深度解析5G核心网建设难点和挑战

目前核心网处于架构转型和业务转型的关键期。在架构层面，NFV、CU分离、边缘计算等技术的成熟推动核心网络架构转型，控制面进一步集中，转发面进一步下沉。在业务层面，2G/3G业务量迅速下降，4G流量、VoLTE、物联网用户数快速增长，在5G逐步商用的背景下，面向5G商用需求，需结合商用时间点、各省各地区5G业务场景需求、标准技术成熟度、设备成熟度等多个因素考虑5G核心网建设和演进策略。

5G核心网建设难点和挑战

5G时代即将到来，它将对人们使用移动技术的方方面面产生巨大影响。5G的速度更快、时延更低，从理论上讲，在从智能手机到自动驾驶汽车等各个领域，5G网络都会开辟新应用场景。不过如此复杂的5G网络，在建设上面临着很多难题和挑战。

多网络、多业务接入融合的挑战

移动通信系统从第一代到第五代，经历了迅猛的发展，现实网络逐步形成了包含多种无线制式的复杂现状，多种接入技术长期共存成为突出特征，同一运营商拥有包括2G/3G/4G/5G以及WLAN网络在内的多张不同制式网络的状况将长期存在。如何高效地运行和维护多张不同制式的网络，提高竞争力，不断减少运维成本和实现节能减排是每个运营商都要面临和解决的问题。面向2020年及未来，移动互联网和物联网业务将成为移动通信发展的主要驱动力。如何实现多接入网络的高效动态管理与协调，同时满足5G的技术指标及应用场景需求是5G多网络、多业务融合的主要技术挑战。4G向5G网络演进接入网结构变化如图1所示。

CU(Centralized Unit，集中单元)：原BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议和服务。DU(Distribute Unit，分布单元)：BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。

网络虚拟化(云化)带来的规划和运维挑战

5G网络全面虚拟化(云化)，在带来功能灵活性的同时，也带来很多技术和工程难题。首先网络虚拟化使跨层故障定界定位和后期升级过程更加复杂而低效;其次边缘计算的引入使网元数目倍增，也会导致建设和维护工作量成倍增加;最后，微服务化，用户更多的定制业务给业务编排能力提出了极高的要求。

回顾网络功能虚拟化NFV(Network Function Virtualization)的历史实践，目前NFV转型并未完全达到产业的期望。面向5G演进，运营商网络仍然面临三大挑战：一是新业务上线慢，以网元为单位大颗粒整包交付导致开发周期长，测试工作量大，升级影响大，软件发布周期需要3~9个月;二是运营成本高，以网元为单位的管理，导致多网元部署、对接和运维成本高，同时5G用户面下沉站点数量增加10倍以上，导致运维成本上升5~10倍;三是单Bit成本高，COTS硬件单Bit成本每年仅下降14%，摩尔定律失效，5G时代8倍流量增长将带来5倍硬件和能耗增加。

应对三大挑战，需要运营商构建极致敏捷、极简运营和极致效能的5G极简核心网，实现业务实时敏捷，网络自治和单Bit成本超越摩尔定律。业界厂家也统一共识，针对上述需求，极力做到如下三点：一是极致敏捷，基于微服务的软件架构，软件从以网元为单位的大颗粒交付转变为微服务粒度发布、测试和升级，实现业务实时敏捷，快速上线，软件发布周期从半年缩短到一个月以内，升级从百万用户受影响到用户无感知，业务无中断;二是极简运营，运维从以网元为中心转变为以网络为中心，实现网络自治，同时，一站式用户面大幅降低配套成本，并通过统一运维，实现用户面即插即用、加站不加人;三是极致效能，通过异构硬件综合加速使得转发效率提升50%以上，单Bit成本超越摩尔定律。

5G核心网与4G核心网有很密切的关系，部分网元要融合建设，形成4G/5G统一的控制面和用户面锚点，以提升用户体验，简化网络部署，降低成本。最近几年，核心网已经开启虚拟化(云化)改造和建设工作，如虚拟化EPC(Evolved Packet Core)、虚拟化IMS等，国际领先运营商从2016年开始进行虚拟化的规模商用部署，国内起步稍晚，但进展十分迅速，虚拟化IMS已开始商用，虚拟化EPC也在试点过程中。到今年年底，三大运营商的网络虚拟化进程都会有大的阶段性成果。从核心网NFV技术路线看，先从IMS控制面开始，2019年将逐步实现EPC网络的虚拟化。另外，电信云统一资源池的建设正提上日程，为后续5G规模建设奠定基础。5G时代，虚拟化是必备的基础技术，5G核心网就是虚拟化的核心网，这已经成为行业的广泛共识。

5G核心网络架构的挑战

5G多网络融合架构中将包括2G/3G/4G/5G和WLAN等多个无线接入网和核心网。如何进行高效的架构设计，如核心网和接入网锚点的选择，同时兼顾网络改造升级的复杂度、对现网的影响等都是网络架构研究需要解决的问题。

5G组网可支持SA和NSA两种方式，无论最终国内运营商采用何种网络架构，5G商用的步伐都不会放缓，建设和投资规模也不会缩水。但为了抢占5G先发市场，NSA或将成为部分运营商的先期建网选择，如图2所示。SA指的是新建5G网络，包括新基站、回程链路以及核心网。NSA非独立组网指的是使用现有的4G基础设施，进行5G网络的部署，基于NSA架构的5G载波仅承载用户数据，其控制信令仍通过4G网络传输。

运营商可根据业务需求确定升级站点和区域，不一定需要完整的连片覆盖，借助目前成熟的4G网络扩大5G覆盖范围。由于手机终端发射功率有限，所以5G网络的覆盖范围主要受限于上行，那么通过与4G联合组网的方式(NSA)可以实现5G单站覆盖范围的扩大，但由于NSA无需建设5G新核心网，且NSA需借助4G无线空口(NSA无线锚点在4G)，现有的4G核心网架构和4G空口却不容易满足5G对于时延和传输可靠性的要求。

5G建设初期如果采用NSA架构，4G网络与5G网络紧耦合，将带来站址约束、互操作配置复杂等问题，后续向SA演进还需多次网络大规模调整。

• Option3：EPC+eNB(主)/gNB的方式组网，网络先演进无线接入网，核心网使用LTE的，场景以eNB为主基站，控制面信令由eNB转发，LTE eNB和NR gNB采用双连接的形式为用户提供高传输数据速率服务，可以有效降低初期的部署成本，主要是前期部署在热点区域，增加系统吞吐量。
• Option4：NGC+eNB/gNB(主)的方式组网，同时引入NGC和GNB，与LTE采取兼容的方式部署，核心网采用5G NGC，eNB和gNB都连接至NGC，基站以gNB为主，同样是采用双连接的方式为用户提供高速率数据业务服务，LTE网络负责保证覆盖，5G系统负责提高热点地区的数据吞吐量。
• Option7：NGC+eNB(主)/gNB的组网方式，此种方式中虽然完整部署了5G NGC和gNB，但数量较少，仍以LTE中的eNB为主，控制面信令都由eNB转发，eNB和gNB采用双连接的方式为用户提供高数据速率服务。

为了满足各种各样新的服务需求，未来5G核心网架构的建设和规划必须要解决以下几方面问题。

（编辑：济南站长网）

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