摘要：5G核心網(wǎng)的成功吸收了服務化架構(gòu)的發(fā)展經(jīng)驗，以模塊化的形式為基礎(chǔ)，優(yōu)化了不同網(wǎng)絡功能之間存在的解耦問題。其將所有網(wǎng)元功能，對應的分解成了可以靈活應用、處于獨立形態(tài)的功能化模塊。新型的架構(gòu)設計中，5G網(wǎng)絡本身具有10Gb/s的峰值速率以及平均一平方公里百萬級別的連接能力，這些應用特征為虛擬現(xiàn)實、無人駕駛等技術(shù)的實現(xiàn)提供了有力的支撐，同樣也是我國現(xiàn)階段數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程的核心基礎(chǔ)。因此本文針對基于垂直行業(yè)的5G核心網(wǎng)技術(shù)展開探討分析，希望為相關(guān)人員帶來一些參考。

關(guān)鍵詞：垂直行業(yè);5G核心網(wǎng)技術(shù);網(wǎng)絡切片

作為我國移動通信系統(tǒng)的重點建設方向，我國核心網(wǎng)的建設過程歷經(jīng)了四代過程。全新的5G核心網(wǎng)，將以點到點的控制信令作為核心，經(jīng)過不同業(yè)務體系之間的密切耦合，構(gòu)建起具備封閉化特征的獨立式硬件設備體系，并由此為基礎(chǔ)，逐漸構(gòu)架起以微服務架構(gòu)為核心的軟件化功能狀態(tài)。對于5G核心網(wǎng)而言，其在一般情況下會部設在IT基礎(chǔ)設施之上，保障5G核心網(wǎng)切片可以由運營商分配性應用。通過這樣的方式為小型核心網(wǎng)在垂直行業(yè)中的部署帶來了更多的路徑。而5G核心網(wǎng)中徹底將用戶面與控制面板進行分離，并通過分布式的形式進行用戶面功能的部署，能夠滿足日常生產(chǎn)生活中大部分使用場景的需要。

一、垂直行業(yè)5G核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

（一）云化核心網(wǎng)切片技術(shù)

從本質(zhì)上來看，網(wǎng)絡切片技術(shù)實際上是將原有的物理網(wǎng)絡，相應地劃分為較多數(shù)目的虛擬化網(wǎng)絡[1]。各個虛擬網(wǎng)絡需具備差異化特征，以此來保障差異化的服務需求得以滿足，例如可以按照寬帶、時延、可靠性等特征進行劃分，通過這樣的方式保障在面對不同場景時具備充分的靈活性。對于網(wǎng)絡切片技術(shù)而言，其建立在傳統(tǒng)通用物理基礎(chǔ)設施之上，并重點提供具備不同特征、彈性能力的定制網(wǎng)絡，并在功能、運維、性能等幾個方面展開靈活設計，保障各大運營商，可以按照垂直行業(yè)的基礎(chǔ)需要，針對專業(yè)網(wǎng)絡完成定制化創(chuàng)建工作[2]。

由于5G網(wǎng)絡本身具備端到端的切片能力，因此其必須以傳輸網(wǎng)、無線網(wǎng)、核心網(wǎng)等多個方面加以首先，在這之中，以虛擬化技術(shù)為核心的服務化架構(gòu)5G核心網(wǎng)切片是其中較為重點的環(huán)節(jié)之一。

對于傳統(tǒng)的核心網(wǎng)來說，其核心內(nèi)容為專用硬件，其無法使5G網(wǎng)絡切片，完全滿足其在服務登記、靈活性等有關(guān)方面的要求[3]。而由虛擬化技術(shù)為基本核心，構(gòu)建起的服務化架構(gòu)5G核心網(wǎng)，可以保障將原有的網(wǎng)絡功能，轉(zhuǎn)變?yōu)樾率降姆栈M件。而在各個組件之間，可以應用具備開放性、輕量級特征的接口，實現(xiàn)通信，其本身具備低耦合結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出拓展性強、靈活性出色、開放性高的基礎(chǔ)特征，保障其能夠滿足網(wǎng)絡切片構(gòu)建的探索、高可靠性需求。

