434
移動通信核心網(wǎng)絡(luò)從 1G/2G 程控交換、電路交換時代的融合統(tǒng)一，到 2.5G/3G/4G 的軟交換、GPRS、EPC 和 IMS 的專業(yè)分家，核心網(wǎng)從業(yè)人員面對的業(yè)務(wù)流程、信令協(xié)議各不相同，自身的技能儲備也千差萬別。隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)云化，SBA 服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的提出，核心網(wǎng)各專業(yè)融合統(tǒng)一成為可能，無論是設(shè)備廠商，還是運營商的核心網(wǎng)從業(yè)人員如仍像目前這樣分專業(yè)去轉(zhuǎn)型應(yīng)對，明顯難以勝任。本文主要從 SBA 服務(wù)化架構(gòu)解讀、網(wǎng)元功能層面的核心網(wǎng)各專業(yè)融合統(tǒng)一分析、網(wǎng)元內(nèi)部處理邏輯層面的核心網(wǎng)各專業(yè)融合統(tǒng)一分析 3 個方面來分析 SBA 架構(gòu)下核心網(wǎng)各專業(yè)融合統(tǒng)一的可行性，為核心網(wǎng)網(wǎng)元功能單元的能力設(shè)計，以及從業(yè)人員能力提升和轉(zhuǎn)型提供一個參考。
5G 將滲透到未來社會的各個領(lǐng)域，以用戶為中心構(gòu)建全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)。面對極致的體驗、效率和性能要求，以及“萬物互聯(lián)” 的愿景，5G 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計將面臨極大挑戰(zhàn)。相較于 2G/3G/4G 時代，5G 的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)會發(fā)生顛覆性的變化，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計主要需要滿足關(guān)鍵性能需求和網(wǎng)絡(luò)運營需求。3GPP 定義了 5G 應(yīng)用的三大場景（eMBB、mMTC 和 uRLLC）,主要是從關(guān)鍵性能需求提出，而網(wǎng)絡(luò)運營方面的需求主要是運營商在部署新網(wǎng)絡(luò)時，一般都會考慮建設(shè)和運營的可行性和便利性，從而對 5G 網(wǎng)絡(luò)提出了靈活部署、覆蓋與容量兼容、精細化控制、能力開放和異構(gòu)兼容等需求，這些需求在當前 LTE 網(wǎng)絡(luò)只能實現(xiàn)很少一部分。因此， 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計需要滿足轉(zhuǎn)控分離、集中控制、分布式部署、資源池化和服務(wù)模塊化等要求。
1、SBA 服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的解讀
從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)角度來說，5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比傳統(tǒng) 2G/3G/4G 架構(gòu)而言，是一種顛覆性的變化。但是，從網(wǎng)絡(luò)功能來說，5G 網(wǎng)絡(luò)相比傳統(tǒng) 2G/3G/4G 還是有一定繼承性。因為，通信網(wǎng)絡(luò)的各代演進從來都不是一種割裂的狀態(tài)，而是一種螺旋式遞進的規(guī)律，每一代通信網(wǎng)絡(luò)都會繼承前一代一些特征，并演變出一些的新的特征。
1.1 繼承傳統(tǒng)架構(gòu)的 5G 核心網(wǎng)架構(gòu)
為了實現(xiàn) 5G 網(wǎng)絡(luò)的功能模塊化、無狀態(tài)設(shè)計和 C/U 分離需求，3GPP 在網(wǎng)絡(luò)功能進行重新定義，將傳統(tǒng) 2G/3G/4G 的網(wǎng)元重新定義為網(wǎng)絡(luò)功能模塊，就是圖 1 中各種命名以“F”結(jié)尾的功能塊，5G 核心網(wǎng)繼承架構(gòu)如圖 1 所示。
圖 1 5G 核心網(wǎng)繼承架構(gòu)圖
