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摘要：3GPP R16在R15的基礎(chǔ)上，從基礎(chǔ)能力增強、全業(yè)務(wù)場景支持、垂直行業(yè)能力拓展3個方面，對5G核心網(wǎng)能力進行了全面增強，運營商現(xiàn)有基于R15的5G核心網(wǎng)將面臨R16增強特性引入的重大挑戰(zhàn)。分析了5G核心網(wǎng)R16關(guān)鍵增強功能特性，給出了R16核心網(wǎng)關(guān)鍵功能特性的引入建議，并在最后給出了面向R16的5G核心網(wǎng)演進總體思路及策略建議。

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前言

作為目前全球最大最重要的國際通信標(biāo)準(zhǔn)組織，第三代合作伙伴計劃（3GPP）在5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定及5G商業(yè)化的推進過程中功不可沒。針對5G標(biāo)準(zhǔn)，3GPP目前已經(jīng)完成了R15和R16 2個版本的制定。

R15是5G標(biāo)準(zhǔn)的第1個版本，于2018年9月凍結(jié)，是目前全球運營商5G建網(wǎng)廣泛采用的基礎(chǔ)版本，定義了非獨立組網(wǎng)（NSA）和獨立組網(wǎng)（SA）2個階段，支持增強移動寬帶（eMBB）和部分超高可靠低時延通信（uRLLC）功能特性，滿足市場最緊急的應(yīng)用需求。

2020年7月，3GPP針對5G標(biāo)準(zhǔn)的第2個增強版本R16正式發(fā)布，R16標(biāo)準(zhǔn)完善了R15標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)能力，支撐了國際電信聯(lián)盟（ITU）明確的5G三大應(yīng)用場景的eMBB、uRLLC、海量機器類通信（mMTC）全業(yè)務(wù)場景，并特別針對垂直行業(yè)的需求進行了大量的能力拓展。作為5G標(biāo)準(zhǔn)的“成年版本”，R16版本將成為未來運營商5G核心網(wǎng)（5GC）商用建設(shè)的主流版本。

隨著3GPP R16標(biāo)準(zhǔn)的凍結(jié)，5GC相關(guān)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品和能力也將基于R16標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建，未來幾年將是5GC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和核心能力孕育和固化的重要窗口期。5GC也將面臨基于R15標(biāo)準(zhǔn)的5GC規(guī)模建網(wǎng)和基于R16標(biāo)準(zhǔn)的增強能力引進的雙重挑戰(zhàn)，運營商亟需開展面向R16的5GC演進策略研究，為5GC網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)和平滑演進提供技術(shù)參考。

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5G核心網(wǎng)R16關(guān)鍵增強功能特性

針對5GC，R16標(biāo)準(zhǔn)在R15標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，從基礎(chǔ)能力增強、全業(yè)務(wù)場景支持、垂直行業(yè)能力拓展這三大方向，推動5GC走向成熟和完善。基礎(chǔ)能力增強指針對R15的不足，對基于R15的5GC架構(gòu)和功能進行增強，包括服務(wù)化架構(gòu)增強（eSBA）、會話管理功能（SMF）/用戶平面功能（UPF）拓?fù)浼軜?gòu)增強（ETSUN）、網(wǎng)絡(luò)切片增強（eNS）、位置服務(wù)增強（eLCS）等關(guān)鍵功能；全業(yè)務(wù)場景支持指通過引入5G超高可靠低時延通信（5G-URLLC）、5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng)（5G-CIoT）等關(guān)鍵新特性，完成對eMBB、uRLLC、mMTC三大業(yè)務(wù)場景的支持；垂直行業(yè)拓展指通過引入5G局域網(wǎng)（5G-LAN）、非公共網(wǎng)絡(luò)（NPN）等關(guān)鍵拓展能力，來滿足垂直行業(yè)對網(wǎng)絡(luò)能力的多樣化需求。

1.1 服務(wù)化架構(gòu)增強

1.1.1 基礎(chǔ)能力增強

相比R15標(biāo)準(zhǔn)定義的服務(wù)化架構(gòu)（SBA），eSBA通過引入一個新的服務(wù)通信代理（SCP）的網(wǎng)絡(luò)功能（NF），在R15已定義的直接通信模型A/B的基礎(chǔ)上，新增間接通信模型C/D，將5GC中原有的NF和NF之間直接進行信令交互的直接通信模式升級為NF和NF之間串接一個SCP的間接通信模式，如圖1所示。

eSBA引入SCP后，一方面，原先的各個5GC NF統(tǒng)一與SCP對接，各NF只需關(guān)注自身業(yè)務(wù)處理邏輯，而將自身原有的服務(wù)發(fā)現(xiàn)、路由轉(zhuǎn)發(fā)等路由相關(guān)功能交給SCP完成，使NF功能更加輕量化；另一方面，5GC架構(gòu)由原先的各NF全互聯(lián)組網(wǎng)變成SCP匯聚組網(wǎng)，使整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加靈活。SCP的引入大大提升了網(wǎng)絡(luò)運營效率，降低了網(wǎng)絡(luò)運維成本，保證了網(wǎng)絡(luò)的可擴展性和易維護性。

