隨著數(shù)字化技術的變革，移動通信技術在飛速發(fā)展，從語音到數(shù)字再到流量經(jīng)營，大連接、低時延、高速率、高可靠的網(wǎng)絡需求日益增加，第五代移動通信業(yè)技術也成為了全球研發(fā)熱點。未來的5G網(wǎng)絡可應用于車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、智慧醫(yī)療等方方面面。在全球業(yè)界的共同努力下，5G網(wǎng)絡的關鍵能力及應用場景已經(jīng)基本確定，預計2020年我國實現(xiàn)5G網(wǎng)絡的商用，在此過程中，核心網(wǎng)將全面顛覆以往的網(wǎng)絡架構，核心網(wǎng)網(wǎng)絡如何發(fā)展起著關鍵性的作用，尤其在核心網(wǎng)未來技術發(fā)展方向，演進過程中面臨著嚴峻的考驗。

隨著5G技術的到來，世界即將步入一個數(shù)據(jù)大爆炸的時代，這將是一個跳躍性的發(fā)展、是一場變革，它將意味著網(wǎng)絡架構將實現(xiàn)顛覆性的轉(zhuǎn)變。它將不再是人與人之間的通信，轉(zhuǎn)而變成人與物、物與物之間的通信，這種大連接、低時延、高速率的網(wǎng)絡將會給核心網(wǎng)帶來巨大的影響。隨著5G商用時間點的逼近，核心網(wǎng)網(wǎng)絡如何發(fā)展將起著關鍵性的作用，尤其在核心網(wǎng)未來技術發(fā)展方向、演進過程中面臨著嚴峻的考驗。

1?? 核心網(wǎng)現(xiàn)狀與問題分析

在前不久舉辦的2018上海世界移動大會上，中國聯(lián)通、中國移動和中國電信三大運營商亮出了時間表：計劃到2020年，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡正式商用。作為第五代移動通信，5G網(wǎng)絡帶給人們的第一感覺是速度快。4G時代主要實現(xiàn)了“人與人”的快速通訊連接，但5G的“志向”遠不止于此，它的目標是要讓更多的“人和物”、“物和物”快速相連，進而推進萬物互聯(lián)時代的到來。5G的高速率、高穩(wěn)定性和低時延特性將提高無人駕駛的安全性能，除了無人駕駛，在遠程操控、智能家居等應用場景也將進一步走近消費者。根據(jù)目前業(yè)界的分析，全球5G應用領域?qū)⒅饕性谲嚶?lián)網(wǎng)、公共安全、智慧城市、媒體及信息娛樂四個方面。這也是業(yè)界人士認為5G網(wǎng)絡最大的價值，“能夠和更多的產(chǎn)業(yè)深度融合”。

當前，中國移動對5G 基本架構已有初步共識，就是要支持多種接入、降低不同接入方式和核心網(wǎng)的耦合、實現(xiàn)按需的組網(wǎng)、借力NFV/SDN技術。NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡功能虛擬化）技術的出現(xiàn)有效的解決了核心網(wǎng)架構的弊端，為運營商提供了一個良好的發(fā)展機遇，將NFV技術引入移動核心網(wǎng)具有重要意義。

隨著商用時間的逼近，5G網(wǎng)絡化已經(jīng)到了發(fā)展的關鍵時期，中國移動提出了5G網(wǎng)絡架構三大設計原則，首先是從剛性到軟性，也就是從固態(tài)網(wǎng)絡到動態(tài)網(wǎng)絡，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源虛擬化、網(wǎng)絡功能的解耦和服務化。其次是移動網(wǎng)絡IP化、互聯(lián)網(wǎng)化，也就是實現(xiàn)與IT網(wǎng)絡互通融合，引入互聯(lián)網(wǎng)技術，優(yōu)化網(wǎng)絡設計。最后是集中化智能和分布化處理，集中化智能—功能集中化，為垂直行業(yè)提供個性化增值服務，并分布化處理—移動網(wǎng)絡功能靠近用戶，提高網(wǎng)絡吞吐量，降低時延。以SDN/NFV 技術實現(xiàn)網(wǎng)絡云化，加上微服務設計，這意味著5G 網(wǎng)絡真正走向開放化、服務化、軟件化方向，有利于實現(xiàn)5G與垂直行業(yè)融合發(fā)展。