與 4G 網(wǎng)絡(luò)功能相比，5G 核心網(wǎng)點到點架構(gòu)既有對 4G 核心網(wǎng)網(wǎng)元功能的拆分和整合，也有新增的功能點。比如 AMF 就相當于 4G 網(wǎng)絡(luò)的 MME，但是只負責用戶接入控制和移動性管理，而 MME 的會話管理部分被拆分整合進 SMF。此外 SMF 還整合原 Service-GW/PDN-GW 的路由控制、地址分配和合法監(jiān)聽等控制功能。而 NEF、NSSF 和 NR 屬于 5G 網(wǎng)絡(luò)的新增功能，分別用于能力開放、切片管理和網(wǎng)元功能注冊，便于與各類互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對接、擴展和業(yè)務(wù)模式創(chuàng)新。其中，NRF 的出現(xiàn)實現(xiàn)了各類功能網(wǎng)元的解耦，這也是實現(xiàn) SBA 服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的關(guān)鍵。
1.2 5G 核心網(wǎng) SBA 服務(wù)化架構(gòu)
SBA 服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是中國移動首先提出的一種架構(gòu)，借鑒了 IT 領(lǐng)域生產(chǎn)者和消費者的概念。所謂生產(chǎn)者就是只產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力，至于誰去使用并不關(guān)心。而消費者就是使用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力去實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，至于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力由誰產(chǎn)生并不關(guān)心。5G 核心網(wǎng) SBA 服務(wù)化架構(gòu)如圖 2 所示。
圖 2 5G 核心網(wǎng) SBA 服務(wù)化架構(gòu)圖
通過這種服務(wù)化理念引進，整個網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)松耦合，各個網(wǎng)絡(luò)功能掛載一條總線上，各個網(wǎng)絡(luò)功能既是生產(chǎn)者，也是消費者，不僅自身產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力，同時也消費其它網(wǎng)絡(luò)功能的能力，這種角色的轉(zhuǎn)變就是通過 NRF 網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)。各個網(wǎng)絡(luò)功能都向 NRF 注冊，將自己 IP 地址、域名和能力集等信息注冊到 NRF 上，NRF 統(tǒng)一監(jiān)控總線上各類網(wǎng)絡(luò)功能的變更，并及時更新已變更的信息。當某個網(wǎng)絡(luò)功能需要與另一個網(wǎng)絡(luò)功能通信時，會去 NRF 上查詢對端的信息，NRF 會將對端的 IP、域名和能力集進行反饋。然后，該網(wǎng)絡(luò)功能就能通過總線尋址到對端，從而完成通信。因此，這種服務(wù)化的架構(gòu)不僅實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能松耦合，而且將原來架構(gòu)中的固定轉(zhuǎn)發(fā)路徑變?yōu)辄c到點轉(zhuǎn)發(fā)。
2、網(wǎng)元功能層面的核心網(wǎng)各專業(yè)融合統(tǒng)一分析
現(xiàn)在，很多人都以為 5G 的語音業(yè)務(wù)無論是初期的 VoLTE、后續(xù) EPS Fallback，還是最終的 VoNR 仍是由 IMS 網(wǎng)絡(luò)來提供，再加上現(xiàn)在介紹 5G SBA 架構(gòu)都是以 4G EPC 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)做參考對比，導致存在“5G 時代的核心網(wǎng)仍然是分成 PS 和 IMS 兩大領(lǐng)域”的誤區(qū)。其實，從業(yè)務(wù)提供層面來講可以這樣認為，畢竟不同業(yè)務(wù)的信令協(xié)議和業(yè)務(wù)不同。但是，從網(wǎng)元功能實現(xiàn)和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計理念來講，未必還需要進行上述的專業(yè)分家。
2.1 業(yè)務(wù)角度的核心網(wǎng)專業(yè)劃分