圖1 eSBA架構(gòu)的通信模型

同時，eSBA引入了網(wǎng)絡(luò)功能集（NF Set）和服務(wù)集（NFS Set）的概念，1個集內(nèi)會有多個同類型的NF或多個同類型的NFS，這多個NF或多個NFS共享狀態(tài)上下文數(shù)據(jù)，當(dāng)某個NF或者NFS出現(xiàn)故障，業(yè)務(wù)馬上可以被同一集內(nèi)的其他同類型的NF或NFS無縫接管，保障了業(yè)務(wù)的連續(xù)性和網(wǎng)絡(luò)的高可靠性。

1.1.2 會話管理功能及用戶平面功能拓?fù)湓鰪?/strong>

在基于R15的5GC標(biāo)準(zhǔn)方案中，核心網(wǎng)的會話管理功能SMF只能管理本區(qū)域的用戶平面UPF，不能管理其它區(qū)域的UPF，也不能與其他區(qū)域的SMF對接，因此就會出現(xiàn)以下問題：一方面，當(dāng)用戶跨SMF服務(wù)區(qū)移動時，業(yè)務(wù)會中斷，這會極大影響用戶的業(yè)務(wù)體驗；另一方面，很多行業(yè)業(yè)務(wù)都有專門的業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)名稱（DNN），需要從歸屬地接入，當(dāng)用戶離開歸屬地，漫游到拜訪地，就沒法通過拜訪地SMF接入到歸屬地SMF，使用這些行業(yè)業(yè)務(wù)。

圖2 ETSUN組網(wǎng)架構(gòu)圖

針對這些問題，3GPP在R16階段對SMF/UPF拓?fù)溥M行了增強，在5GC架構(gòu)中引入了一個中間SMF（I-SMF），如圖2所示。一方面通過I-SMF與錨點SMF連接，解決用戶在跨區(qū)域移動過程中的SMF改變問題，保證用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)性；另一方面通過I-SMF與歸屬地SMF連接，解決歸屬地業(yè)務(wù)無法訪問的問題，保證漫游用戶對歸屬地行業(yè)業(yè)務(wù)的正常訪問。

1.1.3 網(wǎng)絡(luò)切片增強

在R16階段，3GPP在R15已定義的網(wǎng)絡(luò)切片架構(gòu)和功能的基礎(chǔ)上，引入一個新的網(wǎng)絡(luò)功能——網(wǎng)絡(luò)切片特定鑒權(quán)及授權(quán)功能（NSSAAF），該功能可以在用戶接入切片時，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)完成對用戶的一次認(rèn)證鑒權(quán)后，在垂直行業(yè)客戶側(cè)完成對用戶的二次認(rèn)證鑒權(quán)和授權(quán)，從而實現(xiàn)垂直行業(yè)客戶對用戶訪問權(quán)限的自主靈活控制，滿足垂直行業(yè)的高安全要求，如圖3所示。

圖3 NSSAAF組網(wǎng)架構(gòu)圖

同時，為了解決R15階段定義的網(wǎng)絡(luò)切片方案中，由于用戶在4G不攜帶切片標(biāo)識導(dǎo)致用戶在從4G切換到5G的過程中網(wǎng)絡(luò)無法為用戶選擇所需要接入的切片從而影響用戶業(yè)務(wù)體驗這一問題，R16對相關(guān)功能和流程進行了增強，支持4G到5G切換中初始選擇的接入管理功能（AMF）可根據(jù)4G/5G融合網(wǎng)關(guān)返回的切片標(biāo)識選擇目標(biāo)切片，實現(xiàn)切片互操作，從而保障了4G/5G互操作場景下的切片業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

1.1.4 位置服務(wù)增強

3GPP在R16階段引入eLCS技術(shù)，對基于R15的LCS架構(gòu)進行優(yōu)化，實現(xiàn)定位功能的去耦合和匯聚，并全面支持服務(wù)化架構(gòu)，提高了定位信令效率，同時支持3GPP接入和非3GPP接入的統(tǒng)一定位，如圖4所示。

