除了人與人之間的通信，5G更重要的目標是萬物互聯(lián)。4G已經(jīng)改變了人類的生活方式，5G將改變社會的生產(chǎn)模式。
5G網(wǎng)絡主要有三大技術場景，增強的移動寬帶業(yè)務enhanced mobile broadband (eMBB)，海量機器通信Massive Machine Type Communication(mMTC)，高可靠低時延Ultra Reliable Low Latency Communications(URLLC)。每種技術場景都提煉于各行各業(yè)對未來通信的需求。三大場景中mMTC和URLLC都是主要針對垂直行業(yè)的業(yè)務需求，足以可見5G對垂直行業(yè)的重視程度。
圖一 5G網(wǎng)絡滿足垂直行業(yè)需求
為了滿足5G萬物互聯(lián)的需求，通信人致力于對貫穿于5G網(wǎng)絡的基站、核心網(wǎng)、編排管理、傳輸?shù)雀鞑糠值膶崿F(xiàn)。對于核心網(wǎng)而言，基于傳統(tǒng)CT思維的設計模式顯然已經(jīng)不足以面向未來。因此，5G核心網(wǎng)有了更方便更靈活引入垂直行業(yè)的架構，即基于服務化的架構Service Based Architecture，簡稱SBA。3GPP定義的基于服務化架構的5G核心網(wǎng)如下圖所示。
圖二 5G核心網(wǎng)服務化架構
5G核心網(wǎng)架構與傳統(tǒng)核心網(wǎng)架構的顯著區(qū)別在于：
控制面網(wǎng)絡功能摒棄傳統(tǒng)的點對點通訊方式，采用統(tǒng)一的基于服務化架構和接口，例如上圖中的Nnssf、Nsmf等；
控制面與媒體面分離；
移動性管理與會話管理解耦；
核心網(wǎng)對接入方式不感知，各種接入方式都通過統(tǒng)一的機制接入網(wǎng)絡，例如非3gpp方式也通過統(tǒng)一的N2/N3接口接入5G核心網(wǎng)，3gpp與非3gpp統(tǒng)一認證等。
服務化架構是5G核心網(wǎng)區(qū)別于傳統(tǒng)核心網(wǎng)的顯著差異，那么究竟什么是服務化架構呢？我們總結了5G核心網(wǎng)服務化架構四大特征如下：
圖三 5G核心網(wǎng)服務化架構四大特征
一、傳統(tǒng)網(wǎng)元被逐漸拆分
伴隨著虛擬化技術運用在電信領域，傳統(tǒng)意義上的核心網(wǎng)網(wǎng)元實現(xiàn)了軟硬件解耦，軟件部分被稱為網(wǎng)絡功能（Network Function）。3GPP定義的服務化結構將一個網(wǎng)絡功能進一步拆分成若干個自包含、自管理、可重用的網(wǎng)絡功能服務（NF Service），這些網(wǎng)絡功能相互之間解耦，具備獨立升級、獨立彈性的能力，具備標準接口與其他網(wǎng)絡功能服務互通，并且可通過編排工具根據(jù)不同的需求進行編排和實例化部署。這種網(wǎng)元拆分與我們經(jīng)常談論的云原生或微服務架構有著相似的理念，而3GPP進行了標準化定義，并為每個5G網(wǎng)絡功能定義了一組具備對外互通標準接口的網(wǎng)絡功能服務。
二、網(wǎng)絡功能服務管理自動化
網(wǎng)絡功能被拆分成多個網(wǎng)絡功能服務后，維護工程師會從面對幾個網(wǎng)元改變?yōu)槊鎸资畟€網(wǎng)絡功能服務，如果仍然依靠傳統(tǒng)核心網(wǎng)的手工維護方式，那對維護工程師而言無異于一場災難。因此，5G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡功能服務需要能夠做到自動化管理，NRF就是這樣的一個網(wǎng)絡功能。NRF支持幾個主要功能為：
1)網(wǎng)絡功能服務的自動注冊，更新或去注冊；每個網(wǎng)絡功能服務在上電時會自動向NRF注冊本服務的IP地址，域名，支持的能力等相關信息，在信息變更后自動同步到NRF，在下電時向NRF進行去注冊。NRF需要維護整個網(wǎng)絡內所有網(wǎng)絡功能服務的實時信息，類似一個網(wǎng)絡功能服務實時倉庫。
2)網(wǎng)絡功能服務的自動發(fā)現(xiàn)和選擇。在5G核心網(wǎng)中，每個網(wǎng)絡功能服務都會通過NRF來尋找合適的對端服務，而不是依賴于本地配置方式固化通訊對端。NRF會根據(jù)當前信息向請求者返回對應的響應者網(wǎng)絡功能服務列表，供請求者進行選擇。這種方式一定程度上類似于DNS機制，從而實現(xiàn)網(wǎng)絡功能服務的自動發(fā)現(xiàn)和選擇。
3)網(wǎng)絡功能服務的狀態(tài)檢測。NRF可以與各網(wǎng)絡功能服務之間進行雙向定期狀態(tài)檢測，當某個網(wǎng)絡功能服務異常，NRF將異常狀態(tài)通知到與其相關的網(wǎng)絡功能服務。
4)網(wǎng)絡功能服務的認證授權。NRF作為管理類網(wǎng)絡功能，需要考慮網(wǎng)絡安全機制，以防止被非法網(wǎng)絡功能服務劫持業(yè)務。
三、網(wǎng)絡通信路徑優(yōu)化
傳統(tǒng)核心網(wǎng)的網(wǎng)元之間有著固定的通訊鏈路和通訊路徑。例如在4G網(wǎng)絡中，用戶的位置信息必須從無線基站上報給MME，然后由MME通過S-GW傳遞給P-GW，最終傳遞給PCRF進行策略的更新。而在5G核心網(wǎng)服務化架構下，各網(wǎng)絡功能服務之間可以根據(jù)需求任意通訊，極大地優(yōu)化了通訊路徑。同樣的以用戶位置信息策略為例，PCF可以提前訂閱用戶位置信息變更事件，當AMF中的網(wǎng)絡服務功能檢測到用戶發(fā)生位置變更時，發(fā)布用戶位置信息變更事件，PCF可直接實時接收到該事件，無需其他網(wǎng)絡功能服務進行中轉。
四、網(wǎng)絡功能服務間的交互解耦
傳統(tǒng)核心網(wǎng)網(wǎng)元之間的通訊遵循請求者和響應者的點對點模式，這是一種相互耦合的傳統(tǒng)模式。5G核心網(wǎng)架構下的網(wǎng)絡功能服務間通訊機制進一步解耦為生產(chǎn)者和消費者模式，生產(chǎn)者發(fā)布相關能力，并不關注消費者是誰，在什么地方。消費者訂閱相關能力，并不關注生產(chǎn)者是誰，在什么地方。這是一種從IT業(yè)借鑒過來的通訊模式，非常適用于通訊雙方的接口解耦。
5G核心網(wǎng)的服務化架構是5G時代在網(wǎng)絡架構方面的一個重大變革，具備靈活可編排、解耦、開放等傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構所無法比擬的優(yōu)點，是5G時代迅速滿足垂直行業(yè)需求的一個重要手段。核心網(wǎng)的黑盒子已經(jīng)被打開，依托于服務化架構的5G核心網(wǎng)，移動通信網(wǎng)絡一定會在未來的萬物互聯(lián)之路上展現(xiàn)出巨大的能力。
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