發布日期：2022-10-18 點擊率：86
通信技術的演進已經到了第四代。從第一代到第四代移動通信技術，圍繞的都是人與人之間的通信，而在如今的網絡直播、虛擬現實、4K視頻逐漸普及的大環境下，用戶對于網絡的要求也是越來越高，要滿足用戶不斷增長的網絡需求，一個帶寬更高、時延更低、覆蓋更廣的移動網絡必不可少，而5G正是一個能夠滿足這些需求的網絡。除了人與人之間的通信，5G更重要的目標是萬物互聯。4G已經改變了人類的生活方式，5G將改變社會的生產模式。
5G網絡主要有三大技術場景，增強的移動寬帶業務enhanced mobile broadband (eMBB)，海量機器通信Massive Machine Type Communication(mMTC)，高可靠低時延Ultra Reliable Low Latency Communications(URLLC)。每種技術場景都提煉于各行各業對未來通信的需求。三大場景中mMTC和URLLC都是主要針對垂直行業的業務需求，足以可見5G對垂直行業的重視程度。
圖一 5G網絡滿足垂直行業需求
為了滿足5G萬物互聯的需求，通信人致力于對貫穿于5G網絡的基站、核心網、編排管理、傳輸等各部分的實現。對于核心網而言，基于傳統CT思維的設計模式顯然已經不足以面向未來。因此，5G核心網有了更方便更靈活引入垂直行業的架構，即基于服務化的架構Service Based Architecture，簡稱SBA。3GPP定義的基于服務化架構的5G核心網如下圖所示。
圖二 5G核心網服務化架構
5G核心網架構與傳統核心網架構的顯著區別在于：
控制面網絡功能摒棄傳統的點對點通訊方式，采用統一的基于服務化架構和接口，例如上圖中的Nnssf、Nsmf等；
控制面與媒體面分離；
移動性管理與會話管理解耦；
核心網對接入方式不感知，各種接入方式都通過統一的機制接入網絡，例如非3gpp方式也通過統一的N2/N3接口接入5G核心網，3gpp與非3gpp統一認證等。
服務化架構是5G核心網區別于傳統核心網的顯著差異，那么究竟什么是服務化架構呢？我們總結了5G核心網服務化架構四大特征如下：
圖三 5G核心網服務化架構四大特征
一、傳統網元被逐漸拆分
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。這種網元拆分與我們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。
二、網絡功能服務管理自動化
網絡功能被拆分成多個網絡功能服務后，維護工程師會從面對幾個網元改變為面對幾十個網絡功能服務，如果仍然依靠傳統核心網的手工維護方式，那對維護工程師而言無異于一場災難。因此，5G核心網的網絡功能服務需要能夠做到自動化管理，NRF就是這樣的一個網絡功能。NRF支持幾個主要功能為：
1)網絡功能服務的自動注冊，更新或去注冊；每個網絡功能服務在上電時會自動向NRF注冊本服務的IP地址，域名，支持的能力等相關信息，在信息變更后自動同步到NRF，在下電時向NRF進行去注冊。NRF需要維護整個網絡內所有網絡功能服務的實時信息，類似一個網絡功能服務實時倉庫。
2)網絡功能服務的自動發現和選擇。在5G核心網中，每個網絡功能服務都會通過NRF來尋找合適的對端服務，而不是依賴于本地配置方式固化通訊對端。NRF會根據當前信息向請求者返回對應的響應者網絡功能服務列表，供請求者進行選擇。這種方式一定程度上類似于DNS機制，從而實現網絡功能服務的自動發現和選擇。
3)網絡功能服務的狀態檢測。NRF可以與各網絡功能服務之間進行雙向定期狀態檢測，當某個網絡功能服務異常，NRF將異常狀態通知到與其相關的網絡功能服務。
4)網絡功能服務的認證授權。NRF作為管理類網絡功能，需要考慮網絡安全機制，以防止被非法網絡功能服務劫持業務。
三、網絡通信路徑優化
傳統核心網的網元之間有著固定的通訊鏈路和通訊路徑。例如在4G網絡中，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，極大地優化了通訊路徑。同樣的以用戶位置信息策略為例，PCF可以提前訂閱用戶位置信息變更事件，當AMF中的網絡服務功能檢測到用戶發生位置變更時，發布用戶位置信息變更事件，PCF可直接實時接收到該事件，無需其他網絡功能服務進行中轉。
四、網絡功能服務間的交互解耦
傳統核心網網元之間的通訊遵循請求者和響應者的點對點模式，這是一種相互耦合的傳統模式。5G核心網架構下的網絡功能服務間通訊機制進一步解耦為生產者和消費者模式，生產者發布相關能力，并不關注消費者是誰，在什么地方。消費者訂閱相關能力，并不關注生產者是誰，在什么地方。這是一種從IT業借鑒過來的通訊模式，非常適用于通訊雙方的接口解耦。
5G核心網的服務化架構是5G時代在網絡架構方面的一個重大變革，具備靈活可編排、解耦、開放等傳統網絡架構所無法比擬的優點，是5G時代迅速滿足垂直行業需求的一個重要手段。核心網的黑盒子已經被打開，依托于服務化架構的5G核心網，移動通信網絡一定會在未來的萬物互聯之路上展現出巨大的能力。
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