圖4 eLCS組網(wǎng)架構(gòu)圖

eLCS通過支持商業(yè)定位流程和定位能力開放，大大提升了定位精度，降低了定位時延，從而滿足了垂直行業(yè)用戶的低時延、高精度定位需求。

相比R15階段，eLCS在位置服務(wù)執(zhí)行過程需要征得用戶許可才可以進行，加強了對用戶隱私的保護。

通過以上一系列對基于R15的LCS架構(gòu)和功能的增強，eLCS將會在不同領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)靈活多樣的5G高精度定位業(yè)務(wù)創(chuàng)新，為物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)用戶帶來安全、效率和商業(yè)等方面的價值。

1.2 5G超高可靠低時延通信

1.2.1 全業(yè)務(wù)場景支持

針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等超高可靠超低時延業(yè)務(wù)對時延和可靠性的超高需求，3GPP在R16階段，提出了面向5G三大應(yīng)用場景之一的uRLLC的增強功能5G-URLLC，該功能包含以下2個關(guān)鍵特性。

a） 第一個特性是面向高可靠業(yè)務(wù)場景的冗余傳輸機制，通過對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)建立冗余傳輸路徑，即相同的數(shù)據(jù)，復(fù)制成2份，分別在2個通道上傳輸，這樣的好處是當(dāng)數(shù)據(jù)在一個通道上丟失時，在另一個通道上也能被傳輸，從而實現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)的高可靠性傳輸。這里的冗余傳輸通道根據(jù)業(yè)務(wù)需求的不同，可以分為2種，一種是從終端到網(wǎng)絡(luò)到業(yè)務(wù)的端到端冗余通道，一種是從基站到核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的N3/N9冗余通道，如圖5所示。相比N3/N9接口冗余傳輸方案，端到端冗余傳輸方案的可靠性要更高一些。

圖5 5G-URLLC冗余傳輸組網(wǎng)架構(gòu)圖

b） 第2個特性是面向低時延業(yè)務(wù)場景的用戶面QoS監(jiān)控，通過從終端到基站到核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的端到端時延測量上報機制，或者基站和核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的分段時延測量上報機制，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)和業(yè)務(wù)側(cè)對當(dāng)前業(yè)務(wù)時延的及時感知，從而根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)需求及時調(diào)整網(wǎng)絡(luò)，比如重選更靠近業(yè)務(wù)側(cè)的核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)以滿足更低時延要求，從而實現(xiàn)對當(dāng)前業(yè)務(wù)QoS的閉環(huán)控制。

1.2.2 5G蜂窩物聯(lián)網(wǎng)

現(xiàn)網(wǎng)中存在大量的中低速物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，例如智能抄表、物流監(jiān)控、智能停車、環(huán)境監(jiān)測等，這些業(yè)務(wù)普遍具有中低速（速率在10Mbps以下）、大連接、低成本、低功耗、廣覆蓋等特點，在4G時代可以通過NB-IoT、eMTC等技術(shù)接入到演進分組核心網(wǎng)（EPC）網(wǎng)絡(luò)，但在當(dāng)前階段尚無法接入到5GC。為了解決這一問題，3GPP在R16階段引入了面向5G mMTC的增強功能5G-CIoT，通過增強5GC功能，實現(xiàn)基于EPC的CIoT特性到5GC的遷移和繼承，從而支持NB-IoT/eMTC終端接入5GC，如圖6所示。

圖6 5G-CIoT組網(wǎng)架構(gòu)圖

在具體技術(shù)方案上，5G-CIoT通過支持不同接入類型之間的移動性、窄帶寬帶同頻段帶內(nèi)部署等增強功能，支持NB-IoT/eMTC基站與下一代無線接入技術(shù)（NR）基站同時接入到5GC；通過支持?jǐn)U展尋呼周期、高延遲通信等增強功能，可以減小終端功耗，增加終端待機時長；通過支持用戶面?zhèn)鬏攦?yōu)化、控制面?zhèn)鬏攦?yōu)化以及非IP數(shù)據(jù)包傳輸?shù)仍鰪姽δ埽梢院喕帕盍鞒?，提高小?shù)據(jù)包的傳輸效率。

總體來說，5G-CIoT在現(xiàn)有5GC架構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過增強5GC網(wǎng)元功能以支持CIoT特性，從而滿足了大量的中低速物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)從5GC接入的需求。

1.3 5G局域網(wǎng)

