目前核心網(wǎng)處于架構(gòu)轉(zhuǎn)型和業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵期。在架構(gòu)層面，NFV、CU分離、邊緣計(jì)算等技術(shù)的成熟推動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)型，控制面進(jìn)一步集中，轉(zhuǎn)發(fā)面進(jìn)一步下沉。在業(yè)務(wù)層面，2G/3G業(yè)務(wù)量迅速下降，4G流量、VoLTE、物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)數(shù)快速增長(zhǎng)，在5G逐步商用的背景下，面向5G商用需求，需結(jié)合商用時(shí)間點(diǎn)、各省各地區(qū)5G業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求、標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)成熟度、設(shè)備成熟度等多個(gè)因素考慮5G核心網(wǎng)建設(shè)和演進(jìn)策略。

5G核心網(wǎng)建設(shè)難點(diǎn)和挑戰(zhàn)

5G時(shí)代即將到來(lái)，它將對(duì)人們使用移動(dòng)技術(shù)的方方面面產(chǎn)生巨大影響。5G的速度更快、時(shí)延更低，從理論上講，在從智能手機(jī)到自動(dòng)駕駛汽車(chē)等各個(gè)領(lǐng)域，5G網(wǎng)絡(luò)都會(huì)開(kāi)辟新應(yīng)用場(chǎng)景。不過(guò)如此復(fù)雜的5G網(wǎng)絡(luò)，在建設(shè)上面臨著很多難題和挑戰(zhàn)。

多網(wǎng)絡(luò)、多業(yè)務(wù)接入融合的挑戰(zhàn)

移動(dòng)通信系統(tǒng)從第一代到第五代，經(jīng)歷了迅猛的發(fā)展，現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)逐步形成了包含多種無(wú)線(xiàn)制式的復(fù)雜現(xiàn)狀，多種接入技術(shù)長(zhǎng)期共存成為突出特征，同一運(yùn)營(yíng)商擁有包括2G/3G/4G/5G以及WLAN網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)的多張不同制式網(wǎng)絡(luò)的狀況將長(zhǎng)期存在。如何高效地運(yùn)行和維護(hù)多張不同制式的網(wǎng)絡(luò)，提高競(jìng)爭(zhēng)力，不斷減少運(yùn)維成本和實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排是每個(gè)運(yùn)營(yíng)商都要面臨和解決的問(wèn)題。面向2020年及未來(lái)，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)將成為移動(dòng)通信發(fā)展的主要驅(qū)動(dòng)力。如何實(shí)現(xiàn)多接入網(wǎng)絡(luò)的高效動(dòng)態(tài)管理與協(xié)調(diào)，同時(shí)滿(mǎn)足5G的技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用場(chǎng)景需求是5G多網(wǎng)絡(luò)、多業(yè)務(wù)融合的主要技術(shù)挑戰(zhàn)。4G向5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化如圖1所示。

圖1 4G向5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)變化

CU(Centralized Unit，集中單元)：原BBU的非實(shí)時(shí)部分將分割出來(lái)，重新定義為CU，負(fù)責(zé)處理非實(shí)時(shí)協(xié)議和服務(wù)。DU(Distribute Unit，分布單元)：BBU的剩余功能重新定義為DU，負(fù)責(zé)處理物理層協(xié)議和實(shí)時(shí)服務(wù)。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化(云化)帶來(lái)的規(guī)劃和運(yùn)維挑戰(zhàn)

5G網(wǎng)絡(luò)全面虛擬化(云化)，在帶來(lái)功能靈活性的同時(shí)，也帶來(lái)很多技術(shù)和工程難題。首先網(wǎng)絡(luò)虛擬化使跨層故障定界定位和后期升級(jí)過(guò)程更加復(fù)雜而低效;其次邊緣計(jì)算的引入使網(wǎng)元數(shù)目倍增，也會(huì)導(dǎo)致建設(shè)和維護(hù)工作量成倍增加;最后，微服務(wù)化，用戶(hù)更多的定制業(yè)務(wù)給業(yè)務(wù)編排能力提出了極高的要求。

