0 引言

基于SA 組網(wǎng)的5G 核心網(wǎng)部署以大區(qū)化為基礎(chǔ)，以多級通信云為基礎(chǔ)設(shè)施，將業(yè)務(wù)面和控制面分層部署，實現(xiàn)“任何終端，任何接入”的核心網(wǎng)演進目標。這不僅僅需要4G、5G 核心網(wǎng)的融合，也需要承載網(wǎng)的統(tǒng)一。

智能城域網(wǎng)是以通信云為中心，以標準化、自動化、智能化為目標構(gòu)建的云網(wǎng)一體化承載網(wǎng)絡(luò)，采用SR+EVPN 統(tǒng)一承載協(xié)議，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由協(xié)議簡化；將5G、家寬、大客戶業(yè)務(wù)統(tǒng)一承載，簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的同時提高網(wǎng)絡(luò)能力，避免多張網(wǎng)絡(luò)之間背靠背端口的浪費，滿足未來各類業(yè)務(wù)發(fā)展需求。

對于5G核心網(wǎng)來說，智能城域網(wǎng)接入、匯聚、核心3 層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很好地滿足了5G 核心網(wǎng)用戶面下沉靈活部署的需求，實現(xiàn)云邊協(xié)同。未來可將本地IP 承載網(wǎng)和IPRAN 網(wǎng)絡(luò)逐步融合，提供差異化、確定性SLA保障能力，最終實現(xiàn)固移、4G/5G的承載融合。

目前，智能城域網(wǎng)滯后于5G 核心網(wǎng)的建設(shè)，智能城域網(wǎng)的建設(shè)需充分考慮5G核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)承載需求，因此，如何基于當前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)滿足5G 業(yè)務(wù)承載需求，又便于后期網(wǎng)絡(luò)的融合演進是需要解決的問題。本文對大區(qū)中心城市的5G 核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)疏通方案進行了探討，以期對后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)演進和建設(shè)提供參考。

1 當前承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，5G 業(yè)務(wù)尚未形成規(guī)模，業(yè)務(wù)量較小的地（市）暫不建設(shè)用戶面DC，因此，用戶面的業(yè)務(wù)疏通可參考4G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時，后續(xù)的網(wǎng)絡(luò)融合需考慮當前的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所以先對當前4G網(wǎng)絡(luò)的承載結(jié)構(gòu)進行簡單介紹。

4G 核心網(wǎng)在省級大區(qū)中心部署，初期各地（市）4G 業(yè)務(wù)回傳流量經(jīng)IPRAN 匯聚后傳送至承載B網(wǎng)，然后轉(zhuǎn)發(fā)至大區(qū)中心本地IP 承載網(wǎng)的匯聚MR 路由器，最終傳送至EPC 核心網(wǎng)完成處理，實現(xiàn)公網(wǎng)的訪問。4G業(yè)務(wù)流量共經(jīng)過IPRAN、承載B網(wǎng)、本地IP承載網(wǎng)3個自治系統(tǒng)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點多，隨著4G 業(yè)務(wù)的增長，3 張承載網(wǎng)絡(luò)均需同步擴容，帶來端口資源的極大浪費，并且拉長了擴容周期。在此背景下，運營商對4G的承載網(wǎng)絡(luò)進行了改造，將IPRAN 的核心路由器和大區(qū)中心MR 直連，實現(xiàn)4G 業(yè)務(wù)的扁平化承載。改造后網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 4G回傳承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

在流量較大的地（市）如南陽，已采用CUPS 架構(gòu)將用戶面下沉，實現(xiàn)用戶面和控制面的分離，此架構(gòu)呈現(xiàn)了一定的5G特性。目前在南陽本地DC機房建設(shè)了硬件資源池，基于NFV 技術(shù)實現(xiàn)用戶面GW-U 的部署，在鄭州DC 機房實現(xiàn)控制面GW-C 的部署，4G 流量在南陽本地實現(xiàn)公網(wǎng)訪問而不必再回傳至省大區(qū)中心。相對于傳統(tǒng)4G 業(yè)務(wù)的承載主要有以下幾個方面特點。

a）IPRAN 網(wǎng)絡(luò)和南陽DC 機房的DCGW 直連，完成S1-U業(yè)務(wù)的疏通。

b）由于南陽屬于洛陽大區(qū)，其IPRAN網(wǎng)絡(luò)未和鄭州的本地IP 承載網(wǎng)MR 匯聚路由器直連，同時IRRAN網(wǎng)絡(luò)未開通疏通Sx 接口業(yè)務(wù)的GPRS_Gn_C 業(yè)務(wù)VPN，因此用戶面和控制面之間的信令業(yè)務(wù)依然通過本地IP 承載網(wǎng)和承載B 網(wǎng)完成轉(zhuǎn)發(fā)互通，未采用IPRAN 直連鄭州本地IP 承載網(wǎng)MR 的方式疏通信令面業(yè)務(wù)。

c）DCGW 經(jīng)防火墻隔離后直接接入中國聯(lián)通169網(wǎng)絡(luò)，防火墻和CR 建立EBGP 鄰居關(guān)系，不再使用Gi路由器，從而減少了一跳。

