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摘要：3GPP R16在R15的基礎(chǔ)上，從基礎(chǔ)能力增強(qiáng)、全業(yè)務(wù)場(chǎng)景支持、垂直行業(yè)能力拓展3個(gè)方面，對(duì)5G核心網(wǎng)能力進(jìn)行了全面增強(qiáng)，運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有基于R15的5G核心網(wǎng)將面臨R16增強(qiáng)特性引入的重大挑戰(zhàn)。分析了5G核心網(wǎng)R16關(guān)鍵增強(qiáng)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(jìn)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(guó)際通信標(biāo)準(zhǔn)組織，第三代合作伙伴計(jì)劃（3GPP）在5G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定及5G商業(yè)化的推進(jìn)過(guò)程中功不可沒(méi)。針對(duì)5G標(biāo)準(zhǔn)，3GPP目前已經(jīng)完成了R15和R16 2個(gè)版本的制定。

R15是5G標(biāo)準(zhǔn)的第1個(gè)版本，于2018年9月凍結(jié)，是目前全球運(yùn)營(yíng)商5G建網(wǎng)廣泛采用的基礎(chǔ)版本，定義了非獨(dú)立組網(wǎng)（NSA）和獨(dú)立組網(wǎng)（SA）2個(gè)階段，支持增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）和部分超高可靠低時(shí)延通信（uRLLC）功能特性，滿足市場(chǎng)最緊急的應(yīng)用需求。

2020年7月，3GPP針對(duì)5G標(biāo)準(zhǔn)的第2個(gè)增強(qiáng)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(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）明確的5G三大應(yīng)用場(chǎng)景的eMBB、uRLLC、海量機(jī)器類通信（mMTC）全業(yè)務(wù)場(chǎng)景，并特別針對(duì)垂直行業(yè)的需求進(jìn)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(lái)運(yùn)營(yíng)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(lái)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(qiáng)能力引進(jìn)的雙重挑戰(zhàn)，運(yùn)營(yíng)商亟需開展面向R16的5GC演進(jìn)策略研究，為5GC網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃建設(shè)和平滑演進(jìn)提供技術(shù)參考。

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5G核心網(wǎng)R16關(guān)鍵增強(qiáng)功能特性

針對(duì)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(qiáng)、全業(yè)務(wù)場(chǎng)景支持、垂直行業(yè)能力拓展這三大方向，推動(dòng)5GC走向成熟和完善?；A(chǔ)能力增強(qiáng)指針對(duì)R15的不足，對(duì)基于R15的5GC架構(gòu)和功能進(jìn)行增強(qiáng)，包括服務(wù)化架構(gòu)增強(qiáng)（eSBA）、會(huì)話管理功能（SMF）/用戶平面功能（UPF）拓?fù)浼軜?gòu)增強(qiáng)（ETSUN）、網(wǎng)絡(luò)切片增強(qiáng)（eNS）、位置服務(wù)增強(qiáng)（eLCS）等關(guān)鍵功能；全業(yè)務(wù)場(chǎng)景支持指通過(guò)引入5G超高可靠低時(shí)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(duì)eMBB、uRLLC、mMTC三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景的支持；垂直行業(yè)拓展指通過(guò)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(lái)滿足垂直行業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的多樣化需求。

1.1 服務(wù)化架構(gòu)增強(qiáng)

1.1.1 基礎(chǔ)能力增強(qiáng)

相比R15標(biāo)準(zhǔn)定義的服務(wù)化架構(gòu)（SBA），eSBA通過(guò)引入一個(gè)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(jìn)行信令交互的直接通信模式升級(jí)為NF和NF之間串接一個(gè)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(gè)5GC NF統(tǒng)一與SCP對(duì)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(gè)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(yùn)營(yíng)效率，降低了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本，保證了網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性和易維護(hù)性。

圖1 eSBA架構(gòu)的通信模型

同時(shí)，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(gè)集內(nèi)會(huì)有多個(gè)同類型的NF或多個(gè)同類型的NFS，這多個(gè)NF或多個(gè)NFS共享狀態(tài)上下文數(shù)據(jù)，當(dāng)某個(gè)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(wú)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(huì)話管理功能及用戶平面功能拓?fù)湓鰪?qiáng)