回顧網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化NFV(Network Function Virtualization)的歷史實(shí)踐，目前NFV轉(zhuǎn)型并未完全達(dá)到產(chǎn)業(yè)的期望。面向5G演進(jìn)，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)仍然面臨三大挑戰(zhàn)：一是新業(yè)務(wù)上線(xiàn)慢，以網(wǎng)元為單位大顆粒整包交付導(dǎo)致開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)，測(cè)試工作量大，升級(jí)影響大，軟件發(fā)布周期需要3~9個(gè)月;二是運(yùn)營(yíng)成本高，以網(wǎng)元為單位的管理，導(dǎo)致多網(wǎng)元部署、對(duì)接和運(yùn)維成本高，同時(shí)5G用戶(hù)面下沉站點(diǎn)數(shù)量增加10倍以上，導(dǎo)致運(yùn)維成本上升5~10倍;三是單Bit成本高，COTS硬件單Bit成本每年僅下降14%，摩爾定律失效，5G時(shí)代8倍流量增長(zhǎng)將帶來(lái)5倍硬件和能耗增加。

應(yīng)對(duì)三大挑戰(zhàn)，需要運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建極致敏捷、極簡(jiǎn)運(yùn)營(yíng)和極致效能的5G極簡(jiǎn)核心網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)敏捷，網(wǎng)絡(luò)自治和單Bit成本超越摩爾定律。業(yè)界廠(chǎng)家也統(tǒng)一共識(shí)，針對(duì)上述需求，極力做到如下三點(diǎn)：一是極致敏捷，基于微服務(wù)的軟件架構(gòu)，軟件從以網(wǎng)元為單位的大顆粒交付轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒎?wù)粒度發(fā)布、測(cè)試和升級(jí)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)敏捷，快速上線(xiàn)，軟件發(fā)布周期從半年縮短到一個(gè)月以?xún)?nèi)，升級(jí)從百萬(wàn)用戶(hù)受影響到用戶(hù)無(wú)感知，業(yè)務(wù)無(wú)中斷;二是極簡(jiǎn)運(yùn)營(yíng)，運(yùn)維從以網(wǎng)元為中心轉(zhuǎn)變?yōu)橐跃W(wǎng)絡(luò)為中心，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自治，同時(shí)，一站式用戶(hù)面大幅降低配套成本，并通過(guò)統(tǒng)一運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)面即插即用、加站不加人;三是極致效能，通過(guò)異構(gòu)硬件綜合加速使得轉(zhuǎn)發(fā)效率提升50%以上，單Bit成本超越摩爾定律。

5G核心網(wǎng)與4G核心網(wǎng)有很密切的關(guān)系，部分網(wǎng)元要融合建設(shè)，形成4G/5G統(tǒng)一的控制面和用戶(hù)面錨點(diǎn)，以提升用戶(hù)體驗(yàn)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)部署，降低成本。最近幾年，核心網(wǎng)已經(jīng)開(kāi)啟虛擬化(云化)改造和建設(shè)工作，如虛擬化EPC(Evolved Packet Core)、虛擬化IMS等，國(guó)際領(lǐng)先運(yùn)營(yíng)商從2016年開(kāi)始進(jìn)行虛擬化的規(guī)模商用部署，國(guó)內(nèi)起步稍晚，但進(jìn)展十分迅速，虛擬化IMS已開(kāi)始商用，虛擬化EPC也在試點(diǎn)過(guò)程中。到今年年底，三大運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)虛擬化進(jìn)程都會(huì)有大的階段性成果。從核心網(wǎng)NFV技術(shù)路線(xiàn)看，先從IMS控制面開(kāi)始，2019年將逐步實(shí)現(xiàn)EPC網(wǎng)絡(luò)的虛擬化。另外，電信云統(tǒng)一資源池的建設(shè)正提上日程，為后續(xù)5G規(guī)模建設(shè)奠定基礎(chǔ)。5G時(shí)代，虛擬化是必備的基礎(chǔ)技術(shù)，5G核心網(wǎng)就是虛擬化的核心網(wǎng)，這已經(jīng)成為行業(yè)的廣泛共識(shí)。

5G核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的挑戰(zhàn)

5G多網(wǎng)絡(luò)融合架構(gòu)中將包括2G/3G/4G/5G和WLAN等多個(gè)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)和核心網(wǎng)。如何進(jìn)行高效的架構(gòu)設(shè)計(jì)，如核心網(wǎng)和接入網(wǎng)錨點(diǎn)的選擇，同時(shí)兼顧網(wǎng)絡(luò)改造升級(jí)的復(fù)雜度、對(duì)現(xiàn)網(wǎng)的影響等都是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究需要解決的問(wèn)題。