移動通信網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)從 GSM 時代開始就分為電路交換域 CS 和分組交換域 PS，分別負責移動語音業(yè)務(wù)和 GPRS 手機上網(wǎng)業(yè)務(wù)。到了 3G 時代，核心網(wǎng)在 CS 和 PS 的基礎(chǔ)上又多了一個 IMS 域，它的定義是“IP 多媒體子系統(tǒng)”，在 2008 年的 3GPP R5 版本定義并凍結(jié)。在國內(nèi)，只有中國移動在 2009 年 6 省市部署 IMS 域試點，2010 年 27 省全面部署 IMS 域并全面商用，初期用于固網(wǎng) VOBB 政企和家庭固話業(yè)務(wù)承載。而到了 4G 時代，由于其作為 VoLTE 高清語音 / 視頻通話業(yè)務(wù)的核心網(wǎng)絡(luò)，在移動通信核心網(wǎng)的地位提升。移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進如圖 3 所示。
圖 3 移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進圖
目前，4G 時代，移動通信核心網(wǎng)主要細分為 EPC、IMS 和軟交換 CS 三大專業(yè)，EPC 仍然繼承提供 GPRS 業(yè)務(wù)，只是帶寬大了很多，速度快了許多，可以簡單理解為 GPRS 業(yè)務(wù)的增強版。而 IMS 則從初期只提供固網(wǎng)業(yè)務(wù)，發(fā)展為開始為用戶提供高清語音 / 視頻通話業(yè)務(wù)，不僅業(yè)務(wù)種類多了終端側(cè)的視頻通話、視頻彩鈴和一號多終端等富媒體業(yè)務(wù)，且語音質(zhì)量（清晰度、保真度）和接續(xù)時延等用戶感知，相比傳統(tǒng)軟交換 CS，都有質(zhì)的提升。至于軟交換 CS，仍然承擔部分未換卡 GSM 用戶語音&數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以及未開通 VoLTE 業(yè)務(wù)的 4G 用戶語音業(yè)務(wù)。
因此，在 4G 網(wǎng)絡(luò)階段，移動通信核心網(wǎng)專業(yè)從業(yè)務(wù)承載的角度來看，分為 EPC 專業(yè)（用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、彩信業(yè)務(wù)）、IMS 專業(yè)（高清語音 / 視頻業(yè)務(wù)、短信業(yè)務(wù)）和軟交換 CS 專業(yè)（傳統(tǒng)語音業(yè)務(wù)、短信業(yè)務(wù)）三大專業(yè)。所以，大家都宣稱自己是核心網(wǎng)專業(yè)從業(yè)人員，但是業(yè)務(wù)流程、信令協(xié)議、網(wǎng)元配置以及人員技能儲備等方面都是不同的。
到了 5G 時代，如圖 2 所示 SBA 服務(wù)化核心網(wǎng)架構(gòu)的提出，網(wǎng)元功能模塊全部“軟”化，從軟件模塊化設(shè)計和“生產(chǎn)者 / 消費者”理念來看，這必然會導致 SBA 架構(gòu)下各網(wǎng)元功能模塊之間通過一條邏輯總線互聯(lián)，松耦合且無強依賴。這與現(xiàn)有 IMS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計理念（控制、承載、業(yè)務(wù)三分離）是相符的，也為統(tǒng)一提供語音 / 數(shù)據(jù)類業(yè)務(wù)，不再細分 IMS/CS/PS 等專業(yè)打下基礎(chǔ)。比如業(yè)務(wù)管理網(wǎng)元功能 SMF 不僅只繼承 EPC-C 面功能，同時集成統(tǒng)一整個 IMS-C 面功能。而用戶面網(wǎng)元功能 UPF 不僅只繼承 EPC-U，同樣也能集成 IMS-U。
2.2 IMS 邏輯網(wǎng)元與 SBA 架構(gòu)網(wǎng)元功能融合
IMS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)從 2008 年 3GPP R5 版本凍結(jié)以來，一直沒有變化。從這一點來看，正好說明這個架構(gòu)是非常成熟的。整個 IMS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也是分層的，分為接入層，承載層、控制層和業(yè)務(wù)層共 4 層。IMS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖 4 所示。
圖 4 IMS 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖
首先，就是核心層與接入層之間的用作邊界網(wǎng)關(guān)的 SBC 網(wǎng)元，它主要用于用戶接入控制、業(yè)務(wù)代理鑒權(quán)和數(shù)據(jù)分組的路由轉(zhuǎn)發(fā)。從網(wǎng)元兼具的具體功能角度來看，用戶接入控制功能可以卸載到 SBA 架構(gòu)的 AMF，業(yè)務(wù)代理鑒權(quán)可以卸載到 SBA 的 AUSF，業(yè)務(wù)路由控制可以卸載到 SBA 的 SMF，媒體面數(shù)據(jù)分組轉(zhuǎn)發(fā)功能可以卸載到 SBA 的 UPF 上。