今年6月，3GPP?5G NR標準SA（獨立組網(wǎng)）方案正式完成并發(fā)布，標志著首個真正完整意義的國際5G標準正式出爐。SA獨立組網(wǎng)相對于NSA（非獨立組網(wǎng)）存在，其引入的新能力也是5G區(qū)別于4G的一個重要特征。NSA模式是只建5G基站，不建5G核心網(wǎng)，不能做到終端到終端直達的5G網(wǎng)絡，信號傳輸要經(jīng)過的路徑多，時延也很長，不能很好地支持網(wǎng)路切片、邊緣計算等5G的技術特征。而SA獨立組網(wǎng)模式下，5G的基站連接5G的核心網(wǎng)，可通過核心網(wǎng)下沉部署到基站側，使傳輸信號所需要經(jīng)過的路徑很少，可以直接從基站側到達業(yè)務服務器。

在4G網(wǎng)絡中，傳統(tǒng)的核心網(wǎng)網(wǎng)元之間有著固定的通訊鏈路和通訊路徑，用戶的位置信息必須從無線基站上報給MME，然后由MME通過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(wǎng)服務化架構下，各網(wǎng)絡功能服務之間可以根據(jù)需求任意通訊，極大地優(yōu)化了通訊路徑。

伴隨著虛擬化技術運用在電信領域，傳統(tǒng)意義上的核心網(wǎng)網(wǎng)元實現(xiàn)了軟硬件解耦，軟件部分被稱為網(wǎng)絡功能（Network Function）。3GPP定義的服務化結構將一個網(wǎng)絡功能進一步拆分成若干個自包含、自管理、可重用的網(wǎng)絡功能服務（NF Service），這些網(wǎng)絡功能相互之間解耦，具備獨立升級、獨立彈性的能力，具備標準接口與其他網(wǎng)絡功能服務互通，并且可通過編排工具根據(jù)不同的需求進行編排和實例化部署。這種網(wǎng)元拆分與經(jīng)常談論的云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，并為每個5G網(wǎng)絡功能定義了一組具備對外互通標準接口的網(wǎng)絡功能服務。

2?? 基于5G核心網(wǎng)演進

5G時代通信技術的另一次變革，實現(xiàn)了由個人應用向行業(yè)應用的轉(zhuǎn)變。隨著5G時代的到來，核心網(wǎng)需要不斷演進以適應更高流量需求及更優(yōu)的業(yè)務體驗。

2.1? 核心網(wǎng)NFV

定義：NFV（Network Functions Virtualization）網(wǎng)絡功能虛擬化，是指通過使用虛擬化軟件技術，實現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)元的軟硬解耦，不同廠家的軟件運行在統(tǒng)一的虛擬化基礎設施上。它的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

（1）降低運營商總體CAPEX/OPEX；

（2）減少新業(yè)務及服務市場投放時間；

（3）增加架構靈活性，實現(xiàn)彈性架構；

（4）更加開放的虛擬化應用及純軟件應用的平臺；

（5）降低創(chuàng)新業(yè)務的開發(fā)部署成本。

從今天的網(wǎng)絡向未來NFV網(wǎng)絡演進，意味著：

業(yè)務部署復雜，向靈活快速部署演進；

運維復雜，向簡化運維演進；

硬件設備種類多種多樣，向歸一化硬件、資源共享演進；

創(chuàng)新困難、商業(yè)機會有限，向推動創(chuàng)新、多商用機會演進。

NFV是未來網(wǎng)絡的基礎性技術，有助于實現(xiàn)軟件化的基礎通信網(wǎng)絡。核心網(wǎng)虛擬化是NFV在移動核心網(wǎng)中的具體應用，其最終目標是利用標準的X86服務器存儲和交換設備來取代原通信網(wǎng)絡中專用網(wǎng)元。X86標準的IT設備成本低廉，能夠為運營商節(jié)省大量的投資成本。經(jīng)過軟硬件解耦后，網(wǎng)絡設備功能將不再依靠傳統(tǒng)專用硬件，能夠?qū)崿F(xiàn)資源的靈活共享，并有利于新業(yè)務的開發(fā)和快速部署。

2.2? 網(wǎng)絡切片

移動通信系統(tǒng)每十年變遷，技術支持應用，應用基于場景：3G、4G的發(fā)展得益于移動互聯(lián)網(wǎng)，5G除了移動互聯(lián)增強，另一驅(qū)動力來自于物聯(lián)網(wǎng)。4G升級5G，從移動互聯(lián)到萬物互聯(lián)時代。5G將在8大KPI指標上實現(xiàn)對4G的全面超越。其中峰值數(shù)據(jù)傳輸速率將達到20Gbit/s，用戶體驗速率達到100Mbit/s，時間延遲低于1ms。以上指標都是傳統(tǒng)4G技術所無法實現(xiàn)的，這也預示著5G將采用全新的技術方案，因此我們需要-網(wǎng)絡切片。