5G組網(wǎng)可支持SA和NSA兩種方式，無(wú)論最終國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商采用何種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，5G商用的步伐都不會(huì)放緩，建設(shè)和投資規(guī)模也不會(huì)縮水。但為了搶占5G先發(fā)市場(chǎng)，NSA或?qū)⒊蔀椴糠诌\(yùn)營(yíng)商的先期建網(wǎng)選擇，如圖2所示。SA指的是新建5G網(wǎng)絡(luò)，包括新基站、回程鏈路以及核心網(wǎng)。NSA非獨(dú)立組網(wǎng)指的是使用現(xiàn)有的4G基礎(chǔ)設(shè)施，進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)的部署，基于NSA架構(gòu)的5G載波僅承載用戶(hù)數(shù)據(jù)，其控制信令仍通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)傳輸。

運(yùn)營(yíng)商可根據(jù)業(yè)務(wù)需求確定升級(jí)站點(diǎn)和區(qū)域，不一定需要完整的連片覆蓋，借助目前成熟的4G網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)大5G覆蓋范圍。由于手機(jī)終端發(fā)射功率有限，所以5G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍主要受限于上行，那么通過(guò)與4G聯(lián)合組網(wǎng)的方式(NSA)可以實(shí)現(xiàn)5G單站覆蓋范圍的擴(kuò)大，但由于NSA無(wú)需建設(shè)5G新核心網(wǎng)，且NSA需借助4G無(wú)線(xiàn)空口(NSA無(wú)線(xiàn)錨點(diǎn)在4G)，現(xiàn)有的4G核心網(wǎng)架構(gòu)和4G空口卻不容易滿(mǎn)足5G對(duì)于時(shí)延和傳輸可靠性的要求。

5G建設(shè)初期如果采用NSA架構(gòu)，4G網(wǎng)絡(luò)與5G網(wǎng)絡(luò)緊耦合，將帶來(lái)站址約束、互操作配置復(fù)雜等問(wèn)題，后續(xù)向SA演進(jìn)還需多次網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模調(diào)整。

圖2 4G向5G網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)核心網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)技術(shù)路線(xiàn)圖

Option3：EPC+eNB(主)/gNB的方式組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)先演進(jìn)無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)，核心網(wǎng)使用LTE的，場(chǎng)景以eNB為主基站，控制面信令由eNB轉(zhuǎn)發(fā)，LTE eNB和NR gNB采用雙連接的形式為用戶(hù)提供高傳輸數(shù)據(jù)速率服務(wù)，可以有效降低初期的部署成本，主要是前期部署在熱點(diǎn)區(qū)域，增加系統(tǒng)吞吐量。

Option4：NGC+eNB/gNB(主)的方式組網(wǎng)，同時(shí)引入NGC和GNB，與LTE采取兼容的方式部署，核心網(wǎng)采用5G NGC，eNB和gNB都連接至NGC，基站以gNB為主，同樣是采用雙連接的方式為用戶(hù)提供高速率數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)，LTE網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)保證覆蓋，5G系統(tǒng)負(fù)責(zé)提高熱點(diǎn)地區(qū)的數(shù)據(jù)吞吐量。

Option7：NGC+eNB(主)/gNB的組網(wǎng)方式，此種方式中雖然完整部署了5G NGC和gNB，但數(shù)量較少，仍以L(fǎng)TE中的eNB為主，控制面信令都由eNB轉(zhuǎn)發(fā)，eNB和gNB采用雙連接的方式為用戶(hù)提供高數(shù)據(jù)速率服務(wù)。

為了滿(mǎn)足各種各樣新的服務(wù)需求，未來(lái)5G核心網(wǎng)架構(gòu)的建設(shè)和規(guī)劃必須要解決以下幾方面問(wèn)題。

一是核心網(wǎng)接入獨(dú)立。對(duì)于固定接入和各種各樣的無(wú)線(xiàn)接入，核心網(wǎng)應(yīng)該具有匯聚功能，從而保證接入無(wú)關(guān)。保證接入無(wú)關(guān)可以降低終端接入系統(tǒng)的復(fù)雜性和低效性，以及減少功能冗余。

