5G-Advanced核心网演进,推动5G走向商业成功

发布时间:2023-03-23 作者:中兴通讯 周建锋

        随着3GPP R16、R17的陆续发布,5G持续夯实能力三角,进一步对垂直行业增强能力拓展,以实现人网到物网的全面渗透。当前3GPP已启动R18的标准工作,R18作为5G-Advanced的第一个版本,获得业界普遍关注,特别是其中的多媒体通信、智能化、确定性通信等课题,推动着后5G时代网络的发展,以及核心网后续的演进方向。

        2G/3G/4G时代,主要是由人到人,实现人人通信。4G/5G时代,由人及物,实现万物互联。5G-Advanced将由实入虚,实现虚实共生。核心网作为移动网络的神经中枢,未来将进入人、物、虚三元融合的时代,5G-Advanced核心网将围绕全域服务使能、云原生服务化和极简融合可靠三大方向演进。全域服务使能是目标,云原生服务化和极简融合可靠是实现目标的支撑。

 

全域服务使能

        5G-Advanced将面向全场景,致力于“人、物、虚”全域覆盖,涵盖人到物对象范围的变化、实到虚表达方式的变化和ToC到ToB商业模式的变化,除了网络侧性能指标的进一步提升,在算力侧潜在带来千倍级的增长需要。要达到全域服务使能,需要全媒体、全能力双链驱动,以实现体验增强和新业务快速创新,如图1所示。

体验升维:从音视频到超清音视频、XR、元宇宙

        新通话的虚实结合、XR的虚实交融和元宇宙虚实相生,除了对带宽、时延、抖动等常规的性能要求进一步提升,新增感知维度和感知精度,要求网络能对多维信息精准同步传输、实现精细化QoS策略控制并提供大算力/AI能力。为此,5G-Advanced核心网络通过构建时间可承诺通信(TPC)、移动算力网络(Mobile Computing Network,MCN)、IMS+,共同支撑全媒体技术向XR、元宇宙演进。

 

连接增强:从确定性到端到端极致确定性

        当前5G已基本可满足80%的行业要求,通过引入URLLC、TSC、双链路冗余传输、5G授时、802.1AS/1588、5G和TSN协同等特性,实现了小于5ms的时延、大于5个9的可靠性、精准的授时和能力开放。面向未来深入到行业核心生产制造场景,5G网络在连接上仍面临挑战(见表1)。

 

        因此,5G-Advanced在连接上仍需不断增强:

        - 性能增强:从智能网卡SmartNIC转发用户面报文到NEO智能云卡卸载云平台管理控制模块,进一步发展到DPU(Data Processing Unit)和云化相结合,使能业务的部署、应用既灵活又高效节能;

        - 多方协同:算网协同+QoE感知+多流协同,构建端到端闭环,极致协同,保障业务体验;

        -  广域传输:引入5G TSC与DetNet网络互通,以及空天体一体化技术,实现多网异构,远距离传输,网络更灵动,满足电网、异地操控等更广域的确定性通信需要。

        - 能力升维:从连接到“连接+计算+感知”

        新通话、XR、元宇宙、网红直播、自动驾驶等实时类的移动性业务对时延和算力都有一定的诉求,给当前边缘网络带来极大的挑战。以新通话为例,500万新通话用户数,视频呼叫占比20%,忙时每用户通话1.5次,需要185块GPU(Graphics Processing Unit,图形处理器)。而受限于边缘机房配电、占地等因素,一味的叠加算力不可持续。MEC分流固化,导致距离用户不同位置、不同规模的MEC未充分有效共享。

        终端高速移动,导致用户体验下降。未来随着L4/L5自动驾驶的发展,需要将目前两位数(单位:TOPS)算力提升到四位数,算力需要提升100倍。

        为此,需要构建移动算力网络MCN,通过核心网控制面和MEC算力管理系统深度融合,引入算网融合管控、算力资源感知、算网QoS识别等,对算网资源进行一体化调度,由MEC算力成云到MEC算力成网,实现泛在智算。

        - MEC算力成网:算网管控融合,一体调度,提升资源效率;

