4_5G核心网融合组网策略研究_陈钏.pdf

442023.02核心网与网络技术0 引言3GPP 中，R15 标准定义了 5G 系统的新架构 SBA（Service Based Architecture，服务化架构），并完成了 4G/5G 互操作等一系列功能。R16 标准针对 R15 部分进行了修订，于 2020 年6月进行了规范冻结。某运营商2020年初步建成5G SA网络，目前现网存在 2/4G 演进分组核心网（Evolved Packet Core，EPC）、2/4G 虚 拟 化 演 进 分 组 核 心 网（Virtualized Evolved Packet Core，vEPC）以及 5G SA 三张核心网络。随着 4G 用户逐步向 5G 用户迁移、5G 用户进入快速发展期，为满足 5G SA 用户的增长需求并最大限度简化运维组网、提升网络效率、资源动态共享、网络平滑演进，优选融合组网策略以实现 4G/5G 网络融合、减少 4G/5G 网络间的互操作是核心网建设的重点。本研究基于 5G SA 网络架构对 4/5G 核心网融合组网方案和混合组 POOL 策略进行探讨，对 5G 核心网演进及关键问题进行分析。1 5G 核心网组网演进方案1.1 5G 核心网现有架构某运营商 5G 核心网共建设 4 个 5G 核心网子域，共计 11种 5G 核心网网元。其中，在接入控制与承载域共计部署了4 种网元，AMF、SMF/BSF/PGW-C 和 UPF/PGW-U 共 3 种网元可支持 5G 无线接入、移动性管理、会话管理、媒体流疏通等功能；CHF 共 1 种网元可支持在线计费和离线计费。在用户数据域共计部署 2 种网元，支持 2G/4G/5G/IMS 的四融合AUSF/UDM/UDR 实现本网用户业务开通、数据存储、鉴权等功能；支持 2G/4G/5G/IMS 的 NP AUSF/UDM/UDR 实现携入用户业务开通、数据存储、鉴权等功能。在策略控制域共计部署 2 种网元，语音 PCF 网元实现 4/5G 用户语音策略控制，数据业务 PCF/UDR 网元实现 2/4/5G 用户数据业务策略控制。在 5G 专用功能域共计部署 3 种网元，NSSF 网元支持网络切片选择；业务 NRF 网元支持网络服务注册及服务发现；计费NRF 网元支持计费网元 CHF 与省 BOSS 服务注册及服务发现。融合组网是指 5G 核心网网元与 4G 核心网网元采用同一网元实体实现，能够使同一网元的设备资源充分为 4G 用户和 5G 用户共享，更能够发挥设备资源共享的优势。为简化运维组网、提高网络效率、实现资源共享，需将 AMF、SMF/BSF/PGW-C、UPF/PGW-U、CHF 4 种 网 元 升 级 成 为 AMF/MME、SMF/BSF/SAEGW-C、UPF/SAEGW-U、CHF/CG（融合 CHF），在 5G SA 独立组网的基础上实现 4/5G 全融合。1.2 4/5G 融合组网方案目前，现网 5G SA 支持 4/5G 互操作，而 3GPP 标准未定义 2/4/5G 互操作架构。根据现网情况，在目前 2G 业务量持续萎缩、现网传统设备规模较大的情况下，5GC 与 EPC 融合统一接入全网 4G、5G 基站，服务全部 4/5G 用户；2G 基站及业务仍由传统 EPC 网络接入，后续结合业务发展和传统设备使用情况再按需接入融合核心网。为实现4/5G融合组网演进目标，结合现网网络架构情况，目前分别有两种融合组网方案。（1）方案一：vEPC、5GC 升级支持 4/5G 融合为简化网络、推进目标架构，通过 4/5G 融合核心网负责全网 5G 和部分 4G 业务。现有 vEPC 通过升级改造支持 4/5G摘要：5G SA 核心网的大规模部署面临着与现有 4G EPC 网络融合的问题。分析了 4/5G 融合组网和网元混合组POOL 的各种方案，以及融合组网过程中的关键问题。在 5G 核心网现有架构的基础上结合运营商网络实际情况，给出了 4/5G 融合组网的演进策略及方案选择，为运营商后续的网络部署提供了建议。关键词：5G；融合组网；POOL；网络演进（2022年江苏省通信学会“华苏杯”论文征集评优一等奖）4/5G 核心网融合组网策略研究陈 钏1 丁 毅1 周文维2 金建宁1 肖 娟21.中国移动通信集团江苏有限公司；2.