二是分布式架構(gòu)。分布式架構(gòu)可以提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率，避免數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)低效率、單點(diǎn)失效、RTT時(shí)延長(zhǎng)、流量超載等問(wèn)題。分布式架構(gòu)的引進(jìn)主要用來(lái)克服傳統(tǒng)EPC下流量路徑低效率和單點(diǎn)失敗的缺陷。通過(guò)將CGWs和eUCEs放置在IP網(wǎng)絡(luò)的邊緣，5GC可以提供高效的流量路徑，最小化信號(hào)時(shí)延，為移動(dòng)邊緣計(jì)算提供更好的支持。在傳統(tǒng)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，流量會(huì)被匯聚到一個(gè)錨點(diǎn)中，而在未來(lái)的5G分布式架構(gòu)下，流量會(huì)被更靈活地進(jìn)行分布式處理，這會(huì)將吞吐量提高至當(dāng)前的數(shù)千倍。

三是控制平面和用戶(hù)平面完全分離。核心網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該通過(guò)開(kāi)放式接口將數(shù)據(jù)平面和用戶(hù)平面完全分離，這樣有利于雙方各自的獨(dú)立演進(jìn)和按需部署。將兩個(gè)平面完全解耦之后，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)采取IP模式，控制平面功能被放置在eUCE和UCE中，用戶(hù)平面功能被放置在CGW中。用戶(hù)平面和控制平面之間采用開(kāi)放接口來(lái)提供基本的可伸縮性和靈活性，有了開(kāi)放式接口的支持，在此基礎(chǔ)上利用虛擬化技術(shù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)切片也是非常方便的。

四是輕量級(jí)的信令支持。對(duì)于IoT(Internet of Things)等服務(wù)，核心網(wǎng)應(yīng)該支持輕量級(jí)的信令傳輸，并且簡(jiǎn)化相關(guān)協(xié)議。在LTE中先建立承載通道再進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪@種基于連接的方式將不再適用于處理未來(lái)越來(lái)越多的服務(wù)場(chǎng)景。為了應(yīng)對(duì)各種各樣新出現(xiàn)的使用場(chǎng)景，5G核心網(wǎng)的信令機(jī)制應(yīng)該基于按需NAS的概念進(jìn)行擴(kuò)展。每當(dāng)用戶(hù)發(fā)起一個(gè)會(huì)話(huà)，就會(huì)自動(dòng)根據(jù)用戶(hù)需要使用的服務(wù)來(lái)產(chǎn)生一個(gè)合適的處理程序(合適的非接入層信令)。

這種機(jī)制可以增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的靈活性，降低網(wǎng)絡(luò)的信令開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)支持低時(shí)延服務(wù)。但是其實(shí)這種機(jī)制存在一種問(wèn)題，現(xiàn)在只是能夠概括出現(xiàn)階段可以想象出的使用場(chǎng)景和服務(wù)類(lèi)型，隨著未來(lái)的發(fā)展，會(huì)出現(xiàn)更多現(xiàn)在沒(méi)有預(yù)知的使用場(chǎng)景，這對(duì)于這種已知服務(wù)類(lèi)型構(gòu)造NAS信息的機(jī)制是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

五是高效的移動(dòng)性管理。高效的移動(dòng)性管理會(huì)帶來(lái)更好的資源利用率。EPC下移動(dòng)性管理采取的是靜態(tài)錨機(jī)制，所有的移動(dòng)終端都是通過(guò)一定數(shù)量的PGW與運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)相連的，當(dāng)用戶(hù)移動(dòng)到較遠(yuǎn)距離的位置時(shí)，這些處于服務(wù)狀態(tài)的PGW狀態(tài)在短時(shí)間內(nèi)并不會(huì)發(fā)生改變，這種機(jī)制會(huì)造成流量路徑效率低下的問(wèn)題。在5G中應(yīng)該基于分布式移動(dòng)性管理引進(jìn)動(dòng)態(tài)錨機(jī)制。用戶(hù)在CGW1上建立了一個(gè)會(huì)話(huà)session1，eUCE會(huì)為其分配一個(gè)IP地址，如果用戶(hù)移動(dòng)到CGW2的范圍之內(nèi)，UE將會(huì)為CGW1保留這個(gè)IP地址以防用戶(hù)重新返回到session1中。但是如果用戶(hù)已經(jīng)開(kāi)始在CGW2上發(fā)起一個(gè)新的會(huì)話(huà)session2，UE將會(huì)被分配一個(gè)新的IP地址來(lái)改變其本地地址。

