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基于Cloud Native全融合5G UDM 應(yīng)用研究

2020-10-20 12:33鄭航帥華為技術(shù)有限公司廣東深圳518129
郵電設(shè)計(jì)技術(shù) 2020年9期
關(guān)鍵詞:核心網(wǎng)數(shù)據(jù)管理運(yùn)營商

鄭航帥(華為技術(shù)有限公司,廣東深圳 518129)

0 前言

隨著5G 時(shí)代的全面到來,5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的三大特征逐步為大眾所熟知,高帶寬(eMBB)、超低時(shí)延高可靠通信(uRLLC)和海量連接物聯(lián)網(wǎng)(mMTC),已成為消費(fèi)者享受5G 業(yè)務(wù)的基本網(wǎng)絡(luò)能力。相比較4G 業(yè)務(wù),5G 業(yè)務(wù)更多關(guān)注的是用戶差異化體驗(yàn)。5G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)合人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、AR/VR 等新一代信息技術(shù),將對(duì)用戶數(shù)據(jù)管理提出新的需求和挑戰(zhàn)。建設(shè)統(tǒng)一、高可靠、全融合的用戶數(shù)據(jù)管理庫,正在為人與人、人與物、物與物之間的泛在連接鋪平道路,推動(dòng)無時(shí)不在、無處不在的全球萬物互聯(lián)。

1 5G用戶數(shù)據(jù)管理

1.1 5G用戶數(shù)據(jù)協(xié)議定義

基于3GPP 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議定義,5G 用戶數(shù)據(jù)管理功能,主要是為了給5G 用戶提供認(rèn)證、用戶識(shí)別、授權(quán)、注冊(cè)/位置管理等功能,支持3GPP 和非3GPP 統(tǒng)一接入認(rèn)證服務(wù),包含統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理(UDM)、鑒權(quán)服務(wù)功能(AUSF)、統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(UDR)、非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能(UDSF)網(wǎng)元。

UDM 由4G 網(wǎng)絡(luò)的HSS 演進(jìn)而來,具有3GPP 標(biāo)準(zhǔn)定義的N8、N10接口定義的業(yè)務(wù)處理功能,主要用于存儲(chǔ)用戶的簽約數(shù)據(jù)、注冊(cè)信息,給AMF/SMF 下發(fā)簽約數(shù)據(jù),存儲(chǔ)用戶當(dāng)前服務(wù)的AMF 地址等,提供用戶簽約數(shù)據(jù)訪問、位置登記等功能。

AUSF 由4G 網(wǎng)絡(luò)HSS 中的AuC 功能演進(jìn)而來,具有3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義的N12接口定義的業(yè)務(wù)處理功能,接收信令消息并進(jìn)行對(duì)應(yīng)的鑒權(quán)處理,并在此基礎(chǔ)上新增了歸屬網(wǎng)絡(luò)對(duì)UE認(rèn)證的要求,增強(qiáng)了網(wǎng)絡(luò)安全性。

5GC 網(wǎng)絡(luò)中可以部署多種UDR,可以為不同的NF(UDM FE、PCF FE、NEF FE)提供統(tǒng)一的存儲(chǔ)數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)包括用戶靜態(tài)簽約、動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和應(yīng)用路由選擇相關(guān)數(shù)據(jù),并通過服務(wù)化接口Nudr 實(shí)現(xiàn)前端對(duì)用戶數(shù)據(jù)的增、刪、改、查、訂閱等通知操作,NEF、PCF、UDM 與5G控制面等其他NF通過SBA實(shí)現(xiàn)交互。

a)5GC 采用服務(wù)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),引入了網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)庫功能(NRF)網(wǎng)元。支持服務(wù)發(fā)現(xiàn)功能,維護(hù)可用NF 實(shí)例及其支持服務(wù)的NF配置文件。

b)5GC采用C/U分離架構(gòu),4G網(wǎng)絡(luò)的S-GW-C/PGW-C 演進(jìn)為會(huì)話管理功能(SMF),S-GW-U/P-GWU演進(jìn)為用戶面功能(UPF)。

c)接入和移動(dòng)管理功能(AMF)由4G網(wǎng)絡(luò)MME的接入管理和移動(dòng)性管理功能演進(jìn)而來。

d)策略控制功能(PCF)由4G 網(wǎng)絡(luò)PCRF 演進(jìn)而來。

圖1示出的是5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)要求

UDM 屬于5G Core 解決方案中重要的關(guān)鍵網(wǎng)元,對(duì)于5G 核心網(wǎng)整體來說,5GC 承擔(dān)了全局資源的調(diào)度和管理,負(fù)責(zé)全局的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑺械慕尤胄畔?、用戶?shù)據(jù)以及所有的行業(yè)業(yè)務(wù)需求,因而在國家5G 新型基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)中,5G 核心網(wǎng)的部署建設(shè)尤為重要,相對(duì)于4G網(wǎng)絡(luò)也具有更大困難。