1.3.1 垂直行業(yè)能力拓展

針對工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)辦公、家居環(huán)境連接企業(yè)內(nèi)網(wǎng)等場景，5G LAN通過支持行業(yè)客戶對終端的群組管理，包括指定組內(nèi)終端使用相同的行業(yè)內(nèi)網(wǎng)IP地址段，將終端動態(tài)加入一個群組或刪除等，支持二層、三層通信模式，以及組內(nèi)終端之間數(shù)據(jù)的直接轉(zhuǎn)發(fā)，使得通過5G接入的終端可以無縫地與行業(yè)內(nèi)網(wǎng)中的終端或業(yè)務(wù)服務(wù)器互通，構(gòu)建行業(yè)專屬的廣域“局域網(wǎng)”，有望代替無線保真（WIFI）網(wǎng)絡(luò)，擴展5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用空間，提升5G網(wǎng)絡(luò)的競爭力，如圖7所示。

圖7 5G-LAN組網(wǎng)架構(gòu)圖

5G-LAN支持以下3種不同的流量轉(zhuǎn)發(fā)模式：

a） 本地交換：若UPF是同一5G虛擬網(wǎng)絡(luò)（5G VN）組不同分組數(shù)據(jù)單元（PDU）會話的共用PDU會話錨點UPF（PSA UPF），則流量由該UPF進行本地轉(zhuǎn)發(fā)。

b） 基于N19接口：5G VN通信的上行/下行（UL/DL）流量通過N19接口在不同PDU會話的PSA UPF之間轉(zhuǎn)發(fā)。

c） 基于N6接口：5G VN通信的UL/DL流量轉(zhuǎn)發(fā)到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（DN）或從DN轉(zhuǎn)發(fā)。

1.3.2 非公共網(wǎng)絡(luò)

針對R15階段出現(xiàn)的無法實現(xiàn)基站級別的用戶區(qū)分，以及用戶可以附著但無法發(fā)起業(yè)務(wù)從而造成資源浪費等問題，3GPP在R16階段提出了基于NPN的5G專網(wǎng)方案，為專網(wǎng)用戶提供基站級用戶接入保障。

圖8 NPN分類示意圖

如圖8所示，3GPP定義了獨立部署NPN（SNPN）和公網(wǎng)集成NPN（PNI-NPN）2種類型的NPN網(wǎng)絡(luò)：

a） SNPN是與運營商5G公網(wǎng)隔離，獨立建設(shè)的從基站到核心網(wǎng)到云平臺的5G專用網(wǎng)絡(luò)，滿足行業(yè)用戶對獨立性、隔離性、安全性方面的特殊要求，屬于5G專網(wǎng)專用架構(gòu)，適合具有專有頻譜或需要高度隔離、隱私保密性高的政企客戶。

b） PNI-NPN是依賴運營商5G公網(wǎng)、基于切片等現(xiàn)有技術(shù)部署的非公共用途的5G專用網(wǎng)絡(luò)，PNI-NPN基于用戶封閉接入組（CAG）劃分和接入限制等增強功能，控制NPN專網(wǎng)只為授權(quán)的行業(yè)用戶服務(wù)，屬于5G公網(wǎng)專用架構(gòu)，適合低隔離度、廣覆蓋的行業(yè)用戶。

1.3.3 時間敏感網(wǎng)絡(luò)

TSN由電氣與電子工程師協(xié)會（IEEE）定義，是基于標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)技術(shù)提供確定性服務(wù)的解決方案，最大的特點就是以確定的時延完成數(shù)據(jù)包的傳輸，從而滿足工業(yè)領(lǐng)域的嚴(yán)苛傳輸要求。

圖9 TSN組網(wǎng)架構(gòu)圖

為滿足TSN業(yè)務(wù)確定性傳輸要求，5G核心網(wǎng)控制面和用戶面需要增強支持與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)互通、精準(zhǔn)時鐘同步、確定性傳輸及調(diào)度等功能。在與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對接時，5G系統(tǒng)作為一個透明的TSN橋集成在TSN系統(tǒng)中，由終端和UPF充當(dāng)入口和出口的TSN轉(zhuǎn)化器，用于TSN系統(tǒng)和5G系統(tǒng)之間用戶面的交互，并通過緩存機制實現(xiàn)在指定時間窗口發(fā)送數(shù)據(jù)流，解決5GC轉(zhuǎn)發(fā)時延不確定的問題，從而滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域無線替代有線、柔性生產(chǎn)線、機器人無線控制等場景下的嚴(yán)苛傳輸業(yè)務(wù)要求，如圖9所示。

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R16核心網(wǎng)關(guān)鍵功能特性引入建議