5GC中eUCE負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)內(nèi)交付，UCE負(fù)責(zé)網(wǎng)關(guān)間交付，eUCE會(huì)動(dòng)態(tài)地將流量路徑信息發(fā)送給BS和CGW?？傊?，從EPC向5GC的演進(jìn)，必然要完成從靜態(tài)管理到動(dòng)態(tài)管理的演進(jìn)。

數(shù)據(jù)分流對(duì)5G核心網(wǎng)切片的挑戰(zhàn)

5G多網(wǎng)絡(luò)融合中的數(shù)據(jù)分流機(jī)制要求用戶(hù)面數(shù)據(jù)能夠靈活高效地在不同接入網(wǎng)傳輸;最小化對(duì)各接入網(wǎng)絡(luò)底層傳輸?shù)挠绊?需要根據(jù)部署場(chǎng)景和性能需求進(jìn)行有效的分流層級(jí)選擇，如核心網(wǎng)、IP或PDCP分流等。5G網(wǎng)絡(luò)除了提供2C(公眾客戶(hù))業(yè)務(wù)以外，還將要滿(mǎn)足2B(行業(yè)用戶(hù))業(yè)務(wù)的需求。5G部署初期基于eMBB業(yè)務(wù)需求進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署，滿(mǎn)足公眾寬度數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求。后期mMTC及uRLLC業(yè)務(wù)需求將主要面向垂直行業(yè)、工業(yè)控制、城市基礎(chǔ)設(shè)施等領(lǐng)域，網(wǎng)絡(luò)部署區(qū)域、業(yè)務(wù)感知需求都差異甚大，可能需要進(jìn)行大的網(wǎng)絡(luò)調(diào)整或增加新的載波。

針對(duì)更加精細(xì)化的業(yè)務(wù)需求，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中不得不引入網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)。作為5G中被討論最多的技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)切片對(duì)于5G的意義可謂巨大。只有理解了傳統(tǒng)核心網(wǎng)的局限性，才能深刻理解網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)對(duì)于5G的必要性。

首先，隨著用戶(hù)終端數(shù)量和種類(lèi)的迅速增加、流量的大規(guī)模增長(zhǎng)、用戶(hù)需求的不斷多樣化，當(dāng)前的核心網(wǎng)EPC這種傳統(tǒng)的集中式設(shè)計(jì)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)逐漸變得難以處理越來(lái)越多樣化的服務(wù)要求。其次，EPC是一種“one size fits all”的架構(gòu)，這種架構(gòu)是“先天不足”的。舉例說(shuō)明，在EPC中，移動(dòng)管理實(shí)體MME(Mobility Management Entity)的主要功能是進(jìn)行終端的移動(dòng)性管理，但是并非所有的用戶(hù)裝置都具有移動(dòng)性，比如機(jī)器對(duì)機(jī)器(M2M)類(lèi)型的傳感器之間的通信就不需要為其提供移動(dòng)性支持，因?yàn)檫@些裝置的地理位置幾乎是不變的，而傳統(tǒng)核心網(wǎng)的架構(gòu)會(huì)使得原本的很多設(shè)計(jì)在面對(duì)特定用戶(hù)群體的時(shí)候根本無(wú)任何用武之地。再次，傳統(tǒng)核心網(wǎng)上的很多的網(wǎng)絡(luò)元素運(yùn)行于專(zhuān)用的硬件設(shè)備上，并且與軟件元素嚴(yán)重耦合，這非常不利于網(wǎng)絡(luò)可編程化。最后，由于當(dāng)前移動(dòng)核心網(wǎng)中各個(gè)部件的功能劃分并不清晰，很多用戶(hù)包在從eNodeB到SGW，再到PGW的過(guò)程中會(huì)被進(jìn)行很多重復(fù)處理，包處理的流程很不簡(jiǎn)約，因此其集中式架構(gòu)和對(duì)軟硬件要求高的特點(diǎn)使得其部署時(shí)間長(zhǎng)，成本也很高。