中国移动通信集团江苏有限公司南通分公司452023.02核心网与网络技术融合功能；现有 5GC 升级支持 4/5G 融合功能；新建容量全部采用具备 4/5G 融合能力的方式建设。此方案中，5G 融合核心网接入全网 5G 基站和部分 4G 基站，剩余非云化本地网的 4G基站和所有本地网的 2G 基站仍由传统核心网承载。融合组网方案一如图 1 所示。（2）方案二：保持现有 3 张网络，新增 4/5G 融合网络因 4/5G 融合核心网未经全面验证，也无规模化商用案例，为保持 vEPC 和 5GC 稳定，通过 4/5G 融合核心网、独立5GC、vEPC、传统 2/4G 核心网 4 张网覆盖全网。此方案中，新建 4/5G 融合核心网接入部分地市全部 5G 和 4G 基站，负责全部 5G 和 4G 业务；其余 5G 基站接入独立 5GC，减小独立5GC 负责的本地网数量、按需新增容量；非云化本地网的 4G基站和所有本地网的 2G 基站仍由传统核心网承载。融合组网方案二如图 2 所示。（3）方案对比从业务体验、计费、运营维护、网络演进等方面对两种组网方案进行对比分析，如表 1 所示。方案一在用户体验、网元对接、网络演进、网络维护、割接调整上均更有优势，建议优先采用方案一。1.3 融合组网变化分析EPC 和 5G SA 核心网络融合部署可减少网元节点和网元种类，降低运维成本；使节点间交互变节点内交互，降低信令负荷，提升成功率，提高转发效率，节省带宽；可支持全接入模式，容量动态共享，避免为不同制式分别预留额外资源，节约资源；部分模块可共享，可节省资源；2/4G 向 5G 演进过程中可避免频繁的网元销毁、新建。针对 4/5G 独立组网和 4/5G 融合组网，进行各场景分析对比后形成表 2。2 4/5G 融 合 组 POOL方案根据现网 4/5G 融合组网方案，5GC 及 vEPC 通过升级改造支持 4/5G融合功能，按需接入全网 5G 基站和部分 4G 基站。部分本地网部署 4/5G 融合核心网，其余本地网暂仍维持 4G 核心网与 5G 核心网独立组网。（1）进行 4/5G 融合建设的本地网：对于已经建设 vEPC的本地网，将现网vEPC升级改造为4/5G融合网元并按需扩容；对于尚未建设 vEPC 的本地网，将现网 5GC 升级改造为 4/5G融合网元并按需扩容。（2）暂不进行 4/5G 融合建设的本地网：现网 5GC 升级改造为 4/5G 融合网元并按需扩容，或者新建 4/5G 融合网元，负责 5G 业务。2.1 网元融合组 POOL 方案融合网元组网优先采用融合的AMF/MME POOL 和 SMF/SAEGW-C POOL 分别覆盖相同的 5G 和 4G 无线 区 域，且 同 一 融 合 POOL 内 网元 均 为 融 合 的 AMF/MME、SMF/SAEGW-C。（1）AMF/MMEAMF/MME组网主要有两种方案。方 案 一：AMF/MME 融 合 组POOL。融合本地网 4G 基站和全网5G 基站统一接入融合 POOL，如图 3 所示。方案二：融合本地网和非融合本地网分别组 POOL。融合本地网 4G 和 5G 基站统一接入 AMF/MME 融合 POOL，非融合本地网 5G 基站接入 AMF/MME POOL，如图 4 所示。非融合本地网仅配置 AMF/MME 中 AMF 能力及容量。图 1 融合组网方案一图 2 融合组网方案二462023.02核心网与网络技术（2）SMF/SAEGW-CSMF/SAEGW-C 组网主要有两种方案。方案一：SMF/SAEGW-C 融合组 POOL，所有本地网UPF/SAEGW-U 与 POOL 内 SMF/SAEGW-C 全 互 联 组 网，如图 5 所示。非融合本地网仅配置 UPF/SAEGW-U 中 UPF/PGW-U 能力及容量。方案二：融合本地网和非融合本地网分别组 POOL。融合本地网 4G 和 5G 业务统一接入 SMF/SAEGW-C 融合 POOL；非融合本地网5G 业务接入 SMF/SAEGW-C POOL，如图6 所示。非融合本地网UPF/SAEGW-U仅配置UPF/PGW-U能力及容量，SMF/SAEGW-C 仅配置 SMF/PGW-C 能力及容量。