5G輕量核心網(wǎng)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用分析

俞樂

【摘要】? ? 移動通信網(wǎng)絡(luò)最關(guān)鍵的部位便是核心網(wǎng)，其主要作用在于移動終端和數(shù)據(jù)中心的會話管理與數(shù)據(jù)傳輸，具有中心轉(zhuǎn)接的作用。同4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G通信網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)了全方位的提升，但是在應(yīng)急通信過程中仍存在一定的問題，為了解決相關(guān)問題，5G輕量核心網(wǎng)應(yīng)運而生?；诖?，本文對5G輕量核心網(wǎng)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用展開分析。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G? ? 輕量化? ? 核心網(wǎng)? ? 應(yīng)急通信

應(yīng)急通信需要滿足快速部署、快速上線的需求，同時需要對配置流程進行簡化，但是以3GPP標準為基礎(chǔ)的組網(wǎng)架構(gòu)過于復雜，無法滿足以上需求。5G具備全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和性能，適用于應(yīng)急救援、監(jiān)測預警、應(yīng)急通信保障等業(yè)務(wù)范圍。輕量化5G核心網(wǎng)具有低成本、低功耗、易裁剪等特點，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中能夠給進一步確保應(yīng)急通道的穩(wěn)定性，保障應(yīng)急網(wǎng)絡(luò)的自主性，為應(yīng)急通信提供了便利，具有較高的應(yīng)用價值。

一、核心網(wǎng)輕量化的重要性

核心網(wǎng)是移動通信網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組別部分，具有承上啟下的作用，具備終端客戶移動管理、會話管理以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)葟碗s功能[1]。

同傳統(tǒng)模式下以專用硬件設(shè)備為基礎(chǔ)的移動通信網(wǎng)絡(luò)比較，5G核心網(wǎng)具有分離式結(jié)構(gòu)，不但充分運用過網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化云原生設(shè)計思想，以x86平臺的常規(guī)服務(wù)器和優(yōu)化后的OpenStack等虛擬化平臺為基礎(chǔ)，在軟件化、服務(wù)化和模塊化的作用下建立網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)各項功能的獨立自治，無論是升級還是改造均不會對功能造成影響;另外完全實現(xiàn)控制面和用戶面的分離，打破了用戶面功能受集約化部署的局面，實現(xiàn)對核心網(wǎng)、接入網(wǎng)等不同層面的靈活部署。如圖1所示。

AMF的主要功能為用戶的移動性與接入管理;SMF的主要功能為用戶的會話管理;UDM能夠?qū)η芭_數(shù)據(jù)進行綜合處理，如用戶標識、簽約數(shù)據(jù)以及鑒權(quán)數(shù)據(jù)等;AUSF與UDM聯(lián)合應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)對鑒權(quán)數(shù)據(jù)的有效處理;UDR和UDSF能夠有效存儲后臺相關(guān)數(shù)據(jù)，其中前者的功能為結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲，為PCF存儲和檢索策略數(shù)據(jù)提供保障，支持NEF的檢索和存儲;后者的功能為非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的存儲。控制面和網(wǎng)絡(luò)平臺功能的NF主要組成部分為NEF、NRF與NSSF，其功能分別為網(wǎng)絡(luò)開放功能、網(wǎng)絡(luò)存儲功能和網(wǎng)絡(luò)切片選擇功能。NEF的作用在于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)對外開放，NRF的作用在于對NF進行管理和等級，NSSF的作用為管理網(wǎng)絡(luò)切片信息。

傳統(tǒng)模式下需要通過專門的硬件平臺建立核心網(wǎng)，軟件具有一定的復雜性，因此對核心網(wǎng)設(shè)備技術(shù)水平的要求較高，僅有少量的主流設(shè)備具備良好的研發(fā)和生產(chǎn)能力。5G核心網(wǎng)的解耦與分離架構(gòu)使網(wǎng)元間的分工更加明確，因此為輕量5G核心網(wǎng)的實現(xiàn)提供了保障。輕量核心網(wǎng)并不需要應(yīng)用大量的資源實現(xiàn)全部功能技術(shù)，僅僅在單個硬件服務(wù)器便能夠?qū)崿F(xiàn)全部的功能。具有成本低、功耗小、易裁剪、體積小等優(yōu)勢，能夠結(jié)合企業(yè)的具體情況對方案設(shè)計進行靈活調(diào)整，有效提高專網(wǎng)的安全性以及管理工作的靈活性，降低成本，減少維護工作難度，并且其應(yīng)用場景十分廣泛[2]。

