化架構是5G時代,在網路架構方面的一個重大變革,具備靈活可編排、解耦、開放等傳統網路架構,所無法比擬的優點,是5G時代迅速滿足垂直行業需求的一個重要手段。核心網的黑盒子已經被打開,依託於服務化架構的5G核心網,行動通信網路,一定會在未來的萬物互聯之路上,展現出巨大的能力。


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