2.2 现网 POOL 规划分析表 1 融合组网方案对比项目方案一vEPC、5GC 升级支持 4/5G 融合方案二保持现有 3 张网络，新增 4/5G 融合网络业务体验好，融合组网使更多用户网间互操作在网元内部实现，理论上用户体验更好一般，网间互操作涉及更多局间网元交互业务计费好，融合组网架构 BOSS 需要对接的计费网元及接口更少较差，需要 BOSS 计费系统对接更多网元和接口网络架构好，更接近目标网络一般，演进到目标架构需要更多割接调整运营维护较好，维护两张网，设备形态和版本相对更少，维护工作量小较差，维护四张网，网络结构更复杂，维护工作量更大稳定可靠一般，相对更依赖于融合设备稳定性及安全性较好，网络结构分散，原有虚拟化网元经过一段时间的完善，安全风险相对较低投资效益好，融合网元对资源池需求更小，用户面投资更小 一般，分设网元对资源池需求更大，用户面投资更大割接调整好，本地网更容易成片连续规划，减少后续割接调整一般，NFV 一期本地网容易打破融合组网本地网的连续性，后续割接工作量大建设进度一般，建设进度受 vEPC 和 5GC 升级影响较大较好，与前两期虚拟化工程耦合度相对较低，工程进度受影响小表 2 各场景对比分析场景4/5G 独立组网4/5G 融合组网基本接入（attach/注册/激活）AMF 基于权重选择AMF 基于 NRF 选择AMF/MME 基于权重选择开启融合网关选择4/5G 互操作通过 N26 互操作存在 4-5 重选中断互操作优选本地 AMF/MME选择融合网关，不存在互操作业务中断EPSFB通过 N26 接口回落 MME回落优选本地 MMEPCC5G 会话选择 N7 口5/4 切换会话选择 N7 口4G 会话选择 N7 口链式备份不支持链式备份AMF 1：1 备份MME 1：1 备份图 3 AMF/MME 融合组 POOL图 4 AMF/MME 融合本地网和非融合本地网分别组 POOL472023.02核心网与网络技术结合 AMF/MME 和 SMF/SAEGW-C 网元组 POOL 方案，5G 核心网组 POOL 同样有两种方案，分别为融合本地网与纯5G 本地网同一个 POOL（方案一）和 4/5G 融合本地网独立组POOL（方案二）。从 POOL 规划规格、工程复杂度、二期网元改造影响、容灾能力、跨 POOL 互操作、4G 组 POOL 能力等方面对两种方案进行对比分析，方案一工程操作更简单、网元融合改造影响小、容灾利用率高并可应对节假日潮汐效应。现网 POOL规划建议优选方案一，如表 3 所示。2.3 融合组网关键问题研究5GC 及 vEPC 升级改造支持 4/5G 融合功能后，现网 4G业务即可割接上云。4G 业务割接上云共有两种方案。（1）基站双挂，PVV 容灾过渡规划上云的基站采用双挂 POOL 方式割接，通过权重调整，逐步将用户从传统 4G EPC POOL 迁移上云，避免硬切换割接对业务的冲击。本方案中，新建的融合网元 4G POOL 与传统 4G POOL 间无法组链式备份、无法跨 POOL 迁移用户，可在融合 POOL 试运行一段时间作为割接过渡，保持基站双接 MME POOL。（2）MME 组大 POOL现网MME组大POOL方案涉及MMEGI改造后重新入网，基站侧需与 POOL 内传统和云化 MME 全互联，PTN 需跨地市互通；DNS 需配合修改 MME 域名相关记录；信令网 DRA需配合修改 diameter 链路配置；MSC 需修改 SGS 链路配置。MMEGI 改造操作复杂且需周边网元配合，工作量大、耗时长。综合对比两种方案，建议优选基站双挂、PVV 容灾过渡实现 4G 业务上云割接。3 结束语4/5G 网络的共存和融合演进是一个长期的过程，随着NFV 全云化以及 5G 业务的不断发展，将最终实现统一的核心图 5 SMF/SAEGW-C 融合组 POOL图 6 SMF/SAEGW-C 融合本地网和非融合本地网分别组 POOL表 3 现网组 POOL 方案对比类别方案一：融合本地网与纯 5G 本地网同一个 POOL方案二：4/5G 融合独立组 POOLPOOL 规划规格基站与 4/5G 融合 POOL 链路多，对基站和 AMF/MME 规格要求高基站与 4/5G 融合 POOL 链路少，对基站和 AMF/MME 规格要求低工程复杂度新增 4/5G 融合网元平滑入 POOL 承载业务，不需要重新规划 POOLgNB 只需扩容链路，操作简单工程复杂、工程量大，4/5G 融合网元需新规划POOL 并完成裂分周边网元重新对接、POOL 互操作验证、基站割接调整、指标调优等二期网元改造影响POOL 容量更大，可实现二期网元 