2 5G核心網(wǎng)業(yè)務(wù)承載研究

轉(zhuǎn)控分離的5G核心網(wǎng)實現(xiàn)了用戶面的去中心化，用戶面可按業(yè)務(wù)量及需求部署在省、市或下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣并承載MEC 業(yè)務(wù)。而控制面可以更加集中，僅需部署在全國幾個大區(qū)，每個大區(qū)承載若干省的控制面實現(xiàn)集約化部署，形成大區(qū)和本地2 層架構(gòu)。本文從用戶面和控制面2 個方面對5G 核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)承載進行研究分析。

2.1 5G核心網(wǎng)的用戶面業(yè)務(wù)承載研究

為保證用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，需考慮業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)（SMF 和GW-C、UPF 和GW-U）的融合部署，SMF 和GW-C 融合部署在5G 核心網(wǎng)控制面大區(qū)中心，UPF 和GW-U 可根據(jù)需求靈活地融合部署在省、市甚至更靠近用戶的地方。

業(yè)務(wù)量較大的地（市），建設(shè)有通信云DC 并部署融合網(wǎng)關(guān)（UPF/GW-U），本文以比較典型的雙DC為例來說明其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

智能城域網(wǎng)核心路由器MCR 和2 個DC 的出口路由器DCGW 分別建立EBGP 鄰居關(guān)系，疏通N3 接口流量，DC 所承載業(yè)務(wù)比例可由5G 核心網(wǎng)來控制。DCGW 通過防火墻隔離后直接接入中國聯(lián)通169 網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)手機用戶的公網(wǎng)訪問。

通信云用戶面DC部署的融合網(wǎng)關(guān)不僅承載5G業(yè)務(wù)，同時可承載4G 業(yè)務(wù)。4G 業(yè)務(wù)的疏通需要IPRAN和智能城域網(wǎng)互通完成，IPRAN 核心路由器和MCR 以fake AS 的optionA 方式互聯(lián)實現(xiàn)跨域連接。后期伴隨4G 業(yè)務(wù)量的減少可逐步將IPRAN 網(wǎng)絡(luò)融入智能城域網(wǎng)，實現(xiàn)承載的統(tǒng)一。

同中國電信的互通可通過智能城域網(wǎng)的MCR 與中國電信IPRAN 網(wǎng)絡(luò)的核心路由器直連實現(xiàn)，核心設(shè)備間采用單邊100G 帶寬的口字型互聯(lián)，后期根據(jù)5G業(yè)務(wù)量的大小，可考慮將MER與中國電信IPRAN匯聚直連。

用戶面和控制面之間的信令交互由N4接口完成，此外，信令面和用戶面往往采用同一云管平臺以統(tǒng)一編排，統(tǒng)一管理，因此用戶面DC 和信令面DC 之間還存在著MANO、網(wǎng)管流量疏通的需求。這2 部分業(yè)務(wù)均由承載B 網(wǎng)轉(zhuǎn)接疏通，僅需采用不同VPN 進行信令、MANO 和網(wǎng)管流量的隔離，具體組網(wǎng)如圖2 所示。此外維護人員對DC 資源池也有操作需求，這需要打通DC通信云和DCN網(wǎng)絡(luò)。

圖2 5G用戶面和信令面間業(yè)務(wù)互通網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

對于業(yè)務(wù)量較小的地（市），初期不考慮通信云的建設(shè)，其5G 業(yè)務(wù)的承載可借鑒當前4G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在2個省級大區(qū)中心建設(shè)省級5G 業(yè)務(wù)出口來承載這些地（市）的5G 業(yè)務(wù)。對這些地（市）來說，MCR 依然需要和中國聯(lián)通IPRAN 網(wǎng)絡(luò)互通以保證用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的連續(xù)性，同中國電信IPRAN 網(wǎng)絡(luò)互通以共享5G 站業(yè)務(wù)。這些地（市）5G 業(yè)務(wù)的回傳則參考4G 業(yè)務(wù)回傳承載網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，不由承載B 網(wǎng)轉(zhuǎn)接，由地（市）MCR 同省級大區(qū)中心MCR 直連來完成，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的扁平化承載。后續(xù)，伴隨著這些地（市）業(yè)務(wù)量的增長，逐步實現(xiàn)用戶面DC 的建設(shè)和下沉，并且隨著4G 業(yè)務(wù)量的減少，可逐步將4G 業(yè)務(wù)遷移至5G 通信云，原4G 回傳承載網(wǎng)逐步融入智能城域網(wǎng)或者實現(xiàn)退網(wǎng)。

2.2 5G核心網(wǎng)控制面的業(yè)務(wù)承載研究

控制面內(nèi)部各網(wǎng)元之間的交互在通信云內(nèi)部完成疏通，通信云內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3 所示。資源池內(nèi)采用leaf-spine-DCGW 3 層組網(wǎng)架構(gòu)，根據(jù)業(yè)務(wù)類型劃分為業(yè)務(wù)平面（主要包括信令、計費等業(yè)務(wù)）、存儲/管理平面（主要包括MANO、存儲調(diào)度等流量）和硬件管理平面（主要包括硬件告警采集以及傳統(tǒng)網(wǎng)管等流量）。其中存儲/管理流量以及硬件管理流量較小，spine設(shè)備合設(shè)，以提升投資效益。