3GPP R16關(guān)鍵功能特性的引入需要區(qū)分同時面向消費者和面向行業(yè)（2C2B）的通用功能特性以及只面向行業(yè)（2B）的行業(yè)功能特性的不同網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)需求。2C2B的5GC優(yōu)先考慮能夠解決當(dāng)前基于R15的5GC痛點問題和不足的基礎(chǔ)能力增強方面的R16功能特性，2B的5GC優(yōu)先考慮行業(yè)客戶業(yè)務(wù)需求相對比較迫切、端到端產(chǎn)業(yè)鏈相對比較成熟的垂直行業(yè)能力拓展和新業(yè)務(wù)賦能方面的R16功能特性。

2.1 2C2B通用功能特性引入建議

2.1.1 eSBA

5GC引入初期，由于各廠家eSBA產(chǎn)品尚不成熟，筆者建議暫不引入eSBA。5GC規(guī)模商用階段，筆者建議運營商在全國范圍引入SCP優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提升網(wǎng)絡(luò)效率，并通過升級全網(wǎng)NF軟件功能支持eSBA以滿足網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)要求：

a）SCP按照5GC大區(qū)/省設(shè)置，不區(qū)分2B/2C業(yè)務(wù)，每大區(qū)/省部署1對SCP，負(fù)責(zé)全網(wǎng)5GC信令互通。

b）用戶數(shù)據(jù)類接口（例如AMF和統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能（UDM）間的接口）優(yōu)先采用Model D組網(wǎng)，其他接口（例如AMF和SMF間的接口）采用Model C組網(wǎng)或維持現(xiàn)網(wǎng)Model B組網(wǎng)，后續(xù)再演進到Model D。

c）優(yōu)先考慮針對接入類和會話類NF/NFS（例如AMF、SMF）引入NF/NFS Set功能，后續(xù)再根據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)實際需求，考慮對其他NF/NFS引入NF/NFS Set功能。

2.1.2 ETSUN

由于ETSUN直接影響國內(nèi)跨省/大區(qū)漫游業(yè)務(wù)，可以有效解決R15架構(gòu)下用戶在跨區(qū)域移動過程中的SMF改變無法保證業(yè)務(wù)連續(xù)性和歸屬地業(yè)務(wù)無法訪問等痛點問題，筆者建議運營商優(yōu)先引入該功能。

筆者建議運營商通過升級現(xiàn)網(wǎng)SMF/UPF或在邏輯組網(wǎng)架構(gòu)上新增I-SMF和I-UPF網(wǎng)元，從而升級改造現(xiàn)有基于R15的5GC網(wǎng)絡(luò)支持ETSUN功能。

2.1.3 eNS eNS包括絡(luò)切片的4G/5G互操作和網(wǎng)絡(luò)切片二次鑒權(quán)2個功能特性。

網(wǎng)絡(luò)切片的4G/5G互操作功能是基于R15的4G/5G互操作的延續(xù)，僅需要對現(xiàn)有5GC網(wǎng)絡(luò)中的AMF等少量NF進行升級，對網(wǎng)絡(luò)改動較小，為了保證4G/5G互操作場景下的切片業(yè)務(wù)的連續(xù)性，筆者建議運營商優(yōu)先引入該功能。

網(wǎng)絡(luò)切片二次鑒權(quán)功能則因為要實現(xiàn)垂直行業(yè)客戶可控的鑒權(quán)/授權(quán)能力，需要在運營商側(cè)新建NSSAAF，同時還需要在垂直行業(yè)客戶域內(nèi)配置專用于切片二次鑒權(quán)的認(rèn)證、授權(quán)和計費（AAA）服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)切片二次鑒權(quán)功能是否引入需要視垂直行業(yè)客戶對安全性的需求而定，如果客戶需求比較明確且支持部署AAA服務(wù)器，筆者建議運營商引入該功能。

2.1.4 eLCS

筆者建議運營商根據(jù)不同業(yè)務(wù)場景，通過引入位置管理功能（LMF）、網(wǎng)關(guān)移動位置中心（GMLC）并升級現(xiàn)有5GC網(wǎng)絡(luò)功能，分階段分步驟引入eLCS功能特性。

a） 從覆蓋角度，筆者建議優(yōu)先針對室內(nèi)場景引入eLCS，采用純5G定位方案，然后再針對室外場景引入eLCS，采用5G+衛(wèi)星定位方案。

b） 從業(yè)務(wù)功能角度，筆者建議優(yōu)先引入單次定位/周期即時定位功能，然后再引入延時定位功能；優(yōu)先引入網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起的定位功能，然后再引入終端側(cè)發(fā)起的定位功能；優(yōu)先針對2B場景引入eLCS，然后再針對2C場景引入eLCS(例如UE隱私)。