保障切片得以完成的首要條件，是網(wǎng)絡功能虛擬化。依托NFV來將傳統(tǒng)網(wǎng)元設備中的軟硬件部分進行分解[4]。同時依靠通用服務器進行硬件的部署，差異化的網(wǎng)絡功能，負責承擔軟件的不同部分，通過這樣的方式保障靈活組裝業(yè)務需求得以滿足。此外，核心網(wǎng)切片工作的展開，能夠根據(jù)組網(wǎng)視圖、資源視圖等多個維度進行隔離方案的劃分。在這之中，可以將原有的資源視圖，共劃分為虛擬資源層、硬件資源層、網(wǎng)元功能層等多個隔離分配[5]。組網(wǎng)視圖的應用，主要以核心網(wǎng)中心內(nèi)的網(wǎng)絡設備進行對應的隔離分配。在這一過程中，需要與行業(yè)內(nèi)部的實踐需求共同進行，同樣可選取網(wǎng)元完全占據(jù)、部分獨占的建設形式，使成本與安全隔離需求之間存在較為科學的平衡點，以此來保障行業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡切片分級需求得以滿足（如圖1所示）。

（二）5G小型化核心網(wǎng)技術(shù)

對于一部分具備特殊需求的行業(yè)，例如公共安全、電力，以及各大企業(yè)本身對于網(wǎng)絡安全性的高標準以及野外地質(zhì)勘探、油田等這一類無法進行開展外網(wǎng)連接工作的特殊性場所而言[6]。為了能夠通過更為靈活的形式進行5G網(wǎng)絡的部署，某公司遵循虛擬機環(huán)境極簡的基礎(chǔ)部署需求，設置了5G小型核心網(wǎng)。相較于傳統(tǒng)核心網(wǎng)而言，其本質(zhì)上的區(qū)別在于，5G小型化核心網(wǎng)，更多的以容器環(huán)境部署為基礎(chǔ)，針對具備必要特征的核心網(wǎng)控制面網(wǎng)絡功能進行設置，這其中主要包含移動管理、接入、網(wǎng)絡儲存庫、網(wǎng)絡切片選擇等一系列功能。用戶面則可以以虛擬機環(huán)境為基礎(chǔ)，對應的進行用戶面管理功能的部署，并相應設計3GPP互通性功能，以此來達成靈活部署的建設目的，大幅降低核心網(wǎng)的建設資金投入。

二、5G行業(yè)核心網(wǎng)在傳媒行業(yè)中的應用實踐

根據(jù)低延時、高寬帶的基本技術(shù)特征，新媒體時代廣泛應用了5G技術(shù)中的傳輸、高清視頻采集等方面的全新技術(shù)實現(xiàn)形式，其在一定程度上甚至打破了傳統(tǒng)行業(yè)的制作架構(gòu)局限性。某集團為了達成實踐應用的目的，與該地區(qū)廣播電視臺，共同構(gòu)建起了媒體應用實驗室，以5G網(wǎng)絡技術(shù)特點為核心基礎(chǔ)，針對傳統(tǒng)媒體直播領(lǐng)域，構(gòu)建起全方位、多媒體英語的5G創(chuàng)新技術(shù)方案，并由此達成了5G配合4K的基礎(chǔ)技術(shù)突破，最終實現(xiàn)了5G媒體行業(yè)實踐應用[7]。

（一）5G+4K/8K演播室的構(gòu)建

在傳統(tǒng)的4G時代中，直播背包這一形式，已經(jīng)受到了全國各個地區(qū)直播的應用。但現(xiàn)如今，面對4K/8K的直播場景后，4G技術(shù)在信道傳輸、信源編碼等領(lǐng)域受到了阻礙和影響，由于全新5G直播背包的出現(xiàn)，卻打破了原有4K編碼難的局限性，但其在信道傳輸這一應用方面依然具備較大的局限性[8]。大部分直播區(qū)域都處在熱點區(qū)域當中，其在信號問傳方面，缺少足夠的保障性，常常常會出現(xiàn)因直播背包傳輸速率無法達到標準，導致網(wǎng)絡無法接入的弊端出現(xiàn)。