從 SBC 向上，就到了真正的核心控制層，主要就 3 類網(wǎng)元 CSCF、ENUM/DNS 和 HSS。CSCF 在 3GPP 定義中又分為 3 個邏輯功能網(wǎng)元 P-CSCF、I-CSCF 和 S-CSCF。
P-CSCF 網(wǎng)元也是用于業(yè)務(wù)的接入控制，本質(zhì)上它才是 IMS 拜訪域核心層的入口。由于涉及跨網(wǎng)絡(luò)層對接，從安全角度考慮設(shè)置邊界網(wǎng)關(guān) SBC，正是因為 SBC 的存在，使得 P-CSCF 變成了一個純信令控制面網(wǎng)元。在固網(wǎng)業(yè)務(wù)網(wǎng)內(nèi)，P-CSCF 是獨立設(shè)置的，與邊界網(wǎng)關(guān) SBC 采用星型拓撲連接，目的就是對不同業(yè)務(wù)區(qū)域用戶接入統(tǒng)一集中管理。在 VoLTE 業(yè)務(wù)網(wǎng)內(nèi)，P-CSCF 與 SBC 合設(shè)。所以，從網(wǎng)元功能角度來看，其接入控制功能同樣可以卸載 SBA 架構(gòu)的 AMF 上。
I-CSCF 網(wǎng)元主要用于跨 IMS 核心控制層互通，所以具有拓撲隱藏的功能。也就是說，從其它 IMS 核心控制層來的業(yè)務(wù)請求消息只能找本端的 I-CSCF，本端核心網(wǎng)的其它網(wǎng)元對外來的業(yè)務(wù)請求消息是不可見的。其實，它本質(zhì)上也是一種接入控制類網(wǎng)元。所以，也可以卸載到 SBA 架構(gòu)的 AMF。如果考慮安全風險，也可以卸載到 SBA 架構(gòu)的 SMF。
S-CSCF 網(wǎng)元主要用于信令的路由控制和業(yè)務(wù)邏輯的觸發(fā)，從這點來看是個典型的會話控制類網(wǎng)元。所以，必然可以卸載到 SBA 的 SMF 上。
ENUM/DNS 網(wǎng)元用于 IMS 域內(nèi)全網(wǎng)的路由尋址，但是不做路由轉(zhuǎn)發(fā)，由本端的 S-CSCF 負責路由轉(zhuǎn)發(fā)。從網(wǎng)元功能來看，與 SBA 架構(gòu)下 NRF 何其相似，這也是為什么有人提出 5G 時代 DNS 功能弱化的原因。現(xiàn)有 ENUM/DNS 還負責用戶數(shù)據(jù)的存儲，而 SBA 架構(gòu)的 NRF 可沒此功能需求，但是，結(jié)合替換 HSS 的 UDM/UDR 網(wǎng)絡(luò)功能單元，可以實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)存儲，從而真正實現(xiàn)統(tǒng)一的用戶數(shù)據(jù)中心。而 HSS 網(wǎng)元的鑒權(quán) / 授權(quán)功能可以卸載到 AUSF 上。
從核心控制層往上，就是業(yè)務(wù)層了，主要提供各類業(yè)務(wù)。通過標準接口與核心控制層對接，只用于業(yè)務(wù)邏輯的生成和下發(fā)，并不涉及業(yè)務(wù)路由的控制，所以它們與核心控制層是一種解耦關(guān)系，完全符合 SBA 架構(gòu)“生產(chǎn)者 / 消費者”理念，其本質(zhì)就是 SBA 架構(gòu) AF 網(wǎng)絡(luò)功能單元。如果有進一步能力開放需求，還可以通過服務(wù)化總線接口與 NEF 網(wǎng)絡(luò)功能單元配合實現(xiàn)。
以上，通過 IMS 網(wǎng)絡(luò)各網(wǎng)元功能的解析，闡述了從網(wǎng)元功能層面，IMS 網(wǎng)元與 SBA 架構(gòu)網(wǎng)元功能融合的可行性。至于軟交換 CS 專業(yè)，網(wǎng)元功能只有接入控制、業(yè)務(wù)控制和媒體轉(zhuǎn)發(fā) 3 類，與 SBA 架構(gòu)網(wǎng)元功能融合同樣不存在問題。
3、網(wǎng)元內(nèi)部處理邏輯層面的核心網(wǎng)各專業(yè)融合統(tǒng)一分析
網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)元種類很多，按專業(yè)細分有軟交換的、EPC 的、承載網(wǎng)的、IMS 的和增值業(yè)務(wù)的等。按照所處的網(wǎng)絡(luò)位置分有邊界網(wǎng)關(guān)、接入端局、互聯(lián)互通關(guān)口局、長途匯接局和信令轉(zhuǎn)發(fā)點等。同樣，各類網(wǎng)元的提供廠商也很多。但是，無論什么類型的網(wǎng)元，無論由誰來提供，網(wǎng)元內(nèi)部處理邏輯繞不開三大塊：消息接口和分發(fā)邏輯單元、業(yè)務(wù)處理邏輯單元和數(shù)據(jù)庫邏輯單元。網(wǎng)元處理邏輯模型如圖 5 所示。
圖 5 網(wǎng)元內(nèi)部處理邏輯模型