在5G時(shí)代，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的對(duì)象也不再是單純的移動(dòng)手機(jī)終端，而是各種類(lèi)型的設(shè)備，比如平板、固定傳感器、車(chē)輛等。應(yīng)用場(chǎng)景也多樣化，比如移動(dòng)寬帶、大規(guī)?；ヂ?lián)網(wǎng)、任務(wù)關(guān)鍵型互聯(lián)網(wǎng)等。需要滿(mǎn)足的要求也多樣化，比如移動(dòng)性、安全性、時(shí)延性、可靠性等。這就為網(wǎng)絡(luò)切片提供了用武之地，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在一個(gè)獨(dú)立的物理網(wǎng)絡(luò)上切分出多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，從而避免了為每一個(gè)服務(wù)建設(shè)一個(gè)專(zhuān)用的物理網(wǎng)絡(luò)，這是非常節(jié)省成本的，未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)必須通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)從“one size fits all”向“one size per service”過(guò)渡。

雖說(shuō)網(wǎng)絡(luò)切片的使用可以極大地改善網(wǎng)絡(luò)性能和服務(wù)質(zhì)量，但是網(wǎng)絡(luò)切片的數(shù)量設(shè)置是一個(gè)重要的問(wèn)題，不能對(duì)每個(gè)服務(wù)都設(shè)置不同的切片。切片數(shù)量太多會(huì)使得維護(hù)和管理變得困難，數(shù)量太少又可能導(dǎo)致一個(gè)簡(jiǎn)單的使用案例需要用到兩個(gè)及以上的切片來(lái)達(dá)到其需求。5G切片到底能切到什么程度，目前行業(yè)尚未達(dá)成共識(shí)。

運(yùn)營(yíng)商目前主要有兩種選擇：一是基于目前的套餐模式，推出企業(yè)可選的網(wǎng)絡(luò)服務(wù);二是像企業(yè)網(wǎng)市場(chǎng)一樣，推出端到端的定制化網(wǎng)絡(luò)切片。這里面的矛盾在于，簡(jiǎn)單切片依舊會(huì)帶來(lái)網(wǎng)絡(luò)浪費(fèi)，且很難滿(mǎn)足千行萬(wàn)業(yè)的垂直需求。而過(guò)分精細(xì)的切片網(wǎng)絡(luò)，會(huì)帶來(lái)定制化成本和運(yùn)營(yíng)成本的激增。更現(xiàn)實(shí)的模式，很可能是運(yùn)營(yíng)商提供基礎(chǔ)的專(zhuān)網(wǎng)切片，然后行業(yè)代理和解決方案提供商再進(jìn)行進(jìn)一步的定制化服務(wù)，來(lái)滿(mǎn)足具體的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)需求。而這也就意味著眾多新的產(chǎn)業(yè)鏈將要在5G產(chǎn)業(yè)大背景下被創(chuàng)造出來(lái)，垂直行業(yè)的網(wǎng)絡(luò)與技術(shù)整合型服務(wù)商，可能成為5G下一個(gè)新商業(yè)風(fēng)口。同時(shí)，切片網(wǎng)絡(luò)模式還帶來(lái)了運(yùn)營(yíng)和管理方面的挑戰(zhàn)。企業(yè)如何運(yùn)維自己購(gòu)買(mǎi)的切片網(wǎng)絡(luò)，如何處理網(wǎng)絡(luò)與云計(jì)算、IT系統(tǒng)間的關(guān)系，這或許也將帶來(lái)新的市場(chǎng)動(dòng)力，需要一些全新角色或者服務(wù)去填補(bǔ)這些空白。

無(wú)論是傳統(tǒng)企業(yè)應(yīng)用5G切片，還是5G切片背景下出現(xiàn)的新行業(yè)，今天大多還都處在行業(yè)設(shè)想當(dāng)中，必須有人去推動(dòng)這些設(shè)想的落地，一步步驅(qū)動(dòng)5G走向廣泛的行業(yè)市場(chǎng)。在面對(duì)業(yè)務(wù)分流挑戰(zhàn)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片面臨如下難點(diǎn)。

網(wǎng)絡(luò)切片結(jié)構(gòu)：雖然標(biāo)準(zhǔn)很好地定義了8個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景系列，但仍存在很多尚未分類(lèi)的場(chǎng)景，因此在性能評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)方面的切片劃分的粒度如何確定仍然是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。

網(wǎng)絡(luò)切片選擇：一個(gè)用戶(hù)可能會(huì)使用一個(gè)或者多個(gè)切片，如何選擇合適的切片也是一個(gè)基本的問(wèn)題。