不同平面間流量在服務(wù)器側(cè)采用物理端口隔離，保證互不干擾，同一平面內(nèi)不同功能接口之間采用不同子接口邏輯隔離。通信云內(nèi)部VNF 之間交互的流量根據(jù)其所在服務(wù)器的不同，由leaf 或spine 完成疏通而不必發(fā)送至DCGW。

圖3 通信云內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

通信云內(nèi)部可考慮引入SDN 控制器，SDN 控制器和NFVO 聯(lián)動實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)自動配置，云資源自動調(diào)度。但目前SDN控制器和NFVO之間的接口尚未形成統(tǒng)一標準，多為廠商私有接口，因此其僅適合于2層解耦。

控制面除了同用戶面交互外，還需考慮5G 和4G的互操作，對于控制面來說，4G/5G 互操作主要考慮用戶數(shù)據(jù)（UDM 和HSS）的融合來保證用戶數(shù)據(jù)的一致性，策略數(shù)據(jù)（PCF和PCRF）的融合來保證用戶策略的一致性，目前4G 業(yè)務(wù)均由本地IP 承載網(wǎng)接入，用戶數(shù)據(jù)和策略數(shù)據(jù)的融合使得5G 控制面需要和本地IP 承載網(wǎng)進行互通，其互通可由承載B網(wǎng)轉(zhuǎn)接完成。

用戶和策略數(shù)據(jù)的融合，需要省內(nèi)HSS 和大區(qū)UDM、省內(nèi)PCRF 和大區(qū)PCF 互通，實現(xiàn)大區(qū)UDM 的后端UDR 與省內(nèi)HSS 后端BE、前端FE，大區(qū)UDM 的前端UDM 與省內(nèi)HSS的后端BE 之間通信業(yè)務(wù)。同時實現(xiàn)大區(qū)PCF 的后端UDR 與省內(nèi)PCRF 后端SPR、前端PCRF，大區(qū)PCF 的前端PCF 與省內(nèi)PCRF 的后端SPR 之間通信業(yè)務(wù)。由于當前省內(nèi)HSS前后端通信采用的VPN 為4G_Ud，而5G 前后端通信采用的VPN 為5G_Ud，對此，有以下3 種方式實現(xiàn)用戶和策略數(shù)據(jù)互通。

a）在承載B 網(wǎng)側(cè)打通4G_Ud 和5G_Ud 之間的路由實現(xiàn)互通。

b）在本地IP承載網(wǎng)創(chuàng)建新接口，VPN 使用5G_Ud接入省內(nèi)HSS 和PCRF 以實現(xiàn)同UDM、PCF 之間的業(yè)務(wù)互通。

c）在大區(qū)UDM 及PCF 側(cè)創(chuàng)建新接口，VPN 使用4G_Ud以實現(xiàn)同HSS、PCRF之間的業(yè)務(wù)互通。

由于目前4G_Ud 僅為省內(nèi)互通，存在各省IP 地址復(fù)用的情況，因此，方案b）是較好的實現(xiàn)方法。

總體來看，5G核心網(wǎng)控制面根據(jù)業(yè)務(wù)需求與IP承載B 網(wǎng)、DCN 等外部網(wǎng)絡(luò)互通，與本地IP 承載網(wǎng)、智能城域網(wǎng)的互通則均由承載B網(wǎng)轉(zhuǎn)接。而用戶面和信令面不同，需與169 網(wǎng)絡(luò)、智能城域網(wǎng)、DCN 等外部網(wǎng)絡(luò)互通，同IPRAN、承載B網(wǎng)的互通則均由智能城域網(wǎng)轉(zhuǎn)接。

3 結(jié)束語

5G 提供了令人振奮的網(wǎng)絡(luò)能力，對傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是一次顛覆和重構(gòu)，但同時也具有網(wǎng)絡(luò)演進的連續(xù)性，5G 核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)承載也是如此。智能城域網(wǎng)采用SR+EVPN 等路由技術(shù)逐步實現(xiàn)全業(yè)務(wù)端到端的統(tǒng)一承載和融合，這是中國聯(lián)通5G 承載的解決方案，是云網(wǎng)融合的重要組成部分，而5G的承載除了智能城域網(wǎng)外，還需考慮本地IP 承載網(wǎng)、IPRAN 等網(wǎng)絡(luò)。本文從中國聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)出發(fā)，對5G核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)承載進行了分解和探討，并對本地IP 承載網(wǎng)、IPRAN 網(wǎng)絡(luò)逐步融入智能城域網(wǎng)進行了展望。未來幾年，高效地實現(xiàn)業(yè)務(wù)的遷移實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)融合演進是一個長期課題，也是下一步研究的方向。