．5G 時代網路重大變革—— 基於服務化架構的 5G 核心網

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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。

5G Reference Network Architecture - Techplayon

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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