網(wǎng)絡(luò)切片轉(zhuǎn)換：漫游場(chǎng)景下，本地網(wǎng)絡(luò)切片不能支持用戶(hù)接入網(wǎng)絡(luò)，就會(huì)造成用戶(hù)網(wǎng)絡(luò)中斷，一個(gè)可能的解決方案是將用戶(hù)轉(zhuǎn)換到默認(rèn)切片下，但是在切片轉(zhuǎn)換過(guò)程中如何保持IP會(huì)話(huà)的連通性、偵測(cè)轉(zhuǎn)換時(shí)機(jī)的任務(wù)應(yīng)該交給用戶(hù)終端還是交給網(wǎng)絡(luò)，這都是尚待解決的問(wèn)題。

用戶(hù)狀態(tài)維持：用戶(hù)的狀態(tài)信息可能會(huì)在多個(gè)切片中傳遞，如何管理用戶(hù)狀態(tài)也是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題。

新功能的確定：為了支持一些如無(wú)人駕駛等的新式服務(wù)，當(dāng)前的EPC功能可能并不能夠滿(mǎn)足，因此需要定義新的功能以及涉及的消息格式和處理程序。

核心網(wǎng)的改造和重構(gòu)

如果說(shuō)5G拉開(kāi)了運(yùn)營(yíng)商數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大幕，那對(duì)網(wǎng)絡(luò)端的改造無(wú)疑是最為重要的部分。不管是OTT挑戰(zhàn)、拓展垂直行業(yè)還是增加業(yè)務(wù)收入的壓力，基于傳統(tǒng)架構(gòu)構(gòu)建的4G EPC核心網(wǎng)(NSA，非獨(dú)立組網(wǎng))來(lái)部署5G已無(wú)法滿(mǎn)足需求，具備快速定制、基于切片的運(yùn)營(yíng)、高度自動(dòng)化的智能運(yùn)維成為5G時(shí)代網(wǎng)絡(luò)必備的新能力。因此，以虛擬化(云化)技術(shù)為基礎(chǔ)，面向業(yè)務(wù)，基于SBA架構(gòu)的5GC核心網(wǎng)(SA，獨(dú)立組網(wǎng))部署5G目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，成為全球領(lǐng)先運(yùn)營(yíng)商的戰(zhàn)略目標(biāo)和5G商用總體需求。

核心網(wǎng)的改造和重構(gòu)主要體現(xiàn)在4個(gè)方面：一是基于SDN/NFV，使能運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)重構(gòu);二是采用SBA和云原生架構(gòu)，使能網(wǎng)絡(luò)功能敏捷;三是端到端網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，使能垂直行業(yè)發(fā)展;四是以DevOps+AI為手段構(gòu)建Zero Touch運(yùn)維，使能網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維自動(dòng)化。

跟原有網(wǎng)絡(luò)相比，5GC新核心網(wǎng)建設(shè)面臨網(wǎng)絡(luò)部署、網(wǎng)絡(luò)功能、新業(yè)務(wù)開(kāi)展、多制式共存四大挑戰(zhàn)。

針對(duì)5G，3GPP在R15規(guī)范中提出了SA和NSA架構(gòu)要求，采用NSA Option 3架構(gòu)部署5G，因核心網(wǎng)還是沿用傳統(tǒng)的4G EPC核心網(wǎng)，架構(gòu)和功能并沒(méi)有太大變化，可以基于傳統(tǒng)EPC升級(jí)或者新建虛擬化EPC來(lái)支持NSA，雖然具備快速商用優(yōu)勢(shì)，但后續(xù)向SA網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)存在比較大的挑戰(zhàn)：一是NSA會(huì)帶來(lái)較大的新增商務(wù)成本，涉及現(xiàn)網(wǎng)升級(jí)和工程改造，后續(xù)改造為SA，涉及二次改造成本;二是先NSA后升級(jí)到SA會(huì)面臨終端切換難、改造難兩大挑戰(zhàn)。

隨著商用時(shí)間的逼近，5G網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)到了發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，中國(guó)移動(dòng)提出了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)三大設(shè)計(jì)原則，首先是從剛性到軟性，也就是從固態(tài)網(wǎng)絡(luò)到動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化、網(wǎng)絡(luò)功能的解耦和服務(wù)化。其次是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化、互聯(lián)網(wǎng)化，也就是實(shí)現(xiàn)與IT網(wǎng)絡(luò)互通融合，引入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)。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(gè)性化增值服務(wù)，并分布化處理——移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能靠近用戶(hù)，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低時(shí)延。以SDN/NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)云化，加上微服務(wù)設(shè)計(jì)，這意味著5G網(wǎng)絡(luò)真正走向開(kāi)放化、服務(wù)化、軟件化，有利于實(shí)現(xiàn)5G與垂直行業(yè)融合發(fā)展。