在基于R15的5GC標(biāo)準(zhǔn)方案中，核心網(wǎng)的會(huì)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(duì)接，因此就會(huì)出現(xiàn)以下問(wèn)題：一方面，當(dāng)用戶跨SMF服務(wù)區(qū)移動(dòng)時(shí)，業(yè)務(wù)會(huì)中斷，這會(huì)極大影響用戶的業(yè)務(wù)體驗(yàn)；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(méi)法通過(guò)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(duì)這些問(wèn)題，3GPP在R16階段對(duì)SMF/UPF拓?fù)溥M(jìn)行了增強(qiáng)，在5GC架構(gòu)中引入了一個(gè)中間SMF（I-SMF），如圖2所示。一方面通過(guò)I-SMF與錨點(diǎn)SMF連接，解決用戶在跨區(qū)域移動(dòng)過(guò)程中的SMF改變問(wèn)題，保證用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)性；另一方面通過(guò)I-SMF與歸屬地SMF連接，解決歸屬地業(yè)務(wù)無(wú)法訪問(wèn)的問(wèn)題，保證漫游用戶對(duì)歸屬地行業(yè)業(yè)務(wù)的正常訪問(wèn)。

1.1.3 網(wǎng)絡(luò)切片增強(qiáng)

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(gè)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(shí)，在網(wǎng)絡(luò)側(cè)完成對(duì)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(duì)用戶的二次認(rèn)證鑒權(quán)和授權(quán)，從而實(shí)現(xiàn)垂直行業(yè)客戶對(duì)用戶訪問(wèn)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(shí)，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(shí)導(dǎo)致用戶在從4G切換到5G的過(guò)程中網(wǎng)絡(luò)無(wú)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(yàn)這一問(wèn)題，R16對(duì)相關(guān)功能和流程進(jìn)行了增強(qiáng)，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(shí)選擇目標(biāo)切片，實(shí)現(xiàn)切片互操作，從而保障了4G/5G互操作場(chǎng)景下的切片業(yè)務(wù)的連續(xù)性。

1.1.4 位置服務(wù)增強(qiáng)

3GPP在R16階段引入eLCS技術(shù)，對(duì)基于R15的LCS架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)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(shí)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(guò)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(shí)延，從而滿足了垂直行業(yè)用戶的低時(shí)延、高精度定位需求。

相比R15階段，eLCS在位置服務(wù)執(zhí)行過(guò)程需要征得用戶許可才可以進(jìn)行，加強(qiáng)了對(duì)用戶隱私的保護(hù)。

通過(guò)以上一系列對(duì)基于R15的LCS架構(gòu)和功能的增強(qiáng)，eLCS將會(huì)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(lái)安全、效率和商業(yè)等方面的價(jià)值。

1.2 5G超高可靠低時(shí)延通信

1.2.1 全業(yè)務(wù)場(chǎng)景支持

針對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等超高可靠超低時(shí)延業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)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(chǎng)景之一的uRLLC的增強(qiáng)功能5G-URLLC，該功能包含以下2個(gè)關(guān)鍵特性。

a） 第一個(gè)特性是面向高可靠業(yè)務(wù)場(chǎng)景的冗余傳輸機(jī)制，通過(guò)對(duì)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(gè)通道上傳輸，這樣的好處是當(dāng)數(shù)據(jù)在一個(gè)通道上丟失時(shí)，在另一個(gè)通道上也能被傳輸，從而實(shí)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(gè)特性是面向低時(shí)延業(yè)務(wù)場(chǎng)景的用戶面QoS監(jiān)控，通過(guò)從終端到基站到核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的端到端時(shí)延測(cè)量上報(bào)機(jī)制，或者基站和核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的分段時(shí)延測(cè)量上報(bào)機(jī)制，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)和業(yè)務(wù)側(cè)對(duì)當(dāng)前業(yè)務(wù)時(shí)延的及時(shí)感知，從而根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)需求及時(shí)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(shí)延要求，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)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(diǎn)，在4G時(shí)代可以通過(guò)NB-IoT、eMTC等技術(shù)接入到演進(jìn)分組核心網(wǎng)（EPC）網(wǎng)絡(luò)，但在當(dāng)前階段尚無(wú)法接入到5GC。為了解決這一問(wèn)題，3GPP在R16階段引入了面向5G mMTC的增強(qiáng)功能5G-CIoT，通過(guò)增強(qiáng)5GC功能，實(shí)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(guò)支持不同接入類型之間的移動(dòng)性、窄帶寬帶同頻段帶內(nèi)部署等增強(qiáng)功能，支持NB-IoT/eMTC基站與下一代無(wú)線接入技術(shù)（NR）基站同時(shí)接入到5GC；通過(guò)支持?jǐn)U展尋呼周期、高延遲通信等增強(qiáng)功能，可以減小終端功耗，增加終端待機(jī)時(shí)長(zhǎng)；通過(guò)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?qiáng)功能，可以簡(jiǎn)化信令流程，提高小數(shù)據(jù)包的傳輸效率。