        - 服务严选:优选UPF+MEC精准识别UE发起算力服务需求,从而进行算网一体化调度;

        - 体验一致性:根据算网实时状态实现端到端动态算网QoS保障,例如,任意MEC故障其他MEC接管,始终确保用户体验;

        - 服务模式扩展:资源式向任务式服务演进,催生更多服务模式。

        核心网通过能力的升维,使能网络、算力实现更好的协同,无忧保障低时延、大算力视频、智能交互类服务。

 

服务敏捷:助力商业模式的转变

        国际上,以德国“工业4.0”、美国工业互联网和英国工业2050为代表,各国纷纷抢占智能制造高地。中国也制定了“制造2025”和“5G应用‘扬帆’行动计划”,以推动5G应用在垂直行业形成规模化发展。但是专网SLA差异大、功能差异大、部署环境复杂,需要构建PROS(Precise、Reliable、Open、Security)专网,面向行业量体裁衣,按需DIY,实现网络即服务,使能即服务,实现从流量经营向专网经营演进。

        - Any Size:由用户定义硬件和尺寸 ( A3纸大小、单机、单柜);

         - Any Where:适应各种部署环境要求(上天入地、防震防爆);

        - Any Service:用户可随意挑选算、运、感、速等维度的能力,包括MCN实现算力+运力的协同,TPC实现高阶确定性,5G新通话实现4D沉浸式体验,以及NEO智能云卡实现软硬加速等。

        核心网提升服务敏捷,适用于不同行业碎片化需求,助力5G的发展从满足用户通用型需求向专用型需求发展,更好地体现以用户为中心的服务理念。

 

云原生服务化

        5G-Advanced核心网将持续围绕云原生和服务化两条主线进一步演进。在云原生方面,基础设施向多云分布式延伸,网络功能多形态共存。融合核心网Common Core将加速向虚机容器和裸机容器形态发展,且呈现多云部署,在地理位置上5G-Advanced核心网进一步下沉,贴近用户。云原生基础设施统一提供虚机、虚机容器和裸机容器资源,呈现分布式一朵云,并且引入多样性算力,以构建高效的算力底座,支撑上层网络灵活部署的需要。在服务化方面,为解决垂直行业差异化需求,面对不同行业的业务开通周期长等难题,通过在网络功能微服务化的基础上,叠加提供服务化组件仓库,可以按场景灵活组装网络服务,实现核心网Online DIY,减少信令接口交互,快速交付。

 

极简融合可靠

        当前,5G核心网控制面引入服务化架构,实现了接口协议统一同时,也带来NF(Network Function)数量多、部署慢、组网复杂、NF间交互频繁、排查周期长等难题。尤其在面向ToB专网场景时,问题更加突出,有必要将多网元物理聚合,融合部署。需要引入微服务化,实现细粒度按需定制组装,应用于5G-Advanced核心网,满足未来按需、按场景定制网络连接+算力+能力。

        从消费互联网转向工业互联网,面向行业应用,网络故障会影响生产、威胁生命安全,需要网络“零”中断、丢包“零”容忍,通过构建无忧核心网实现大于99.9999%的无中断服务,实现全方位容灾:

        - 系统热备:控制面NF Set,用户面1+1热备,实现业务无损;

        - 智能流控:智能分流、协同调控,实现极速收敛;

        - 断臂逃生:故障隔离、自动绕开故障NF,实现服务不断;

        - 多路并行:双路并发、多网异构,实现取好择优。

 

        国内运营商近期(2023—2025年)核心网规划目标都体现了架构调整、安全可靠、业务创新,国外运营商近期关注虚拟化的演进和5G SA核心网的引入。国内外运营商远期(2025—2027年)主要围绕5G-Advanced/6G网络演进,相应技术提前引入及部分功能的落地验证。基于运营商核心网近期和远期面临的问题和需求判断,中兴通讯5G-Advanced核心网将以全域服务使能为目标,基于云原生服务化和极简融合可靠进行支撑,与行业上下游积极合作,联合创新,推进5G核心网走向更多行业场景的商业成功。