2.2 2B行業(yè)功能特性引入建議

2.2.1 5G-URLLC uRLLC作為5G定義的三大業(yè)務(wù)場景之一，是對業(yè)務(wù)延遲、抖動以及可靠性等性能要求相對嚴(yán)苛的垂直行業(yè)所關(guān)注的重點場景，因此5G-URLLC將會是運營商介入垂直行業(yè)市場所需具備的重要能力，筆者建議運營商應(yīng)在R16引入早期規(guī)劃并部署5G-URLLC。

考慮到端到端產(chǎn)業(yè)鏈成熟度，筆者建議運營商優(yōu)先通過引入端到端QoS監(jiān)控功能，提升業(yè)務(wù)時延的透明度，從而幫助網(wǎng)絡(luò)及時了解業(yè)務(wù)情況并根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)需求進行調(diào)整。后續(xù)隨著終端、無線等端到端產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，筆者建議運營商綜合考慮網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本和垂直行業(yè)用戶業(yè)務(wù)需求，通過引入端到端冗余傳輸和N3/N9接口冗余傳輸功能，滿足車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等垂直行業(yè)的高可靠性要求。

2.2.2 5G-CIoT

5GC引入初期，5G-CIoT端到端產(chǎn)業(yè)鏈尚未成熟，目前窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）等技術(shù)已滿足相當(dāng)部分的CIoT應(yīng)用需求，筆者建議暫不部署5G-CIoT。

5GC規(guī)模商用階段，隨著5G-CIoT端到端產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，筆者建議運營商優(yōu)先對齊NB-IoT已經(jīng)商用功能，對5GC網(wǎng)絡(luò)功能進行升級，支持控制面優(yōu)化、用戶面優(yōu)化、低功耗優(yōu)化、高延遲通信、過載控制等功能，以支持NB-IoT終端接入，開展5G-CIoT業(yè)務(wù)。

對于增強機器類通信（eMTC）功能，由于3GPP協(xié)議要求該功能只能在Option 5/7上進行（國內(nèi)運營商目前采用Option 2/3），運營商需要將現(xiàn)網(wǎng)LTE設(shè)備升級為增強LTE（eLTE）設(shè)備才能支持該功能，部署難度較高，筆者建議運營商前期暫不部署該功能，后續(xù)視網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)發(fā)展再決定是否部署。

2.2.3 5G-LAN

目前5G-LAN的3GPP標(biāo)準(zhǔn)正在逐步完善中，例如組播、跨SMF的5G-LAN部署以及異廠商互通等相關(guān)功能正在定義完善。筆者建議運營商根據(jù)已有的業(yè)務(wù)場景，分階段分步驟引入5G-LAN功能：先引入單SMF單UPF場景下的本地轉(zhuǎn)發(fā)功能，包括單UPF內(nèi)UE間互通、UE-DN側(cè)互通，覆蓋單播和廣播功能；再引入單SMF多UPF場景下基于N19接口的跨UPF數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；最后再根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)成熟度和實際業(yè)務(wù)需求，考慮多SMF場景下的5G-LAN引入。

考慮到工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)業(yè)務(wù)需求和產(chǎn)業(yè)鏈成熟度，筆者建議運營商優(yōu)先引入二層局域網(wǎng)（L2 LAN）功能，后續(xù)再根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求和產(chǎn)業(yè)鏈成熟度，引入三層局域網(wǎng)（L3 LAN）功能。

2.2.4 NPN

筆者建議運營商在5GC分別針對不同隔離度、不同覆蓋和不同安全需求的垂直行業(yè)客戶，引入不同的NPN功能特性，保障垂直行業(yè)客戶資源獨享，為客戶提供差異化的服務(wù)。

a） 針對低隔離度、廣覆蓋的專網(wǎng)業(yè)務(wù)，例如互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)等，采用無線網(wǎng)和核心網(wǎng)完全共享（端到端網(wǎng)絡(luò)切片、公網(wǎng)和專網(wǎng)使用2個不同的切片）的PNI-NPN建網(wǎng)模式。

b） 針對中等隔離度、需要專網(wǎng)覆蓋的專網(wǎng)業(yè)務(wù)，例如醫(yī)院、學(xué)校等，采用專網(wǎng)獨立部署核心網(wǎng)用戶面設(shè)備、專網(wǎng)和公網(wǎng)共享無線基站及核心網(wǎng)控制面設(shè)備的PNI-NPN建網(wǎng)模式。

c） 針對高度隔離、隱私保密性高、安全要求高、需要專網(wǎng)覆蓋的專網(wǎng)業(yè)務(wù)，例如鐵路、政務(wù)等，綜合考慮國家對5G行業(yè)專用頻率的分配情況、標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)業(yè)鏈成熟度、實際業(yè)務(wù)需求以及運營商專網(wǎng)建設(shè)運營模式等多方面因素，采用基于獨立頻段的SNPN建網(wǎng)模式。