二、5G輕量核心網(wǎng)的優(yōu)點

5G輕量核心網(wǎng)的有點主要體現(xiàn)在以下兩個方面：

1.實現(xiàn)專用產(chǎn)品的可定制化。5G輕量化產(chǎn)品為主要面向諸多行業(yè)定值的專用設(shè)備，具有一體化的特點，以虛擬化不適為基礎(chǔ)，集合客戶的需求與MEC設(shè)備、安全防護軟件、AI系統(tǒng)等集成，經(jīng)采取體積較小的常規(guī)基礎(chǔ)設(shè)施便能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的開通和部署。另外，對話務(wù)量、上下行速率需求不同的5G輕量化核心網(wǎng)產(chǎn)品能夠靈活配置規(guī)格不同的服務(wù)器，具有通用性，對于一些轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)量的額行業(yè)來說還能設(shè)置硬件加速卡，進而能夠給在有限的資源和條件下提高系統(tǒng)吞吐率。

2.實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的高度融合。為個案行業(yè)領(lǐng)域定值5G專網(wǎng)還需要實現(xiàn)信息化網(wǎng)絡(luò)和原有專網(wǎng)的有效融合，需要開放網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫標準接口，有效調(diào)度5G專網(wǎng)與原專網(wǎng)、企業(yè)內(nèi)網(wǎng)和本地管理中心，保證業(yè)務(wù)與會話的連續(xù)性。另外5G輕量化核心網(wǎng)具有整合功能，支付多接入方式的統(tǒng)一管理與驗證。比如說，為兼容已有有線固定介入與其他無線接入終端，能夠設(shè)置集成接入網(wǎng)關(guān)，與5G核心網(wǎng)連接，減少終端接入系統(tǒng)的復雜性和低效性，避免網(wǎng)絡(luò)功能的冗余。

三、5G輕量核心網(wǎng)技術(shù)概述

3.1 目前核心網(wǎng)結(jié)構(gòu)存在的問題

目前核心網(wǎng)架構(gòu)存在的問題主要有：

1.系統(tǒng)架構(gòu)網(wǎng)元繁多，網(wǎng)元間分工較細，交互流程較多，導致其服務(wù)能力下降。

2.配置較為復雜，對緊急情況下提供快速上線網(wǎng)絡(luò)形成阻礙。

3.網(wǎng)元數(shù)量較多導致系統(tǒng)過于復雜，對設(shè)備能耗的需求較高，長時間通信困難，不適用于應(yīng)急通信[3]。

4.網(wǎng)元數(shù)量較多導致部署難度較高，無法滿足快速組網(wǎng)需求。

5.網(wǎng)元數(shù)量較多，業(yè)務(wù)初始上線需要進行服務(wù)注冊，導致系統(tǒng)業(yè)務(wù)復雜度增加。

3.2 輕量核心網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

為了解決以上問題，輕量核心網(wǎng)對傳統(tǒng)核心網(wǎng)進行了以下改進。

1.對配置進行簡化。首先使用典型配置模板，在應(yīng)急情況下選擇合適的模板便可以展開相應(yīng)業(yè)務(wù);其次，因為5G核心網(wǎng)具備轉(zhuǎn)發(fā)和控制面分離等特點，對全部網(wǎng)元通過接口對接網(wǎng)管系統(tǒng)進行規(guī)范，以防發(fā)生其他網(wǎng)元配置不統(tǒng)一的情況。

2.實現(xiàn)對網(wǎng)元的有效整合。首先，NSSS集成至AMF。切片選擇功能網(wǎng)元NSSF通過模塊的方式集成至AMF，如圖2所示。接入用戶與會話建立時能夠在內(nèi)部直接得到相關(guān)信息，實現(xiàn)了對流程的簡化。其次，認證AUSF通過模塊的方式集成至UDM，直接在內(nèi)部對認證過程進行快速處理，能夠有效減少認證流程。

