eMBB应用场景下的5G核心网切片设计分析

eMBB应用场景下的5G核心网切片设计分析

谢天

吉林吉大通信设计院股份有限公司， 吉林省长春市 130012

摘要：eMBB典型应用包含虚拟现实、高清视频等，业务场景带宽需求较高，需利用灵活切片组网方式承载。结合eMBB应用场景提出的5G应用要求，提出采用端到端网络切片实现控制面板和用户面分离，利用多个网络功能NF构成的网元进行5G核心网切片设计，通过比较全隔离、部分控制等不同网元组合模式，提出结合实际需求进行网络能力变现，充分展现网络切片优势。

关键词：eMBB应用场景；5G核心网；切片设计

引言：5G核心网采取点到点的控制信令，经过各种业务体系密切耦合形成封闭化的独立硬件设备体系，建立微服务架构将网元功能分解为可以灵活应用的功能化模块，通过分布式部署用户面功能满足多数使用场景需要。eMBB应用场景作为5G网络三大新业务应用场景之一，对网络带宽等性能指标提出了较高要求，需做到合理设计5G核心网切片，确保网络达到理想功能状态。

1eMBB应用场景的5G应用要求

所谓的eMBB应用场景，实际就是应用增强型移动宽带开展业务的场景，峰值速率能够达到10Gbit/s，可以在现有移动带宽业务基础上进一步优化用户体验。开展该类业务，在大幅提升网络速度的同时，在网络发生故障时能够迅速切换，达到较低延时，追求人与人、人与物、物与物间的极致通信体验，因此主要用于虚拟现实、超高清视频等场景[1]。为达到场景高带宽要求，承接网接入环应达50Gbit/s，汇聚核心层达到100Gbit/s。原本4G网络采用的无线接入网无法达到业务要求，采用5G承载网则能够利用大规模天线技术达到较高速率、连接密度，并且维持较低时延和成本。但面向eMBB应用，依然需要建立基于灵活核心网的切片分组网，从而完成高效5G承载网部署。

2eMBB应用场景下的5G核心网切片设计

2.1切片设计目标

    在eMBB应用场景中，在确保移动性的同时，应提供高连接密度和无缝连接体验。针对热点区域，如办公室等场所，由于移动速度缓慢，在提供VR/AR应用、高速FTP下载等服务时应达到100Mbit/s体验速率，峰值速率达到数十Gbit/s，流量密度达到每平方公里数十Tbit/s[2]。面向公路、郊区等高速移动场景，在实现无缝覆盖的同时，要求语音、视频等电话业务达到20Mbit/s速率，给用户带来4K高清体验。在应用场景多样的情况，想要依靠通用基础设施实现差异化组网，需要采用5G端到端网络切片实现网络定制，加强5G垂直行业应用管理。具体来讲，就是要求按照需求进行组网，实现网络资源灵活配置。设计端到端切片，包含核心网、无线网、传输网等切片，可以隔离各子网，利用切片管理平台监管。在核心网切片设计上，则要求完全分割控制面和用户面，采用多个拥有NF功能的网元，利用总线网络进行接口连接。采用具有切片选择功能的NSSF作为核心网切片，可以依托具有开放功能的NEF切片进行网络功能参数定制，完成公共服务部署的同时，共享切片服务。根据功能场景，实现网络切片定制化设计，从而提供多元网络服务。

2.2切片设计方案

    根据核心网组网要求，在网络切片设计上还应结合实际情况提出不同组网方案。现阶段，5G网络建设仍然处于初期，需要完成网络逐步部署，在核心网建设上除了实现控制面和用户面分离，还需对本地分流等功能进行集成，合理进行微服务架构搭建。在网元组合方面，可以采取三种模式。首先，采用全隔离模式，如图1所示，将控制面板和用户面全面隔离，为切片配备专用网元，适用于电网切片等安全隔离要求较高的场景，但无法为同终端多切片场景提供支持。其次，采用部分控制模式，切片仅包含SMF和UFP网元，为部分控制面和用户面提供专用网元，能够在一定程度上实现安全隔离，并且能够为同终端多切片提供支持。最后，采用单独隔离模式，切片仅包含UFP，能够共享控制面网元，而用户面拥有专用的网元，仅对用户面场景进行隔离，能够为同终端多切片提供支持。比较三种模式可知，核心网组网达到越高的专业性，可以更好地保证网络安全，但也将导致成本过高。而采用单独隔离模式，网络安全性较低，成本也较低。综合来看，部分控制模式应用较多，形成了3GPP标准方案，但部署难度较大，需结合实际需求有所侧重地做出组网选择。

图 1 全隔离模式下的核心网切片网元建设

2.3方案实施分析

    实际在方案实施阶段，可知5G网络本身带有端到端切片能力，因此在核心网建设阶段可以将虚拟化技术当成是核心建立服务化架构，在保留原有网络功能的同时，完成服务化组件转变，在组件间提供开放、轻量级接口形成低耦合结构，使组网具有更强灵活性。利用通用服务器进行硬件部署，实现差异化网络功能，应满足切片应用的高可靠性需求。以VR/视频直播为例，基于切片标识面向多个子业务提供通信保障，可知单个切片用户较多，将根据用户群级确定切片级。从用户面角度来看，同个终端不同APP将在不同切片上附着，可以根据用户终端App级确定切片级。具体来讲，就是针对B2B等专业设备场景，使一个终端对应一个切片。面向智能手机场景，可以使一个终端不同APP对应不同切片。在垂直行业应用中，包含的多个子业务拥有不同服务级别协议，根据业务级确定切片级，利用系统构造优化资源配置，根据组网视图等完成多维度隔离方案划分，包含硬件资源层虚拟资源层和网元功能层，实现中心网络设备隔离分配，然后根据行业内部需求选取组网模式，继而通过切片满足不同用户通信需求。

结论：在5G时代，通信网络建设应遵循应用决定网络的原则，确保各种业务获得充分资源的同时，避免出现网络堵塞问题。结合eMBB应用场景提出的5G应用要求，采用端到端网络切片技术进行核心网组网，不仅能够保证网络安全，也能实现多元化赋能，构建出高带宽、低时延的承载网，满足不同业务连续开展需求。在网络部署实践中，需结合具体应用要求选择适合的组网方案，通过网络切片分级在安全隔离和成本控制间寻求平衡。

参考文献：

[1]段树侠,米洪伟.5G网络ToB业务端到端切片网络配置研究[J].广东通信技术,2022,42(01):30-33+43.

[2]张巍.5G核心网切片运维管理关键技术研究[J].数字通信世界,2020(03):39+68.