王晓宁

（诺基亚通信系统技术（北京）有限公司，杭州 310052）

1 引言

5G时代三大移动网络应用场景：增强移动宽带、低时延高可靠和大连接低功耗，对现有网络在技术上提出了种种挑战，这些新业务不仅对无线网络同时对5G核心网也提出了新的挑战：比如对于固定接入和各种各样的无线接入，核心网应保证接入无关，降低终端接入系统的复杂性和低效性；核心网需要有分布式架构和移动性管理，避免数据转发效率低时延长、单点失效、流量超载等问题；应具备控制平面和用户平面完全分离，双方可独立演进和按需部署；核心网应该支持轻量级的信令传输，应对IoT等大连接低功耗服务。

2 演进

当前4G网络是分布式的无线网和集中式的核心网，5G网络架构将演进成：更集中式的无线网满足扩展性，更分布式的核心网保证低时延。3GPP中定义了下一代网络架构的一些关键特性：接入无关，无连接，分布式UP，分片，云原生和微服务架构等。基于云原生（Cloud Native）设计，结合IT领域的“微服务”的SBA（Service Based Architecture）构架，已被3GPP确认为5G核心网基础构架。

2.1 5G核心网架构从逻辑层面划分

5G核心网架构从逻辑层面可分为异构接入网络和统一核心网络5GCore。异构接入网络包括各种各样的接入技术，比如4G接入、5G接入、Wi-Fi接入等。统一核心网络5GCore包括Edge Cloud和Core Cloud由以下实体组成：

⊙ CGW（Converged Gateway）：聚合网关，负责用户平面功能，包括接入网络数据包路由、用户平面QoS管理和移动性管理。

⊙ eUCE（edge Unified Control Entity）：和UCE一起负责控制平面功能，包括：用户终端认证和授权、用户终端IP分配，CGW选择、用户终端会话管理、多种无线接入技术（RAT）之间的协调，以及在一个CGW下的多个接入网络的移动性管理。

⊙ UCE（Unified Control Entity）：负责多个CGWs之间的移动性管理和数据路径的最优化。

2.2 5G核心网逻辑层面重划分使下一代网络获益

5G核心网逻辑层面的重划分，使下一代网络得到以下关键特性：

（1）接入独立网络。通过应用非接入层（Non-Access Stratum，NAS）信令，满足5G、4G、WiFi等多种接入技术，真正实现与接入无关的统一核心网络。另外5G核心网按需NAS扩展的信令机制，可根据服务来产生合适的非接入层信令，消除传统网络先建立承载后数据传输的面向连接机制的弊端，增强网络的灵活性，降低信令开销，实现低时延。

（2）分布式网络架构。通过将CGWs和eUCEs放置在IP网络的边缘（Edge Cloud）的分布式架构，并应用基于动态锚机制的分布式移动性管理，5GCore中的eUCE会动态地将流量路径信息发送给基站和CGW，实现高效的最优流量路径和最小化时延，克服传统4G核心网采用静态锚机制所带来的流量路径低效率和单点失败的缺陷。

（3）控制平面和用户平面的完全解耦。控制平面功能被放置在eUCE和UCE中，用户平面功能被放置在CGW中，两者之间采用开放接口来提供扩展性和灵活性，可以方便地进行网络切片。

（4）灵活移动性。通过引入动态IP锚点和用户移动性按需激活，实现核心网的灵活移动性支持，不同的接入和UE类型可以使用不同的消息，并可在移动性等级间切换，比如固定的IoT设备并不需要移动性，进而提高网络资源的利用率。

另外，5G核心网从设计之初就使用了基于原生云设计的NFV和SDN架构：微服务架构、容器化、DevOps和动态编排。

（1）微服务构架。当前电信应用的典型特点：复杂和痛苦的网络集成和升级，缓慢的功能开放和发布。微服务能增加模块化，把传统单体式应用程序分解为无状态（Stateless）和松散耦合、粒度更小的“微”服务。微服务的松耦合状态使得它们可以在云中自动复制，并能够平稳地应对为服务添加或移除的场景，而无需对应用程序进行重大的变更或进行配置的改动。比如，一个实例崩溃了，另一个实例可以立即替代。因此，微服务构架具有很强的弹性，支持新版本快速发布，缩短上市时间。

（2）容器化。Container（容器）就是将集装箱的思想应用到软件打包上。集装箱在整个运输过程中是密封的，只有到达目的地才被打开，这样就大大提高了装卸和运输效率。软件中容器的原理也是一样，容器具备环境隔离和可重复性，你只需要将代码/微服务打包进容器里，就可以实现在几乎所有操作系统上随时运行。容器是一个轻量级的虚拟化技术，它使得应用程序可以独立运行，并可移植到不同的云基础架构中。

（3）DevOps。开发希望产品更快上线，运维希望产品稳定第一，运维和开发人员共同协作发布服务（包括微服务），它创造了一种文化和环境，以快速、频繁且更可靠地构建、测试和发布服务，提高运作效率。Dev和Ops团队通过高度自动化系统来管理基于微服务的环境。

（4）动态编排。指对容器进行有效的调度和管理，以优化资源利用。容器编排系统负责管理主机资源和分配调度容器、实例化一组容器、重新调度容器（如果失败），并通过API接口集成容器，进行任务扩展等。

3 结束语

5G核心网演进使能了极限移动宽带和超低时延通信，以期极简的结构使能网络切片和分布式部署，满足时延关键服务和大规模的IoT需求，开启新的商业机会。同时5G核心网是自适应和可编程，可以与运营商的生产环境相结合，通过大幅提升自动化和持续的软件交付降低运营成本。

[1] 曹亘，李佳俊，李轶群，李福昌.5G网络架构的标准研究进展.移动通信，2017，41（2）：32-37.

[2] 月球，王晓周，杨小乐.5G网络新技术及核心网架构探讨.现代电信科技，2014（12）：27-31.