2.2.5 TSN TSN作為面向工業(yè)場景的重要功能特性，其部署需要包含終端、無線、核心網(wǎng)在內(nèi)的端到端網(wǎng)絡(luò)支持，同時5GC網(wǎng)絡(luò)需要與TSN工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進行交互，目前的產(chǎn)業(yè)鏈并不成熟，短時間內(nèi)也不具備產(chǎn)業(yè)生態(tài)。

筆者建議產(chǎn)業(yè)鏈各方加快TSN相關(guān)研究工作的布局和相關(guān)產(chǎn)品的研發(fā)，并在得到業(yè)界規(guī)模驗證后，再考慮引入到現(xiàn)有5GC網(wǎng)絡(luò)。

3

面向R16的5GC演進總體思路及策略建議

在上述研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合5GC網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)實際現(xiàn)狀和未來發(fā)展需求，以及端到端產(chǎn)業(yè)鏈成熟度，本文給出了滿足5GC的3個不同發(fā)展階段的面向R16的5GC演進總體思路及策略建議。

3.1 R16核心網(wǎng)引入第1階段

在R16核心網(wǎng)引入初期，筆者建議運營商在該階段重點針對5GC系統(tǒng)架構(gòu)增強和基礎(chǔ)功能增強，例如僅需核心網(wǎng)側(cè)改造或終端/無線端到端改造較小、成熟度較高的功能特性，優(yōu)先引入ETSUN、eNS（切片互操作）、eSBA等R16功能特性，對R15核心網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)和功能進行增強，解決跨大區(qū)/省漫游、網(wǎng)絡(luò)切片4G/5G互操作等5GC網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)痛點問題。

a） ETSUN：升級現(xiàn)有5GC中的SMF/UPF，在邏輯組網(wǎng)架構(gòu)上新增I-SMF/I-UPF網(wǎng)元，并通過升級現(xiàn)有5GC中的AMF和網(wǎng)絡(luò)功能庫功能（NRF）支持服務(wù)發(fā)現(xiàn)和選擇I-SMF的功能，從而解決用戶跨大區(qū)/省漫游時的業(yè)務(wù)連續(xù)性問題和回歸屬業(yè)務(wù)訪問問題。

b） eNS（切片互操作）：升級現(xiàn)有5GC中的AMF功能，支持在4G到5G切換時根據(jù)4G/5G融合網(wǎng)關(guān)返回的切片標(biāo)識選擇目標(biāo)切片，從而解決切片用戶在4G/5G互操作時的業(yè)務(wù)連續(xù)新性問題。

c） eSBA：在現(xiàn)有5GC架構(gòu)中引入SCP，將原有的直接通信模式升級為間接通信模式，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提升網(wǎng)絡(luò)效率，并按需升級現(xiàn)有5GC中的NF支持NF/NFS Set以滿足這部分NF的網(wǎng)絡(luò)容災(zāi)要求。

3.2 R16核心網(wǎng)引入第2階段

隨著5GC網(wǎng)絡(luò)的逐步規(guī)模商用以及R16端到端產(chǎn)業(yè)鏈的逐步成熟，筆者建議運營商在該階段重點考慮通過引入R16功能特性對垂直行業(yè)進行能力拓展和5G新業(yè)務(wù)賦能。2C重點針對高精度定位等業(yè)務(wù)需求，引入eLCS等R16功能特性，提升用戶的業(yè)務(wù)體驗。2B重點關(guān)注工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、企業(yè)專網(wǎng)、云辦公等業(yè)務(wù)場景，引入5G-LAN、PNI-NPN、5G-URLLC、eLCS、eNS（切片二次鑒權(quán)）等R16功能特性，滿足垂直行業(yè)多樣化差異化的業(yè)務(wù)需求。

a）5G-LAN：升級5GC中的UDM/網(wǎng)絡(luò)能力開放功能（NEF）支持動態(tài)VN組管理，同時升級5GC中的SMF/UPF以支持本地交換、跨UPF通信、DN轉(zhuǎn)發(fā)3種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模式，從而通過5G解決垂直行業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)UE和UE之間的點對點、點對多點通信問題。