消息接口和分發(fā)邏輯主要用來接收各類信令 / 媒體消息，按照一定的過濾機制分發(fā)給內(nèi)部的業(yè)務(wù)邏輯處理單元，業(yè)務(wù)邏輯處理完成處理后，將業(yè)務(wù)狀態(tài)緩存到內(nèi)部的數(shù)據(jù)庫邏輯單元，并將處理結(jié)果轉(zhuǎn)發(fā)給消息接口和分發(fā)邏輯單元，然后消息接口單元按照一定路由策略轉(zhuǎn)發(fā)給外部其它網(wǎng)元的消息接口單元。上述各專業(yè)和各類型網(wǎng)元內(nèi)部都是類似的處理邏輯，這種邏輯處理機制同樣符合軟件模塊化解耦設(shè)計的思想。而 SBA 架構(gòu)本身就采用軟件模塊化設(shè)計的思想，不僅將各類網(wǎng)元功能“軟”化，同時將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)各網(wǎng)元的邏輯功能進行了拆分和重組，使得每個“軟”化的網(wǎng)元功能單元能力更加清晰。因此，我們前面提到的 SMF 不僅只繼承 EPC-C 面功能，同樣也能集成 IMS-C 面功能的觀點，增加的邏輯功能點主要涉及消息接口和分發(fā)邏輯單元、業(yè)務(wù)處理單元的開發(fā)，而 IMS 域的接入控制功能卸載到 AMF、鑒權(quán)功能卸載 AUSF 等，增加的邏輯功能點也主要涉及上面兩處。
但是，這種處理邏輯其實是一種有狀態(tài)的設(shè)計理念，涉及業(yè)務(wù)狀態(tài)在本網(wǎng)元內(nèi)部的存儲，一旦本網(wǎng)元故障，而業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)沒有異地災(zāi)備機制的情況下，就會發(fā)生業(yè)務(wù)受損。而 5G 時代為了進一步提高業(yè)務(wù)可靠性，需要無狀態(tài)的設(shè)計理念，因此可以將各業(yè)務(wù)功能單元的業(yè)務(wù)狀態(tài)存儲單元采用高可靠、負載均衡對接架構(gòu)，從而實現(xiàn)業(yè)務(wù)高可用，無損失特性。
因此，不同業(yè)務(wù)信令、流程在同一類 SBA 網(wǎng)元功能單元完成邏輯判斷和業(yè)務(wù)處理，也就是水到渠成的事情。比如在 SMF 只能處理 PS 業(yè)務(wù)流程基礎(chǔ)上，在其內(nèi)部業(yè)務(wù)處理邏輯單元中增加 SIP 信令處理單元、Diameter 信令處理單元、HTTP 信令處理單元，就能在 SMF 上同樣實現(xiàn) CSCF 的功能。同理，在 AMF 也能實現(xiàn) P-CSCF/I-CSCF 的功能。而 5G 網(wǎng)絡(luò)基于業(yè)務(wù)流的 QoS 策略，在一個 PDU 會話中通過識別不同業(yè)務(wù)流，從而建立不同 5QI（類似現(xiàn)在 QCI)等級的業(yè)務(wù)承載，更為這種各專業(yè)融合統(tǒng)一的核心網(wǎng)架構(gòu)提供天然的基礎(chǔ)。
4、結(jié)束語
在筆者看來，結(jié)合 SBA 服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)理念和網(wǎng)元功能單元“軟”化，未來核心網(wǎng)專業(yè)統(tǒng)一是很有可能的，并且從技術(shù)角度來看，應(yīng)該也不存在無法解決的問題。因此，無論是設(shè)備廠商，還是運營商核心網(wǎng)從業(yè)人員都應(yīng)該未雨綢繆，提前應(yīng)對未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化帶來的人員能力和產(chǎn)品功能挑戰(zhàn)。
參考文獻
[1] 李聰 . 5G 承載網(wǎng)架構(gòu)及部署場景[J]. 移動通信，2018（04）.
[2] 李尊 . 5G 網(wǎng)絡(luò)變化及承載網(wǎng)應(yīng)對探討[J]. 移動通信，2018（04）.
[3] 李聰 . 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重構(gòu)與挑戰(zhàn)[J]. 移動通信，2018（01）.
[4] 楊峰義，張健敏，王海寧，等 .5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2017.
[5] 楊旭，肖子玉，邵永平，等 .5G 網(wǎng)絡(luò)部署模式選擇及演進策略[J]. 電信科學，2018（06）.
[6] IMT2020(5G)推進組 .5G 核心網(wǎng)云化部署需求和關(guān)鍵技術(shù)白皮書[R].2018.
[7] 宋曉詩，閆巖，王夢源 . 面向 5G 的 MEC 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)[J]. 中興通訊技術(shù)，2018（01）.
