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【邮电】持续演进的5G服务化网络架构.pdf

  • 上传人:添***
  • 文档编号:251605
  • 上传时间:2022-09-20
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    邮电 持续 演进 服务 网络 架构
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    1、0 引言2018年6月份, 3GPP发布了R15协议规范, 标志移动通信正式进入了第5代, 不仅在带宽、 容量、 用户数和时延方面有了大幅提升, 而且在网络架构方面也发生了重大变化。在移动通信系统不断演进过程中,核心网 (CN) 的架构也在不断变化: 2G/3G CN包含CS域和PS域, 同时提供语音和分组业务; 4G CN仅有PS域, 实现了全IP化。在此过程中, 随着用户数的增长,以及语音、 短信、 数据等业务的增长为运营商带来了收益的快速增长。CN架构的演进, 以提升设备性能,降低成本为主要目的。传统的2G/3G/4G CN, 采用专用设备。其底层平台仅支持同厂商纵向扩展, 无法实现异厂。

    2、商横向资源共享, 不利于灵活部署。另外, 由于业务的多样性, 其对控制能力和转发能力的需求不尽相同, 也不成比例, 导致控制面与转发面的扩容不易同步进行。因此CN设备直到4G, 一直以控制转发分离作为演进主线。控制转发分离有利于设备的独立升级、 演进。控制面设备可以专注于提升其信令处理能力; 而转发面设备持续演进的5G服务化网络架构Continuous Evolution of 5G SBA关键词:服务化架构; 核心网; 5G; 控制转发分离doi: 10.12045/j.issn.1007-3043.2018.11.006中图分类号: TN929.5文献标识码: A文章编号: 1007-30。

    3、43 (2018) 11-0029-06摘要:随着SDN/NFV技术在电信设备中的应用, 软件和硬件实现了解耦, 运营商可降低CAPEX和OPEX, 同时增加网元功能部署的灵活性。移动通信核心网架构的演进主线, 从优化性能、 降低成本为主要目标的控制转发分离技术, 正逐渐转向以提升移动网络的盈利能力, 实现业务快速上线为主要目标的服务化架构技术, 并将沿着这条主线持续演进。回顾了以控制转发分离为主线的移动通信核心网架构演进的历程, 从支持业务快速上线的角度分析了5G服务化网络架构的优势, 并通过对5G服务化架构的演进需求分析, 给出了未来核心网架构演进的一些建议。Abstract:With t。

    4、he application of SDN/NFV technology in telecommunication equipment, software and hardware are decoupled, opera-tors can reduce CAPEX and OPEX, and increase the flexibility of network element deployment. The evolutionary of the mobilecommunication core network architecture, from the control user pla。

    5、ne separation technology which aiming at optimizing per-formance and reducing costs, is turning to a service architecture technology that aims to improve the profitability of mobilenetworks and achieve rapid on-line and flexible on-demand deployment. It will continue to evolve along this way. It rev。

    6、iewsthe evolution of the mobile communication core network architecture with control user plane separation, analyzes the advan-tages of 5G serviced network architecture from the perspective of fast support on-line deployment, and puts forward somesuggestions for the future evolution of core network 。

    7、architecture through the analysis of the evolution requirements of 5G ser-vice architecture.Keywords:SBA; CN; 5G; CUPS可以专注于提升其转发能力。随着虚拟化技术在电信领域中的应用, ETSI 在2012年成立了工作组, 在NFV架构、 生态、 可靠性、 安全、 测试等领域进行了广泛而深入的研究, 制定了一系列NFV国际标准。在全球已有超过400项部署计划和100个多商用局点, 覆盖EPC、 IMS、 物联网等多种网络场景。国内各大运营商近3年完成了NFV技术的概念验证、 试验网、。

    8、 现网试点以及试商用验证, 已基本掌握了NFV虚拟化阶段的核心技术和部署能力。虚拟化技术通过计算、 存储、 网络资源的虚拟化, 实现了软件和硬件的解耦, 网络功能 (NF) 软件可以灵活部署,动态扩缩容, 用于部署软件的通用服务器, 可以更低的成本进行升级, 可在数据中心更有效地处理整个网络的管理, 因此优化设备性能, 降低成本的目标将随着虚拟化技术在电信设备中的大规模应用而逐渐弱化。受人口红利见顶、 提速降费等因素的影响, 运营商传统经营收入增长乏力。收入增长取决于现有付费服务的使用量增加或新服务的推出, 增加收入的唯一方法是推出新服务。因此, 支持业务的快速创新和上线, 不断通过业务创新和。

    9、新业务的快速部署提升盈利能力, 将会成为推动CN架构演进的主要动力。目前, 3GPP 5G协议标准已经正式发布, 与之前的CN架构相比, 5G网络架构发生了根本性的变化。5G网络采用开放的服务化架构, NF以服务的方式呈现,任何其他NF或者业务应用都可以通过标准规范的接口访问该NF提供的服务。5G开放性的网络架构, 充分体现了支持业务快速创新的CN架构演进主线。5G网络架构是新一代CN架构的起点, 并将沿着该主线不断完善。本文在第1章回顾了以提升性能、 降低成本为目标, 以控制转发分离为主要手段的CN架构演进的过程。第2章从支持业务快速上线, 实现灵活部署的角度分析了5G服务化网络架构的优势,。