總體來(lái)說(shuō)，5G-CIoT在現(xiàn)有5GC架構(gòu)的基礎(chǔ)上，通過(guò)增強(qiáng)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(duì)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(chǎng)景，5G LAN通過(guò)支持行業(yè)客戶對(duì)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(dòng)態(tài)加入一個(gè)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(guò)5G接入的終端可以無(wú)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(wú)線保真（WIFI）網(wǎng)絡(luò)，擴(kuò)展5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用空間，提升5G網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)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(huì)話的共用PDU會(huì)話錨點(diǎn)UPF（PSA UPF），則流量由該UPF進(jìn)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(guò)N19接口在不同PDU會(huì)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(duì)R15階段出現(xiàn)的無(wú)法實(shí)現(xiàn)基站級(jí)別的用戶區(qū)分，以及用戶可以附著但無(wú)法發(fā)起業(yè)務(wù)從而造成資源浪費(fèi)等問(wèn)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(jí)用戶接入保障。

圖8 NPN分類示意圖

如圖8所示，3GPP定義了獨(dú)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(yùn)營(yíng)商5G公網(wǎng)隔離，獨(dú)立建設(shè)的從基站到核心網(wǎng)到云平臺(tái)的5G專用網(wǎng)絡(luò)，滿足行業(yè)用戶對(duì)獨(dú)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(yùn)營(yíng)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(qiáng)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(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)

TSN由電氣與電子工程師協(xié)會(huì)（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(diǎn)就是以確定的時(shí)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(qiáng)支持與工業(yè)網(wǎng)絡(luò)互通、精準(zhǔn)時(shí)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(duì)接時(shí)，5G系統(tǒng)作為一個(gè)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(guò)緩存機(jī)制實(shí)現(xiàn)在指定時(shí)間窗口發(fā)送數(shù)據(jù)流，解決5GC轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延不確定的問(wèn)題，從而滿足工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域無(wú)線替代有線、柔性生產(chǎn)線、機(jī)器人無(wú)線控制等場(chǎng)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(shí)面向消費(fèi)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(diǎn)問(wèn)題和不足的基礎(chǔ)能力增強(qiáng)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(duì)比較迫切、端到端產(chǎn)業(yè)鏈相對(duì)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(yùn)營(yíng)商在全國(guó)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(guò)升級(jí)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(duì)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(jìn)到Model D。

c）優(yōu)先考慮針對(duì)接入類和會(huì)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(shí)際需求，考慮對(duì)其他NF/NFS引入NF/NFS Set功能。

2.1.2 ETSUN

由于ETSUN直接影響國(guó)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(dòng)過(guò)程中的SMF改變無(wú)法保證業(yè)務(wù)連續(xù)性和歸屬地業(yè)務(wù)無(wú)法訪問(wèn)等痛點(diǎn)問(wèn)題，筆者建議運(yùn)營(yíng)商優(yōu)先引入該功能。

筆者建議運(yùn)營(yíng)商通過(guò)升級(jí)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(jí)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(gè)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(duì)現(xiàn)有5GC網(wǎng)絡(luò)中的AMF等少量NF進(jìn)行升級(jí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)改動(dòng)較小，為了保證4G/5G互操作場(chǎng)景下的切片業(yè)務(wù)的連續(xù)性，筆者建議運(yùn)營(yíng)商優(yōu)先引入該功能。

網(wǎng)絡(luò)切片二次鑒權(quán)功能則因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)垂直行業(yè)客戶可控的鑒權(quán)/授權(quán)能力，需要在運(yùn)營(yíng)商側(cè)新建NSSAAF，同時(shí)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(jì)費(fèi)（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(duì)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(yùn)營(yíng)商引入該功能。

