向 5G 核心网演进

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关于最新的 5G 核心网,人们可能会有这样的疑问:它到底有哪些新功能?又有哪些功能保持不变?

与前几代移动网络一样,5G 核心网使设备能够访问各种服务,并为服务提供商提供必要的功能,以便其进行身份验证、授权和管理自己的客户。 

但在扩展功能方面,5G(第五代)核心网架构比前几代更强。这是利用基于服务的架构(SBA)而构建的软件定义型架构,允许 5G 核心网进行分解,并具有云原生和分布式等特性。 

5G 核心网有着诸多优势,其中之一是网络功能可以部署到最优的位置上,以确保最大的效率、最高的性能和最低的延迟,从而提供尽可能最出色的体验。5G 核心网转型只是整个电信业务转型的一部分。电信企业的网络不再被视为一种用来交付服务的连接管道,而是一个提供各种变现机会的服务平台。 

移动网络的代次是按照所用的技术、数据传输速度和网络延迟等因素来定义的。

第一代网络推出了基本的无线语音通话。第二代推出了短信服务(SMS)和彩信服务(MMS),第三代则将数据传输速度从 200 千比特每秒(kps)大幅提高到 40 兆比特每秒(Mbps)。第四代引入了新的功能,同时让数据速度翻了一倍多,达到 100Mbps。第五代网络将能实现 10 千兆比特每秒(Gbps)的速度。

 

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5G 网络将带来更快的速度和更优的即时性,与实时性相差无几。与 4G 相比,5G 的一个关键区别是能够达到每平方公里支持多达 100 万个连接。这种密度是支持智慧城市、智能家居、自动驾驶汽车和不断发展的物联网所必需的。消费者和企业对网络的期望在不断变化,这也提高了对 4G 网络功能的要求。最新一代技术同时带来了许多需求和机遇,因此许多电信服务提供商都开始从 4G 向 5G 核心网过渡。

以下三个受 5G 支持的用例类别凸显了 5G 与前几代的区别:

 

增强型移动宽带(eMBB):

5G 有更高的带宽分配和吞吐量,可以增强多媒体体验。

超可靠低延迟通信(uRLLC)

5G 能够满足垂直行业的任务关键型和延迟不容忍型应用对亚毫秒级延迟的要求。

大规模机器类通信(mMTC)

5G 可为大量设备提供经济高效且稳定可靠的连接,不会造成网络过载。

5G 能为各行各业带来巨大的新商机。其中包括:

汽车

预测性维护、自动驾驶共享出行和驾驶辅助

能源

预测性基础设施维护、电网运行和储备,以及智能计量

金融服务

交易、个人财务规划、欺诈检测和客户运营

医疗卫生

增强诊断和影像分析、疫情早期预警

制造业

工艺改正和优化、按需生产

零售和消费者

个性化生产、需求预测和分析,以及商品配送

电信、媒体和娱乐

网络维护和优化、自学习式安全防护、神经网络和个性化内容

运输业和物流

自动卡车运输和配送、交通流量管理

第三代合作伙伴计划(3GPP)阐述了服务提供商向 5G 核心网过渡的许多选项。选项一是当前仍然使用 4G 网络的服务提供商的状态。

 

选项一

使用独立的演进分组核心网(EPC)作为核心网络组件,同时与长期演进(LTE)无线接入网络配合使用,作为从 4G 向 5G 过渡的起点。

选项二

使用全新的独立 5G 核心网,与 5G 新无线网络配合。这一选项适合新网络实施(称为绿地服务提供商)以及已拥有 4G 网络的提供商(称为棕地服务提供商)。

选项三

保留 EPC 和 LTE 网络,并添加 5G 新型无线网络技术。 

选项四

将现有 LTE 网络升级为增强型 LTE(eLTE),并引入 5G 核心网以及 5G 新型无线技术,逐步过渡。eLTE 网络是用户面的一部分(作为 5G 网络的扩展部分),但不参与到控制面中。

选项五

将现有网络升级为 eLTE,并添加新的 5G 核心网。

选项七(注:没有选项六)

将现有 LTE 网络升级为 eLTE,并引入 5G 核心网以及 5G 新型无线网络技术。这种架构与选项四类似,但此选项中,eLTE 网络也是控制面的一部分。 

 

 

向 5G 过渡的多种途径

 

 

 

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其中,选项一、二和五组成了“独立”的选项组,当中只有一个无线接入网络。这是人们认为的理想方案。不过,大多数服务提供商往往最初选择的都是非独立场景,以便能保留现有的投资,并降低新网络基础设施上新支出所占的比例。选项二是端到端 5G 网络的理想结果。 

 

5G 核心网具有基于服务的体系架构,其中正交的功能可以进行独立扩展,而 EPC 的功能模块有重叠的责任,而且以点对点架构为基础。5G 核心网将消息总线概念用于控制面交互,可以简化新功能的集成。它可以实施表述性状态传递(REST)应用编程接口(API),这种接口使用超文本传输协议(HTTP/2)查询来实现高度灵活性。 

5G 核心网应当是云原生的,具有可分布性、可扩展性和敏捷性,而 4G 核心网无法提供与 5G 核心网相同的服务。基于容器的云原生网络最适合实现 5G 愿景。在 5G 核心网中采用云原生方法,就要对现有应用进行重构,并利用基于容器的技术将新的核心网应用设计成一系列微服务

借助容器技术,构成 5G 核心网应用的微服务就可以打包成容器,里面包含运行所需的一切,包括各种库和特定于应用的依赖项,全部都在封装在专用且独立的空间内。这样一来,单个组件或微服务发生故障,也不会导致整个 5G 核心网应用出现故障。以这种方式构建的话,5G 核心网应用在容错性、可扩展性和对底层云资源的使用等方面就更具有可预测性。 

在开源合作伙伴支持下构建 5G 核心网

有效的 5G 核心网多供应商解决方案依靠一个云原生应用平台,将各种工具、技术和工作负载结合在一起。开源的应用平台可以支持任意位置、任意占用量的任何工作负载,让服务提供商能够灵活地构建合适的解决方案。

红帽提供的云原生应用平台可以部署到任何环境中、任何位置上,让您拥有所需的灵活性、安全性和出色性能,在一个网络中部署多个 5G 功能。

红帽® OpenShift® 是一个安全至上且稳定可靠的电信级 Kubernetes 平台,提供跨基础架构的通用管理功能和工具。这能让服务提供商放心地全面采用混合云和多云战略,获取竞争优势,满足客户对更快创新的期望。

服务提供商可以使用红帽® Ansible® 自动化平台来简化网络的端到端管理,还可使用红帽 Kubernetes 高级集群管理来进行扩展。借助红帽 OpenShift 数据基础,服务提供商还可以利用持久存储来帮助系统保持最佳运行状态。 

红帽的 5G 产品结合了成熟可靠的参考架构,支持预集成和认证的 5G 应用。电信服务提供商可以从广泛的合作伙伴生态系统中自由挑选,并获得红帽提供的增强型服务级别协议和咨询服务,从而更快地部署,在 5G 时代取得制胜优势。

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