立足于這一背景下，某集團通過無線側(cè)、運化核心網(wǎng)，進一步構(gòu)建起了由端到端的實踐切片技術(shù)[9]。在無線側(cè)方面，依托RB資源預留技術(shù)的使用，在全新的5G直播背包中提供專網(wǎng)級別的網(wǎng)絡接入能力;在核心網(wǎng)一側(cè)，按照由廣電系統(tǒng)播出的，以平臺物理隔離需求為核心的安全播出要求，保障網(wǎng)元功能層始終應用部分獨占的形式，通過這樣的方式在保障盡可能縮小成本的同時，獲得較強的安全隔離效果。

在5G網(wǎng)絡切片賦能的大背景下，某集團為電視臺，構(gòu)建起了一張專業(yè)化的行業(yè)專網(wǎng)，通過這樣的方式保障新聞直播業(yè)務與網(wǎng)絡資源呈現(xiàn)出共享化趨勢。而5G背包技術(shù)，也保障了4K/8K信號具備強大的寬帶傳輸、低延時功能。作為具備穩(wěn)定、安全特征的基礎(chǔ)傳輸形式，通過將原有的信號傳遞到解碼服務器，在相應進入到臺內(nèi)系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)變了原有新聞直播車的衛(wèi)星回傳信號傳播形式。

與此同時，采編系統(tǒng)當中的實時性信號，可以被及時傳遞回返，通過這樣的形式為演播廳與一線記者之間構(gòu)建起了雙向視頻溝通的空間。直到目前為止，這一方案在大部分工作場景中，都可作為傳統(tǒng)轉(zhuǎn)播車方案的優(yōu)化形式出現(xiàn)，保障媒體直播的基本生產(chǎn)完成了飛躍式的進步。

（二）5G+4K演播車機位靈活漫游

現(xiàn)階段，我國大部分大型活動，包括體育賽事等，都應用了固定機位的形式開展高清直播，同時在傳輸信號的過程中，應用光電復合線纜將其傳遞到演播車等一系列導播設備中，這樣一種有線化的超高清視頻回傳方案，往往存在機位受限條件較多、電纜設線、無法靈活移動的弊端和缺陷。而為了保障觀眾能夠獲得更加多樣化的互動、感受體驗，在未來多維度的超高清直播，將會逐漸成為演唱會等活動的基礎(chǔ)視頻直播標準[10]。

相較于原有的高清標準來說，超高清技術(shù)在各個維度方面有著質(zhì)變式的跨越和發(fā)展，同樣其對網(wǎng)絡環(huán)境也提出了相對較高的標準。例如，在分辨率方面，超高清視頻本身具備4K（3840×2160）的超強分辨率，而4k格式像素是傳統(tǒng)高清像素的4倍以上;而在色域方面來講，超高清視頻的標準與rec2020的標準相符合，其在色彩量方面是高清的2倍以上;而從量化深度角度來說，其逐漸由傳統(tǒng)的8bit提升到現(xiàn)階段的10bit，同時圖像本身的明暗層次而擴大了至少3倍以上;幀率也相應的強化到了50f/s以上。

經(jīng)由視頻編碼結(jié)束之后，超高清攝像機的視頻比特率至少達到了60Mb/s之上，必須在相對較高的網(wǎng)絡上進行。這也意味著，未來5G技術(shù)廣泛應用在商業(yè)方面，將成為未來4K超高清視頻直播領(lǐng)域的重要推動力。

為了保障演播車極為部署的靈活性要求被滿足，因此某集團針對5G+演播廳的組網(wǎng)方案進行設計和構(gòu)建，實際情況如下圖2所示。

本次方案設計通過在演播廳內(nèi)部，進行小型核心網(wǎng)的構(gòu)建，并與接入終端、車載宏站等共同構(gòu)建出移動專網(wǎng)。而對應的制作設備、外場直播等，可以借由5G-CPE接入設備，經(jīng)由無線連接的形式，來將其相應連接到有源天線處理單元中。同時有關(guān)數(shù)據(jù)、信號等則經(jīng)過基帶處理單元的處理，相應的進入到5G核心網(wǎng)當中[11]。