2.1.4 eLCS

筆者建議運(yùn)營(yíng)商根據(jù)不同業(yè)務(wù)場(chǎng)景，通過(guò)引入位置管理功能（LMF）、網(wǎng)關(guān)移動(dòng)位置中心（GMLC）并升級(jí)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(duì)室內(nèi)場(chǎng)景引入eLCS，采用純5G定位方案，然后再針對(duì)室外場(chǎng)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(shí)定位功能，然后再引入延時(shí)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(duì)2B場(chǎng)景引入eLCS，然后再針對(duì)2C場(chǎng)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(chǎng)景之一，是對(duì)業(yè)務(wù)延遲、抖動(dòng)以及可靠性等性能要求相對(duì)嚴(yán)苛的垂直行業(yè)所關(guān)注的重點(diǎn)場(chǎng)景，因此5G-URLLC將會(huì)是運(yùn)營(yíng)商介入垂直行業(yè)市場(chǎng)所需具備的重要能力，筆者建議運(yùn)營(yíng)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(yùn)營(yíng)商優(yōu)先通過(guò)引入端到端QoS監(jiān)控功能，提升業(yè)務(wù)時(shí)延的透明度，從而幫助網(wǎng)絡(luò)及時(shí)了解業(yè)務(wù)情況并根據(jù)當(dāng)前業(yè)務(wù)需求進(jìn)行調(diào)整。后續(xù)隨著終端、無(wú)線等端到端產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，筆者建議運(yùn)營(yíng)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(guò)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(yùn)營(yíng)商優(yōu)先對(duì)齊NB-IoT已經(jīng)商用功能，對(duì)5GC網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行升級(jí)，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(guò)載控制等功能，以支持NB-IoT終端接入，開展5G-CIoT業(yè)務(wù)。

對(duì)于增強(qiáng)機(jī)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(jìn)行（國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商目前采用Option 2/3），運(yùn)營(yíng)商需要將現(xiàn)網(wǎng)LTE設(shè)備升級(jí)為增強(qiáng)LTE（eLTE）設(shè)備才能支持該功能，部署難度較高，筆者建議運(yùn)營(yíng)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?zèng)Q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(yùn)營(yíng)商根據(jù)已有的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，分階段分步驟引入5G-LAN功能：先引入單SMF單UPF場(chǎng)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(chǎng)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(shí)際業(yè)務(wù)需求，考慮多SMF場(chǎng)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(yùn)營(yíng)商優(yōu)先引入二層局域網(wǎng)（L2 LAN）功能，后續(xù)再根據(jù)實(shí)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(yùn)營(yíng)商在5GC分別針對(duì)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(dú)享，為客戶提供差異化的服務(wù)。

a） 針對(duì)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(wú)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(gè)不同的切片）的PNI-NPN建網(wǎng)模式。

b） 針對(duì)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(dú)立部署核心網(wǎng)用戶面設(shè)備、專網(wǎng)和公網(wǎng)共享無(wú)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(duì)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(guó)家對(duì)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(shí)際業(yè)務(wù)需求以及運(yùn)營(yíng)商專網(wǎng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式等多方面因素，采用基于獨(dú)立頻段的SNPN建網(wǎng)模式。

2.2.5 TSN TSN作為面向工業(yè)場(chǎng)景的重要功能特性，其部署需要包含終端、無(wú)線、核心網(wǎng)在內(nèi)的端到端網(wǎng)絡(luò)支持，同時(shí)5GC網(wǎng)絡(luò)需要與TSN工業(yè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行交互，目前的產(chǎn)業(yè)鏈并不成熟，短時(shí)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(yàn)證后，再考慮引入到現(xiàn)有5GC網(wǎng)絡(luò)。