    10、 最后在第3章对CN架构的未来演进做了初步探讨。1 以控制转发分离为主线的核心网演进历程2G/3G CN包含CS域和PS域。典型的网络架构为R99网络架构, 如图1所示。其中CS包含MSC和GMSC; PS域包含SGSN和GGSN。MSC/GMSC是移动交换中心, 负责呼叫信令的处理和话路中继的处理; SGSN负责PS域移动性管理和会话管理相关的信令处理, 同时支持 GPT-U 隧道和分组域报文的转发。GGSN 与PDN接口, 负责会话/计费/策略相关的信令处理和报文的转发。在R4 CN架构中, PS域没有发生变化, 但CS域网元进行了一次控制转发分离, 如图2所示。MSC拆分为 MSC Se。

    11、rver 和 MGW, GMSC 拆分为 GMSC Server 和MGW。MSC Server 和 GMSC Server 负责处理呼叫信令, MGW负责话路中继处理, MSC Server通过H.248协议, 控制媒体面连接的建立和释放。到了R7, CN架构上仅增加了IMS域, 其他并没有太大的变化。R8是4G移动通信的第1个协议版本,一方面去掉了CS域, 只保留了PS域, 实现了CN的全IP化; 另一方面, 对SGSN进行了控制转发分离, 拆分为 MME 和 SGW 2 个网元, 同时 GGSN 演变为 PGW。如图3所示。MME负责移动性管理和会话管理, SGW/PGW负责业务报文的转。

    12、发、 策略和计费, 配合完成会话的管理, 包括会话的建立, 释放和修改。虽然 R8 将 SGSN 拆分为 MME 和 SGW, 但是这种图1R99 CN架构图2R4 CN架构PSTNMSC/VLRUTRANUEGMSCSGSNGGSNPDNPS域CS域PSTNGMSC ServerMSC ServerPDNSGSNGGSNMGWMGWPS域UEUTRANCS域MMEPDNSGWPGWUEE-UTRAN图3R8 CN架构拆分并不彻底, SGW/PGW仍包含会话/策略/计费相关的信令面相关的处理, 因此在2016年, SGW/PGW又进行了一次拆分, 进一步拆分为控制面和转发面, 如图4所示。促成。

    13、该拆分的一个原因来自于转发面下沉的需求, 为了便于下沉, 需要简化转发面和控制面之间的接口。从R99到控制转发分离 (CUPS)CN架构的演进过程, 可以得出CUPS是贯穿CN架构演进的主线。将网元设备分为控制面设备和转发面设备, 有利于不同网元独立的扩容、 优化和技术演进。2 支持业务快速上线的5G服务化网络架构3GPP在2018年6月份发布了R15协议规范, 标志着移动通信系统正式迈入5G时代。5G移动通信目标是实现万物互联, 支持丰富的移动互联网业务和物联网业务, 移动互联网和物联网作为移动通信发展的两大主要驱动力, 为5G提供了广阔的前景。新的通信需求对现有网络技术和商业模式带来了挑战。

    14、, 现有的移动网络架构主要满足语音要求和传统的MBB服务, 此架构已被证明不够灵活, 多个3GPP版本升级、 大量的NE、 复杂接口无法支持多元化5G服务。面对多样化的业务场景, 5G核心网 (5GC) 需要新的网络架构。此外, 在提供优质的移动通信服务的同时, 运营商更加关注移动网络的盈利能力。但是受人口红利见顶、 提速降费等因素的影响, 运营商传统经营收入增长乏力。收入增长取决于现有付费服务的使用量增加或新服务的推出。通过高效和经济的方式推出众多新服务, 为技术和业务创新创造一个生态系统。因此, 支持服务的快速创新、 快速上线、 按需部署是5G网络成功商用的关键。为了支持业务的快速上线、 。

    15、按需部署, 移动网络需要一种开放网络架构, 通过架构开放支持不断扩充网络能力, 通过接口开放支持业务访问提供的网络能力。5G服务化网络架构 (SBA) 正是在这种背景下诞生的。按照3GPP R15协议规范, 将3G/4G CN中的网元按照功能, 拆分为独立的NF, 如图5所示。5GC 在 CUPS 的基础上, 控制面拆分为多个 NF:AMF主要负责终端接入和移动性管理, SMF负责会话管理, PCF负责策略管理, UDM负责用户数据管理等。其中NRF是服务化架构的核心, 负责NF的管理, 包括注册、 发现、 授权等功能。5GC采用了SBA, 是在CUPS架构基础上的再次优化和演进, 对比CUP。

    16、S网络可以看出, SGW-U/PGW-U2个网元转发面处理在5GC中合并为一个UPF, 更便于转发面的下沉; SGW-C/PGW-C负责会话管理, 通常部署于核心区域, 将两者合并为SMF能够简化CN的开发和部署, MME中既包含接入移动性管理, 又包含会话管理, 在5GC中按功能, 将会话管理的部分功能放到SMF中实现, AMF仅实现接入移动性管理, 只与用户数相关而不在与会话数量相关, 更加有利于AMF和SMF的独立演进。服务以比传统网元更精细的粒度运行, 并且彼此松耦合, 允许升级单个服务, 而对其他服务的影响最小, 每个服务可以通过轻量级服务接口直接与其他服务交互, 与传统的点到点架构相比, 基于服务化接口的架构可以轻松扩展, 同时服务化接口是开放的接口, 任何其他NF和业务应用, 都可以通过该接口使用NF, 5G SBA的这些优点, 充分体现了网络架构的开放性。前文提到, 随着虚拟化技术在移动通信网络中的应用, 网络设备的成本将大幅降低, 优化设备性能和降低采购运维成本的目标逐渐弱化。同时受人口红利见顶、 提速降费等因素的影响, 运营商流量经营收入增长乏力。而增加收入的唯一方。

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