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深度技术剖析长文:5G核心网与接入网的演进

2019-07-26 14:24
来源: 中移物联

四、5G网络演进方式

图9  5G组网方式分类

现网中实际部署5G网络时,分为独立和非独立组网两种形式。

o 独立组网模式(SA):指的是新建5G网络,包括新基站、回程链路以及核心网。SA引入了全新网元与接口的同时,还将大规模采用网络虚拟化、软件定义网络等新技术,并与5GNR结合,同时其协议开发、网络规划部署及互通互操作所面临的技术挑战将超越3G和4G系统。

o 非独立组网模式(NSA):非独立组网指的是使用现有的4G基础设施,进行5G网络的部署。基于NSA架构的5G载波仅承载用户数据,其控制信令仍通过4G网络传输。

图10  5G全系组网方式汇总

对于5G的网络架构,在3GPP TSG-RAN 第72次全体大会上,提出了8个选项,如上图所示,其中选项1/2/5/6为独立组网方式,选项3/4/7/8位非独立组网方式。

o 选项1:目前LTE的组网方式,5G的部署是以此为基础的。

o 选项2:纯5G网络,完全由gNB NGC组成,需要完全替代LTE系统的基站和核心网,同时还要保证覆盖和移动性等,部署耗资巨大,很难一步完成,是5G网络部署的终极目标之一。

o 选项3:EPC+eNB(主)/gNB的方式组网,网络先演进无线接入网,核心网使用LTE的,场景以eNB为主基站,控制面信令由eNB转发,LTE eNB和NR gNB采用双连接的形式为用户提供高传输数据速率服务,可以有效降低初期的部署成本,主要是前期部署在热点区域,增加系统吞吐量。

o 选项4:NGC+eNB/gNB(主)的方式组网,同时引入NGC和GNB,与LTE采取兼容的方式部署,核心网采用5G NGC,eNB和gNB都连接至NGC,基站以gNB为主,同样是采用双连接的方式为用户提供高速率数据业务服务,LTE网络负责保证覆盖,5G系统负责提高热点地区的数据吞吐量。

o 选项5:NGC+eNB的混搭组网方式,主要应用在首先部署了5G核心网,并在NGC中实现了EPC功能,之后再逐步部署5G无线接入网的场景,

o 选项6:EPC+gNB混搭组网方式,主要应用于先部署了5G接入网,暂时采用EPC的场景,此种部署方式不能完全将5G的功能发挥出来,如网络切片等。

o 选项7:NGC+eNB(主)/gNB的组网方式,此种方式中虽然完整部署了5G NGC和gNB,但数量较少,仍以LTE中的eNB为主,控制面信令都由eNB转发,eNB和gNB采用双连接的方式为用户提供高数据速率服务。

o 选项:EPC+eNB/gNB的组网方式,运用5G基站将控制信令和用户面数据传输至4G核心网,此种方式需要对4G核心网进行改造,成本较高,难度较大,因此在2017年3月发布。

中国移动向3GPP提交的4G LTE网络演进到5G网络路线的方案如下:

o 方案1:LTE/EPC -> 选项2 + 选项5 -> 选项 4/4a -> 选项 2

o 方案2:LTE/EPC -> 选项 2 +选项 5 -> 选项 2

o 方案3:LTE/EPC -> 选项3/3a/3x ->选项 4/4a-> 选项 2

o 方案4:LTE/EPC -> 选项 7/7a -> 选项 2

o 方案5:LTE/EPC -> 选项3/3a/3x -> 选项 1 +选项 2 + 选项7/7a-> 选项2 + 选项5

从目前现网情况来看,最有可能的两条演进路线为:

o LTE/EPC -> 选项3X -> 选项4 -> 选项 2

o LTE/EPC -> 选项3X -> 选项4 -> 选项 7X -> 选项 2

NSA选用选项3x,以实现快速部署NR,5G的核心网部署之后,如果NR覆盖好,则跳过选项7x,如果NR覆盖不好,则使用用选项7x过度,LTE继续做锚点。

无论哪种方式,演进的基本思路都是以LTE为基础,逐步引入5G RAN和NGC,部署初期以双连接为主,LTE用于保证覆盖和切换,热点地区部署5G基站,提高系统的容量和吞吐率,最后逐步演进,直到全面进入5G时代。

五、5G网络框架特点总结

o 核心网功能分离:核心网用户面部分功能下沉到CO(中心机房,相当于4G网络的eNB),从原来的集中式核心网演变成分布式核心网,使得核心网功能在地理上更靠近终端,减少时延;

o 分布式应用服务器(AS):AS部分功能下沉至CO,并在CO部署MEC(Mobile EdgeComputing移动网络边界计算平台),MEC类似于CDN(内容分发网络)的缓存服务器功能,它将应用、处理和存储推向移动边界,使得海量数据可以得到实时、快速处理,减少时延、减轻网络负担;

o 重新定义BBU和RRU功能:将原BBU中PHY、MAC的部分功能下沉到RRU,减少了前传容量,降低了前传成本;

o 网络功能虚拟化(NFV,Network FunctionVirtualization):网路中的专业电信设备软硬件功能转移到虚拟机(VMs,Virtual Machines)上,比如核心网中的MME,S-GW、P-GW、PCRF等,在通用的商用服务器上通过软件来实现网元功能;

o 软件定义网络(SDN):网络通过SDN连接边缘云和核心网里的VMs,SDN控制器执行映射,建立核心网云与边缘云之间的连接,其中网络切片也由SDN集中控制,SDN、NFV和云技术使网络从底层物理基础设施分开,变成更抽象灵活的以软件为中心的架构,可以通过编程来提供业务连接;

o 网络切片:网络根据面向的不同的应用场景,比如大速率、低时延、海量连接、高可靠性等等,将网络切割成满足不同的需求的虚拟子网络,每个虚拟网络的移动性、安全性、时延、可靠性,甚至计费方式等都不一样,虚拟自网络之间在逻辑上相互独立,以满足不同的应用场景需求,实现网络切片的关键是NFV和SDN。

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