從目前現(xiàn)網(wǎng)情況來(lái)看，最有可能的兩條演進(jìn)路線(xiàn)如下。

路線(xiàn)1：LTE/EPC->Option3X->Option4-> Option 2

路線(xiàn)2：LTE/EPC->Option3X->Option4-> Option 7X-> Option 2

NSA選用Option3x，以實(shí)現(xiàn)快速部署NR，5G的核心網(wǎng)部署之后，如果NR覆蓋好，則跳過(guò)Option7x，如果NR覆蓋不好，則使用Option7x過(guò)度，LTE繼續(xù)做錨點(diǎn)。

無(wú)論采用哪種方式，演進(jìn)的基本思路都是以L(fǎng)TE為基礎(chǔ)，逐步引入5G RAN和NGC，部署初期以雙連接為主，LTE用于保證覆蓋和切換，熱點(diǎn)地區(qū)部署5G基站，提高系統(tǒng)的容量和吞吐率，最后逐步演進(jìn)，直到全面進(jìn)入5G時(shí)代。

總結(jié)

移動(dòng)通信是國(guó)家關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，是推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展、提升信息化水平的重要引擎，5G的快速部署將助力工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智能制造、現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、智慧城市等方面的發(fā)展進(jìn)程，但5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)存在諸多困難，需要政府、運(yùn)營(yíng)商、通信基礎(chǔ)設(shè)施單位、設(shè)備制造商等多方配合，才能實(shí)現(xiàn)快速高效建網(wǎng)的目的。

應(yīng)該說(shuō)，以NFV/SDN技術(shù)為代表的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，已經(jīng)成為行業(yè)共識(shí)，不僅運(yùn)營(yíng)商在有條不紊地推進(jìn)，大多數(shù)設(shè)備廠(chǎng)商也積極擁抱，成為網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的重要推動(dòng)力。即將商用的5G網(wǎng)絡(luò)就與NFV/SDN息息相關(guān)。尤其是核心網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)決定網(wǎng)絡(luò)競(jìng)爭(zhēng)力，一旦網(wǎng)絡(luò)確定很難調(diào)整架構(gòu)。作為電信網(wǎng)絡(luò)控制中心的核心網(wǎng)，在網(wǎng)絡(luò)中是大腦，5G海量終端、超低時(shí)延和超高帶寬等這些需求都需要核心網(wǎng)快速做出響應(yīng)和處理，需要“頭腦聰明”的新核心網(wǎng)。

因此5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需堅(jiān)持網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一步到位，建設(shè)全新5G核心網(wǎng)是重塑運(yùn)營(yíng)商競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。5G NSA主要滿(mǎn)足5G初期eMBB類(lèi)業(yè)務(wù)需求，具有快速體驗(yàn)5G業(yè)務(wù)的優(yōu)勢(shì)。NSA Option3沿用傳統(tǒng)的4G核心網(wǎng)，軟件架構(gòu)層面并沒(méi)有變化，可以基于傳統(tǒng)設(shè)備升級(jí)或者新建虛擬化的4G核心網(wǎng)來(lái)支持NSA。SA的5GC相比于NSA EPC網(wǎng)絡(luò)，天然基于虛擬化技術(shù)建設(shè)，通過(guò)引入MANO、切片/子切片管理功能等，滿(mǎn)足切片按需定制、快速生成、動(dòng)態(tài)釋放等特性，能更好地滿(mǎn)足差異化垂直行業(yè)需求。

5G引入服務(wù)化架構(gòu)是全新的技術(shù)創(chuàng)新，在業(yè)務(wù)層面進(jìn)行了徹底的開(kāi)放和解耦，是一次自頂向下的全開(kāi)放架構(gòu)。這種架構(gòu)非常有利于運(yùn)營(yíng)商快速部署豐富多變的業(yè)務(wù)，并通過(guò)細(xì)粒度的服務(wù)實(shí)現(xiàn)按需編排和升級(jí)，滿(mǎn)足網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期演進(jìn)的需求。