依托核心網(wǎng)的使用，可以保障數(shù)據(jù)、信號等，有序進入到直播車內(nèi)的各個直播系統(tǒng)當中，例如總控制臺、解碼系統(tǒng)等，通過這樣的方式構(gòu)建起一整套以5G技術(shù)為核心的應用媒體體系，簡單來說就是將原有的核心網(wǎng)用戶面UPF相應的下沉到直播車當中，并最后通過攝像機視頻流量的形式展開媒體轉(zhuǎn)發(fā)。視頻流不需要經(jīng)過原有的核心網(wǎng)，就可以充分達成直播車、終端之間的數(shù)據(jù)交互行為，以此來為新式場景、新式業(yè)務等提供高質(zhì)量、高穩(wěn)定性的端到端網(wǎng)絡通信連接。而技術(shù)方案的設計，則將5G專網(wǎng)為核心，提供具備較高質(zhì)量、隔離性的可保障端到端網(wǎng)絡，以此來確保實際應用場景需求得以滿足。

三、結(jié)束語

在4G網(wǎng)絡時代，大部分通信業(yè)務都會運行在一個完全相同的通信系統(tǒng)當中。一旦出現(xiàn)網(wǎng)絡堵塞的情況，則有關(guān)業(yè)務很難獲得充分的資源，這將導致實際業(yè)務質(zhì)量逐漸降低。而在當前的5G網(wǎng)絡時代，由于NFV技術(shù)、端到端網(wǎng)絡切片技術(shù)的廣泛應用，通信技術(shù)不僅能夠保障充分的安全性，同樣在運營可靠性、獨立運維性等方面，獲得了跨越性的升級，通過這樣的方式保障通信網(wǎng)絡，能夠從傳統(tǒng)的“應用適配網(wǎng)絡”的4G時代，逐漸演化為如今的應用決定網(wǎng)絡的5G時代。

能否做到與垂直行業(yè)互相融合，將是未來5G發(fā)展過程的關(guān)鍵所在，為了切實達到多元化賦能標準，本文建議以邊緣計算、網(wǎng)絡切片等作為基本框架，并按照行業(yè)的基礎(chǔ)要求，有選擇、有目的性的展開性能優(yōu)化。同時在未來的5G車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中，大力推動URLLC技術(shù)的發(fā)展和延伸，以此來達到未來自動駕駛場景業(yè)務連續(xù)、低時延的基本需求。強化推動5G硬核能力的基礎(chǔ)構(gòu)建，并構(gòu)建出具備低時延、高開放、高穩(wěn)定性的基礎(chǔ)特征，保障其具備基本垂直行業(yè)的基本能力，通過這樣的方式強化垂直行業(yè)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)變革，以此來達成5G社會轉(zhuǎn)變的目標。

作者單位：賀麗杰? ? 中國電信股份有限公司北京分公司

參? 考? 文? 獻

[1]秦鵬太，李愛華，姜怡，等.5G-Advanced核心網(wǎng)技術(shù)綜述[J].移動通信，2021，46（01）：58-66.

[2]樊陸陸，郭剛.3GPP R16 5G核心網(wǎng)絡技術(shù)研究[J].電視技術(shù)，2021，45（09）：14-16+20.

[3]羅成.NFV安全保障的需求場景與關(guān)鍵技術(shù)研究[J].數(shù)字技術(shù)與用，2021，39（07）：25-27.

[4]辛榮寰，程遠，傅成龍.5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通信冗余可靠性研究[J].郵電設計技術(shù)，2021（07）：1-5.

[5]呂振華，李雪馨.5G核心網(wǎng)異網(wǎng)漫游方案分析[J].廣東通信技術(shù)，2021，41（05）：25-28.

[6]孫麗楠，朱紅綠，孫慧.面向工業(yè)的5G組網(wǎng)方案研究[J].電子技術(shù)應用，2021，47（05）：5-10.

[7]劉明亮，梁煜鋒.基于垂直行業(yè)的5G核心網(wǎng)技術(shù)研究[J].電視技術(shù)，2021，45（03）：5-9.

[8]卜何聰.5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].通信電源技術(shù)，2021，38（04）：132-134.

[9]黃震寧，李愛華，張昊，等.3GPP R16 5G核心網(wǎng)技術(shù)綜述[J].移動通信，2021，45（01）：85-89.

[10]李藝，劉春平，武曉雪.基于5G技術(shù)的智能礦山研究及應用[J].中國煤炭，2020，46（11）：42-48.

[11]馬瑞濤，王光全，任馳，等.3GPP R16 5G核心網(wǎng)標準及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電子技術(shù)應用，2020， 46（11）：30-35+40.