3.對策略進行有效優(yōu)化。首先在網(wǎng)元選擇方面，進行接入和會話流程中，為了減少網(wǎng)元之間的交付，提高業(yè)務(wù)水平，網(wǎng)元選擇均使用本地策略選擇。其次，正常標準下策略控制通過PCF靈活、動態(tài)生成，涵蓋的交互流程多而復雜，提供配置命令能夠快速生成策略規(guī)則，有效提高整體效率和業(yè)務(wù)水平，為相關(guān)業(yè)務(wù)的展開提供了巨大的便利。

四、5G輕量核心網(wǎng)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用

應(yīng)急通信主要指目前通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)施受到了一定的破壞，為了滿足特殊通信保障需求，具備臨時應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)。2018年國際應(yīng)急管理部提出了多為無線通信網(wǎng)絡(luò)目標，并提出相關(guān)發(fā)展要求。在搶險救災等應(yīng)急情況下，應(yīng)用5G輕量核心網(wǎng)能夠發(fā)揮重要的作用。如果發(fā)生自然災害，災區(qū)基礎(chǔ)通信設(shè)施、道路設(shè)施以及電力設(shè)施受到一定程度的破壞，因此在第一時間傳輸受災信息以及進行有效的現(xiàn)場指揮調(diào)度具有重要的意義。下面本文對5G輕量核心網(wǎng)的應(yīng)用進行分析。

4.1 快速恢復本地公用網(wǎng)絡(luò)

受到自然災害因素的影響，導致傳輸網(wǎng)絡(luò)發(fā)生中斷問題，因為區(qū)域內(nèi)5G基站和省級核心網(wǎng)連接發(fā)生中斷，對業(yè)務(wù)的開展形成嚴重阻礙。通過5G輕量核心網(wǎng)的應(yīng)用，在確保用戶簽約數(shù)據(jù)進行人工同步的基礎(chǔ)上，能夠以完好的災區(qū)基站及時恢復本地移動網(wǎng)絡(luò)通信，進而能夠滿足基本的通信需求[4]。

4.2 快速建立現(xiàn)場應(yīng)急通信系統(tǒng)

如果受到自然災害的影響導致本地通信網(wǎng)絡(luò)處于癱瘓的狀態(tài)下，不但無法有效應(yīng)用現(xiàn)有公網(wǎng)設(shè)施通信，同時未被破壞的公網(wǎng)設(shè)施也會因為用戶激增導致網(wǎng)絡(luò)運行不順暢。在這一情況下應(yīng)急通信的要求具有較高的機動性、靈活性與適應(yīng)性[5]?？梢圆扇?yīng)急通信車、便攜式基站和無人機等方式，通過輕量核心網(wǎng)及時建立覆蓋再去的5G現(xiàn)場應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，在保證現(xiàn)場救援隊伍通信調(diào)度有效性的基礎(chǔ)上，為受災群眾提供更好的服務(wù)。

五、結(jié)束語

綜上所述，5G技術(shù)的出現(xiàn)對推動社會通信發(fā)展具有重要的意義，有助于提高數(shù)字化水平。為了提高5G網(wǎng)絡(luò)在緊急通信中的應(yīng)用水平，采用5G輕量核心網(wǎng)技術(shù)具有重要意義，本文對5G輕量核心網(wǎng)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用進行分析，能夠有效提高應(yīng)急專網(wǎng)的安全性和網(wǎng)絡(luò)管理的自主性，具有較高的應(yīng)用價值。

參? 考? 文? 獻

[1] 賴光何. 5G移動網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)的幾點思考[J]. 信息通信，2020（3）：245-246.

[2] 李沸樂，楊文聰. 5G輕量化核心網(wǎng)總體方案研究與設(shè)計[J]. 移動通信，2020，44（1）：14-18.

[3] 齊飛，王秋紅，朱雪田. 基于5G切片技術(shù)的區(qū)域應(yīng)急解決方案研究[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2020，46（3）：23-27.

[4] 劉丹妮，李琦，張艷，等. 5G技術(shù)在電力應(yīng)急通信中的應(yīng)用研究[J]. 信息通信技術(shù)與政策，2020（4）：41-46.

[5] 曹軍，李寶銳. 5G輕量核心網(wǎng)在應(yīng)急通信中的應(yīng)用[J]. 通信電源技術(shù)，2021，38（3）：149-150.