3

面向R16的5GC演進(jìn)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(shí)際現(xiàn)狀和未來(lái)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(gè)不同發(fā)展階段的面向R16的5GC演進(jìn)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(yùn)營(yíng)商在該階段重點(diǎn)針對(duì)5GC系統(tǒng)架構(gòu)增強(qiáng)和基礎(chǔ)功能增強(qiáng)，例如僅需核心網(wǎng)側(cè)改造或終端/無(wú)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(duì)R15核心網(wǎng)基礎(chǔ)架構(gòu)和功能進(jìn)行增強(qiáng)，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(diǎn)問(wèn)題。

a） ETSUN：升級(jí)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(guò)升級(jí)現(xiàn)有5GC中的AMF和網(wǎng)絡(luò)功能庫(kù)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(shí)的業(yè)務(wù)連續(xù)性問(wèn)題和回歸屬業(yè)務(wù)訪問(wèn)問(wèn)題。

b） eNS（切片互操作）：升級(jí)現(xiàn)有5GC中的AMF功能，支持在4G到5G切換時(shí)根據(jù)4G/5G融合網(wǎng)關(guān)返回的切片標(biāo)識(shí)選擇目標(biāo)切片，從而解決切片用戶在4G/5G互操作時(shí)的業(yè)務(wù)連續(xù)新性問(wèn)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(jí)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(jí)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(yùn)營(yíng)商在該階段重點(diǎn)考慮通過(guò)引入R16功能特性對(duì)垂直行業(yè)進(jìn)行能力拓展和5G新業(yè)務(wù)賦能。2C重點(diǎn)針對(duì)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(yàn)。2B重點(diǎn)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(chǎng)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(jí)5GC中的UDM/網(wǎng)絡(luò)能力開放功能（NEF）支持動(dòng)態(tài)VN組管理，同時(shí)升級(jí)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(guò)5G解決垂直行業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)UE和UE之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信問(wèn)題。

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

c）5G-URLLC：升級(jí)5GC中的SMF/UPF/UDM/策略控制功能（PCF）/ NEF支持QoS監(jiān)控實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)時(shí)延的感知，同時(shí)升級(jí)AMF/SMF/UPF/UDM支持N3/N9接口冗余傳輸和端到端冗余傳輸實(shí)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(jí)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(hù)等功能，從而滿足2B2C用戶的高精度低延時(shí)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(duì)切片的二次鑒權(quán)，同時(shí)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(shí)現(xiàn)垂直行業(yè)客戶對(duì)用戶訪問(wèn)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(yùn)營(yíng)商在該階段重點(diǎn)關(guān)注中低速物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制、行業(yè)獨(dú)立專網(wǎng)等需求不明確、標(biāo)準(zhǔn)不完善或端到端實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的R16應(yīng)用場(chǎng)景，引入5G-CIoT、TSN、SNPN等R16功能特性，結(jié)合實(shí)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(jìn)程以及運(yùn)營(yíng)商數(shù)字化轉(zhuǎn)型程度，按需部署。

a）5G-CIoT：升級(jí)5GC中的AMF/SMF/UPF/UDM/PCF支持用戶面/控制面?zhèn)鬏攦?yōu)化、擴(kuò)展尋呼周期、高延遲通信、不同接入類型之間的移動(dòng)性等功能，實(shí)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(jí)5GC中的AMF/SMF/UPF/PCF支持TSN管理、時(shí)鐘同步、QoS映射、確定性數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等功能，實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)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(yùn)營(yíng)商公網(wǎng)與行業(yè)SNPN專網(wǎng)的互通，并升級(jí)5GC中的AMF/UDM支持基于網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)（NID）的接入控制、網(wǎng)絡(luò)選擇和移動(dòng)性管理，從而滿足行業(yè)用戶對(duì)獨(dú)立性、隔離性、安全性的超高要求。

4

結(jié)束語(yǔ)

3GPP R16是5GC標(biāo)準(zhǔn)的第2個(gè)版本，在3GPP R15的基礎(chǔ)上，從基礎(chǔ)能力增強(qiáng)、全業(yè)務(wù)場(chǎng)景支持、垂直行業(yè)能力拓展這三大方向，對(duì)5GC能力進(jìn)行了全面增強(qiáng)。R16是5GC“成年”的標(biāo)志版本，也將成為未來(lái)運(yùn)營(yíng)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(qiáng)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(jìn)總體思路及策略建議。

▍ 參考文獻(xiàn)：

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▍作者簡(jiǎn)介：

穆佳，畢業(yè)于北京理工大學(xué)，高級(jí)工程師，碩士，主要從事移動(dòng)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(jí)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(dòng)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(jí)工程師，碩士，主要從事移動(dòng)核心網(wǎng)新技術(shù)研究工作。