b）PNI-NPN：升級5GC中的AMF/UDM支持基于CAG的接入控制、網(wǎng)絡(luò)選擇和移動性管理，從而實現(xiàn)通過PNI-NPN方式保障垂直行業(yè)客戶資源獨享。

c）5G-URLLC：升級5GC中的SMF/UPF/UDM/策略控制功能（PCF）/ NEF支持QoS監(jiān)控實現(xiàn)業(yè)務(wù)時延的感知，同時升級AMF/SMF/UPF/UDM支持N3/N9接口冗余傳輸和端到端冗余傳輸實現(xiàn)2B業(yè)務(wù)的高可靠性。

d）eLCS：在5GC架構(gòu)中引入LMF、GMLC，并升級5GC網(wǎng)絡(luò)的AMF/UDM/NRF/NEF支持基于3GPP接入的控制面定位、定位能力開放、用戶隱私保護等功能，從而滿足2B2C用戶的高精度低延時定位需求。

e）eNS（切片二次鑒權(quán)）：在5GC架構(gòu)中引入NSSAAF，支持針對切片的二次鑒權(quán)，同時在垂直行業(yè)客戶域內(nèi)配置專用于切片二次鑒權(quán)的AAA服務(wù)器，從而實現(xiàn)垂直行業(yè)客戶對用戶訪問權(quán)限的自主靈活控制，滿足高安全性要求。

3.3 R16核心網(wǎng)引入第3階段

隨著業(yè)務(wù)需求逐漸明確、標(biāo)準(zhǔn)不斷完善以及產(chǎn)業(yè)生態(tài)逐步成熟，筆者建議運營商在該階段重點關(guān)注中低速物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、行業(yè)獨立專網(wǎng)等需求不明確、標(biāo)準(zhǔn)不完善或端到端實現(xiàn)復(fù)雜的R16應(yīng)用場景，引入5G-CIoT、TSN、SNPN等R16功能特性，結(jié)合實際網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)需求、標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)成熟度、端到端產(chǎn)業(yè)鏈商用進程以及運營商數(shù)字化轉(zhuǎn)型程度，按需部署。

a）5G-CIoT：升級5GC中的AMF/SMF/UPF/UDM/PCF支持用戶面/控制面?zhèn)鬏攦?yōu)化、擴展尋呼周期、高延遲通信、不同接入類型之間的移動性等功能，實現(xiàn)基于EPC的物聯(lián)網(wǎng)特性到5GC的遷移和適配，從而支持NB-IoT/eMTC終端接入5GC。

b）TSN：升級5GC中的AMF/SMF/UPF/PCF支持TSN管理、時鐘同步、QoS映射、確定性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對接，并滿足工業(yè)領(lǐng)域的嚴(yán)苛傳輸要求。

c）SNPN：在5GC架構(gòu)中引入非3GPP互通功能（N3IWF），支持運營商公網(wǎng)與行業(yè)SNPN專網(wǎng)的互通，并升級5GC中的AMF/UDM支持基于網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識（NID）的接入控制、網(wǎng)絡(luò)選擇和移動性管理，從而滿足行業(yè)用戶對獨立性、隔離性、安全性的超高要求。

4

結(jié)束語

3GPP R16是5GC標(biāo)準(zhǔn)的第2個版本，在3GPP R15的基礎(chǔ)上，從基礎(chǔ)能力增強、全業(yè)務(wù)場景支持、垂直行業(yè)能力拓展這三大方向，對5GC能力進行了全面增強。R16是5GC“成年”的標(biāo)志版本，也將成為未來運營商5GC商用建設(shè)的主流版本。本文分析了5GC的R16關(guān)鍵增強功能特性，給出了R16核心網(wǎng)關(guān)鍵功能特性的引入建議，并在最后給出了滿足5GC不同發(fā)展階段需求的面向R16的5GC演進總體思路及策略建議。

▍ 參考文獻：

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[8] 吳瓊，馬瑞濤，5G專網(wǎng)技術(shù)演進分析［J］. 郵電設(shè)計技術(shù)，2020（9）：66-69.

▍作者簡介：

穆佳，畢業(yè)于北京理工大學(xué)，高級工程師，碩士，主要從事移動核心網(wǎng)新技術(shù)研究工作；馬瑞濤，畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，高級工程師，碩士，主要從事網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)研究及新技術(shù)跟蹤研究工作；任馳，畢業(yè)于北京郵電大學(xué)，工程師，學(xué)士，主要從事移動核心網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)的研究及標(biāo)準(zhǔn)化工作；陳婉珺，畢業(yè)于華中科技大學(xué)，高級工程師，碩士，主要從事移動核心網(wǎng)新技術(shù)研究工作。