4/5G 融合离线改造/扩容，保障网络安全无法实现二期网元 4/5G 融合离线改造/扩容，操作风险较高容灾能力POOL 内网元多，容灾利用率高，可应对节假日潮汐效应POOL 内网元少，容灾利用率校低，无法应对节假日潮汐效应跨 POOL 互操作POOL 内移动不涉及跨 POOL 互操作POOL 规划增多，省内移动互操作增多4G 组 POOL能力只可与现网 1 个本地网组 4G POOL，实现 PVV容灾，满足用户迁移及链路备份等功能；其余本地网只可采用基站双挂方式容灾4/5G 融合 POOL 可与现网 4G 等比例规划，实现PVV 容灾，满足用户迁移及链式备份等功能。482023.02核心网与网络技术网。打造一张云化节能的网络是未来演进的趋势，本研究结合运营商现网特征分析了融合组网的方案，并给出了演进策略建议，为后续实现业务的敏捷迭代，提升用户体验和感知提供了有力支撑。参考文献：1 梁雪梅，方晓农.R16 版本中 5G 核心网的新概念 J.移动通信，2020（9）：11-18.2 冯征.面向应用的 5G 核心网组网关键技术研究 J.移动通信，2019，43（6）：2-9.3 吴英娜，余永聪.5G 核心网组网方案分析及演进路线研究 J.移动通信，2019（7）：1-3.4 杨旭，肖子玉，邵永平，宋小明.面向 5G 的核心网演进规划 J.移动通信，2018（7）：1-9.作者简介：陈钏（1982），男，江苏宿迁人，工程师，学士；研究方向：网络干扰与优化。（收稿日期：2022-08-10；责任编辑：赵明亮）节约了人力成本，提高了室分无源器件故障排查的工作效率，人力成本得到明显降低。原室分无源器件故障定位时间约为2-3小时，按照目前我省代维费用计算方法，单人单次室分故障处理平均费用 123 元。使用该系统后，平均故障定位时长降低近 60%，提升故障处理效率，原来 1 人次处理的故障现可以处理 2-3 起故障。同时故障定位准确率提升 20%，减少了由于误派工单引起的故障处理“白跑”现象。以此估算每次故障可节约费用12320%60%=14.76 元。月均室分系统故障 2000 次计算，预计每月可节省费用 2.952 万元。4 结束语通过一套内部逻辑算法，对功率、信噪比、驻波比衰减测量、电压驻波等指标进行级联计算，快速定位无源器件故障位置。支持单支路节点监控，支持单支路多节点和单支路单节点的灵活部署方式，在不影响功能的基础上减少改造成本，同时增加方案可执行性。引入无源互调故障定位仪，为器件引起的长期无法解决的疑难室分高干扰小区整改提供了新手段。该仪表定位问题器件的准确率为100%，可探测距离为500米，直接显示问题器件到探测点的距离，明确指示问题期间位置，减少摸排量。通过理论计算和实践验证总结出室内分布有源设备后 5 级期间的故障点替换为高性能器件，系统互调改善最明显。创新性地实现了对室分无源器件的监控，有效提高室分网元监控的深度和广度，进一步提升室分设备故障发现能力。通过采用无源器件监控系统，实现了室分无源器件自动的、实时的告警上报，实现了室分无源器件的远程监控。结合室分系统有源设备监控针对整个室分小区实现了全方位有效监控，对于有源器件和无源器件均能够实现故障问题的发现，并及时制定无线维护和优化方案，提高了室内小区无线维护和优化的工作效率，对于提升室内网络感知起到了前期预警的作用。参考文献：1 杨宗林，戚文敏，杨子峰.室分合路互调干扰解决方案 J.山东通信技术.2015（01）.2 张平.LTE 室内分布系统干扰类问题优化分析与方法研究 J.信息通信，2019，0（7）：125-127.3 林祥德.互调干扰在移动通信中的危害及处理 J.电信快报：网络与通信，2017，0（9）：34-36.4张臻.关于室内分布系统布线施工的探讨J.电信快报：网络与通信，2019，0（7）：13-15.5 潘文苹.浅析 5G 时代室内分布系统发展趋势研究 J.中国新通信，2019，0（12）：107-107.6 刘兆，倪新军，倪文波，徐亮.室内分布系统无源互调干扰问题排查与整治措施J.电子技术与软件工程.2018（01）7 杨会杰，王烟青，杨昭，陈旭锋.甚高频无线通信系统发射机互调干扰研究 J.通信技术.2014（08）作者简介：高亮（1989），男，江苏泰州人，工程师，硕士；研究方向：无线网络优化，通信原理算法。（收稿日期：2022-10-20；责任编辑：赵明亮）（上接第 43 页）