網(wǎng)絡切片可以實現(xiàn)：

（1）針對大型企業(yè)/垂直和MVNO的新型服務，按需滿足不同經(jīng)濟形式的“恰到好處”的服務

（2）能夠針對特定服務的價格和性能進行優(yōu)化

（3）增強安全性，通過特定的加密技術和隔離進行定制服務

（4）跨運營商的行業(yè)切片部署（例如，針對國家智能電網(wǎng)的兩個運營商之間的

（5）網(wǎng)絡切片或用于全球服務范圍的聯(lián)合切片）

5G網(wǎng)絡切片將成為5G時代面向垂直行業(yè)的第一應用和基礎業(yè)務形式，面向垂直行業(yè)的需求，提供定制化、相互隔離、質(zhì)量可保證的專用邏輯網(wǎng)絡。

◆網(wǎng)絡切片的概念

網(wǎng)絡切片是端到端的邏輯功能集合和其所需的物理或虛擬資源，包括接入網(wǎng)、核心網(wǎng)、傳輸網(wǎng)等，網(wǎng)絡切片可認為是5G網(wǎng)絡中的虛擬化“專網(wǎng)”。

網(wǎng)絡切片可基于傳統(tǒng)的專有硬件構建，也可基于NFV/SDN的通用基礎設施構建，建議基于統(tǒng)一平臺構建，實現(xiàn)低成本高效運營。

◆網(wǎng)絡切片的選擇

NSSF與NRF為5G區(qū)別于4G網(wǎng)絡的新增功能實體，可實現(xiàn)網(wǎng)絡切片相關功能。

表1??? 5G新增功能實體

網(wǎng)絡切片選擇協(xié)助信息（NSSAI）

作為簽約信息，標識特定的網(wǎng)絡切片，同時由終端攜帶，UE通過NSSAI來進行RAN和CN的網(wǎng)絡切片實例的選擇。

網(wǎng)絡切片選擇功能（NSSF）

引入獨立的NSSF控制平面網(wǎng)絡功能，實現(xiàn)網(wǎng)絡切片的靈活選擇，為UR選擇網(wǎng)絡切片實例集，確定允許的NSSAI，并基于配置或者向NRF詢問來確定為UE服務的AMF集。

◆網(wǎng)絡切片部署策略

根據(jù)標準的完善程度、產(chǎn)品支持情況、用戶需求，網(wǎng)絡切片的部署建議：單域到跨域，由核心網(wǎng)逐步演進至無線、傳輸領域；切片業(yè)務類型由eMBB業(yè)務逐步到uRLLC /mIoT，再按需擴展；切片設計由運營商獨立設計到切片能力開放；切片管理由基本的切片配置管理及生命周期管理到自動化編排。單域到跨域，由核心網(wǎng)逐步演進至無線、傳輸領域；切片業(yè)務類型由eMBB業(yè)務逐步到uRLLC /mIoT，再按需擴展；切片設計由運營商獨立設計到切片能力開放；各切片獨立管理，獨立升級，獨立演進；切片管理由基本的切片配置管理及生命周期管理到自動化編排。

根據(jù)不同場景選擇不同的方案：

運營商個人用戶切片場景：AMF/PCF/UDM/NRF共享，不同切片包含不同的SMF/UPF；由運營商統(tǒng)一控制切片之間采用的策略；切片間使用相同的用戶簽約數(shù)據(jù)；

企業(yè)專網(wǎng)切片場景：AMF/UDM/NRF共享，SMF/UPF/PCF每個切片單獨部署，通過在切片中部署獨立的策略管理，每個切片可以為會話和業(yè)務路由設定特定的策略；

有獨立放卡放號需求的虛擬運營的場景：AMF/SMF/UPF/NRF/UDM/PCF每個切片單獨部署；

通過上面的分析，我們發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡切片技術成為了移動核心網(wǎng)網(wǎng)絡架構改革的新元素。各設備廠商也將開始陸續(xù)發(fā)布設備產(chǎn)品。

5G技術在通信網(wǎng)的發(fā)展還需要進一步研發(fā)與測試，其性能與可靠性還需要做進一步的改進。

3?? 結束語

本文對當前核心網(wǎng)現(xiàn)狀及問題進行了詳細的分析，在此基礎上，闡述了核心網(wǎng)未來發(fā)展方向所涉及的關鍵技術，包括NFV虛擬化技術、網(wǎng)絡切片技術等。通過對關鍵技術發(fā)展的探討，分析了今后核心網(wǎng)依靠關鍵技術演進的過程，尤其重點分析網(wǎng)絡切片技術的部署對網(wǎng)絡未來演進發(fā)展的影響。

大視頻、物聯(lián)網(wǎng)、VR/AR、自動駕駛的快速發(fā)展，對網(wǎng)絡容量、可靠性提出了新要求，核心網(wǎng)5G演進是必然趨勢，相信通過技術發(fā)展，能夠為5G助力，提升運營商未來發(fā)展競爭力。