隨著5G技術的到來，世界即將步入一個數據大爆炸的時代，這將是一個跳躍性的發(fā)展、是一場變革，它將意味著網絡架構將實現顛覆性的轉變。它將不再是人與人之間的通信，轉而變成人與物、物與物之間的通信，這種大連接、低時延、高速率的網絡將會給核心網帶來巨大的影響。隨著5G商用時間點的逼近，核心網網絡如何發(fā)展將起著關鍵性的作用，尤其在核心網未來技術發(fā)展方向、演進過程中面臨著嚴峻的考驗。
1 核心網現狀與問題分析
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5G網絡正式商用。作為第五代移動通信，5G網絡帶給人們的第一感覺是速度快。4G時代主要實現了“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。根據目前業(yè)界的分析，全球5G應用領域將主要集中在車聯網、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網絡最大的價值，“能夠和更多的產業(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的耦合、實現按需的組網、借力NFV/SDN技術。NFV（Network Function VirtualizaTIon，網絡功能虛擬化）技術的出現有效的解決了核心網架構的弊端，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具有重要意義。
隨著商用時間的逼近，5G網絡化已經到了發(fā)展的關鍵時期，中國移動提出了5G網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)網絡到動態(tài)網絡，實現網絡資源虛擬化、網絡功能的解耦和服務化。其次是移動網絡IP化、互聯網化，也就是實現與IT網絡互通融合，引入互聯網技術，優(yōu)化網絡設計。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—移動網絡功能靠近用戶，提高網絡吞吐量，降低時延。以SDN/NFV 技術實現網絡云化，加上微服務設計，這意味著5G 網絡真正走向開放化、服務化、軟件化方向，有利于實現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）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獨立組網相對于NSA（非獨立組網）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，不能做到終端到終端直達的5G網絡，信號傳輸要經過的路徑多，時延也很長，不能很好地支持網路切片、邊緣計算等5G的技術特征。而SA獨立組網模式下，5G的基站連接5G的核心網，可通過核心網下沉部署到基站側，使傳輸信號所需要經過的路徑很少，可以直接從基站側到達業(yè)務服務器。
在4G網絡中，傳統的核心網網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核心網服務化架構下，各網絡功能服務之間可以根據需求任意通訊，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，傳統意義上的核心網網元實現了軟硬件解耦，軟件部分被稱為網絡功能（Network FuncTIon）。3GPP定義的服務化結構將一個網絡功能進一步拆分成若干個自包含、自管理、可重用的網絡功能服務（NF Service），這些網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絡功能服務互通，并且可通過編排工具根據不同的需求進行編排和實例化部署。這種網元拆分與經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網絡功能定義了一組具備對外互通標準接口的網絡功能服務。
2 基于5G核心網演進
5G時代通信技術的另一次變革，實現了由個人應用向行業(yè)應用的轉變。隨著5G時代的到來，核心網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NFV
定義：NFV（Network FuncTIons VirtualizaTIon）網絡功能虛擬化，是指通過使用虛擬化軟件技術，實現傳統網元的軟硬解耦，不同廠家的軟件運行在統一的虛擬化基礎設施上。它的優(yōu)勢主要體現在以下幾個方面：
（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。
從今天的網絡向未來NFV網絡演進，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是未來網絡的基礎性技術，有助于實現軟件化的基礎通信網絡。核心網虛擬化是NFV在移動核心網中的具體應用，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絡中專用網元。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。經過軟硬件解耦后，網絡設備功能將不再依靠傳統專用硬件，能夠實現資源的靈活共享，并有利于新業(yè)務的開發(fā)和快速部署。
2.2 網絡切片
移動通信系統每十年變遷，技術支持應用，應用基于場景：3G、4G的發(fā)展得益于移動互聯網，5G除了移動互聯增強，另一驅動力來自于物聯網。4G升級5G，從移動互聯到萬物互聯時代。5G將在8大KPI指標上實現對4G的全面超越。其中峰值數據傳輸速率將達到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4G技術所無法實現的，這也預示著5G將采用全新的技術方案，因此我們需要-網絡切片。
網絡切片可以實現：
（1）針對大型企業(yè)/垂直和MVNO的新型服務，按需滿足不同經濟形式的“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，針對國家智能電網的兩個運營商之間的
（5）網絡切片或用于全球服務范圍的聯合切片）
5G網絡切片將成為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、質量可保證的專用邏輯網絡。
◆網絡切片的概念
網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、核心網、傳輸網等，網絡切片可認為是5G網絡中的虛擬化“專網”。
網絡切片可基于傳統的專有硬件構建，也可基于NFV/SDN的通用基礎設施構建，建議基于統一平臺構建，實現低成本高效運營。
◆網絡切片的選擇
NSSF與NRF為5G區(qū)別于4G網絡的新增功能實體，可實現網絡切片相關功能。
網絡切片選擇協助信息（NSSAI）
作為簽約信息，標識特定的網絡切片，同時由終端攜帶，UE通過NSSAI來進行RAN和CN的網絡切片實例的選擇。
網絡切片選擇功能（NSSF）
引入獨立的NSSF控制平面網絡功能，實現網絡切片的靈活選擇，為UR選擇網絡切片實例集，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。
◆網絡切片部署策略
根據標準的完善程度、產品支持情況、用戶需求，網絡切片的部署建議：單域到跨域，由核心網逐步演進至無線、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據；
企業(yè)專網切片場景：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)現網絡切片技術成為了移動核心網網絡架構改革的新元素。各設備廠商也將開始陸續(xù)發(fā)布設備產品。
5G技術在通信網的發(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
本文對當前核心網現狀及問題進行了詳細的分析，在此基礎上，闡述了核心網未來發(fā)展方向所涉及的關鍵技術，包括NFV虛擬化技術、網絡切片技術等。通過對關鍵技術發(fā)展的探討，分析了今后核心網依靠關鍵技術演進的過程，尤其重點分析網絡切片技術的部署對網絡未來演進發(fā)展的影響。
大視頻、物聯網、VR/AR、自動駕駛的快速發(fā)展，對網絡容量、可靠性提出了新要求，核心網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。