在向5G 演進(jìn)的過程中,核心網(wǎng)仍然面臨很多挑戰(zhàn)。

a)5G 網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)需求:5G 網(wǎng)絡(luò)面向千行百業(yè),構(gòu)建高帶寬、超低時(shí)延和海量連接能力,全球不同運(yùn)營商、設(shè)備提供商,需要保持業(yè)務(wù)統(tǒng)一,滿足3GPP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議架構(gòu)要求,支持微服務(wù)網(wǎng)元架構(gòu)。

b)5G 網(wǎng)絡(luò)的更高可靠性要求:5G 流量爆炸性增長(zhǎng)和豐富場(chǎng)景的應(yīng)用將給5G 網(wǎng)絡(luò)帶來更高可靠性要求,以及緊急復(fù)雜場(chǎng)景下應(yīng)對(duì)信令沖擊的難度進(jìn)一步加大?;谠苹葸M(jìn)的5G 架構(gòu),為實(shí)現(xiàn)5 個(gè)9 的電信級(jí)可靠性,對(duì)上層軟件架構(gòu)也提出了更高要求。

c)5G 網(wǎng)絡(luò)的多制式接入要求:5G 網(wǎng)絡(luò)中需要考慮支持現(xiàn)網(wǎng)中2G/3G/4G終端接入和業(yè)務(wù)應(yīng)用,5G核心網(wǎng)必須是能夠支持所有不同接入制式的全融合網(wǎng)絡(luò)。傳統(tǒng)核心網(wǎng)產(chǎn)品交付以單產(chǎn)品軟件大包為粒度,存在開發(fā)、測(cè)試周期長(zhǎng)、對(duì)外交付慢、升級(jí)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)影響大等缺點(diǎn),無法滿足5G 業(yè)務(wù)多樣、靈活、多變等特點(diǎn)。5G業(yè)務(wù)需要一個(gè)能夠滿足業(yè)務(wù)快速上下線、智能隨需的網(wǎng)絡(luò)。

d)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的平滑投資要求:運(yùn)營商目前網(wǎng)絡(luò)中存在大量傳統(tǒng)設(shè)備,2G/3G/4G/5G 多網(wǎng)并存,網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)困難等因素導(dǎo)致運(yùn)維難度增加,運(yùn)營成本上升。5G初期投資巨大,運(yùn)營商需謹(jǐn)慎安排5G 網(wǎng)絡(luò)部署規(guī)劃,以匹配5G 業(yè)務(wù)高速發(fā)展需求。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理模式已經(jīng)無法應(yīng)對(duì)5G 業(yè)務(wù)的發(fā)展。5G 業(yè)務(wù)需要一個(gè)高度自治的全新網(wǎng)絡(luò)。

綜上所述,5G 網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)趨勢(shì)需要建設(shè)一個(gè)以用戶為中心,應(yīng)用驅(qū)動(dòng)、高度自治的5G 核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò),要求網(wǎng)絡(luò)中的用戶數(shù)據(jù)管理必須具備敏捷、可靠、彈性和健壯等特征。

2 5G UDM價(jià)值功能

5G 核心網(wǎng)相比4G 核心網(wǎng),變化是顛覆性的。從硬件平臺(tái)到軟件架構(gòu),全部都發(fā)生了根本性的變化。5G 核心網(wǎng)就是模塊化、軟件化。5G 采用SBA 架構(gòu),基于云原生構(gòu)架設(shè)計(jì),借鑒了IT 領(lǐng)域的“微服務(wù)”理念。把原來具有多個(gè)功能的整體,分拆為多個(gè)具有獨(dú)自功能的個(gè)體。每個(gè)個(gè)體,都可以實(shí)現(xiàn)自己的微服務(wù)。

面對(duì)5G 核心網(wǎng)建設(shè)的挑戰(zhàn),各廠商積極研究和發(fā)展,在技術(shù)上不斷獲得突破。5G UDM 產(chǎn)品定位于5G SA 標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)下的統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)管理,遵循3GPP 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。5G UDM 的軟件架構(gòu)需要支持Cloud Native、電信級(jí)可靠性、全融合、平滑演進(jìn)的價(jià)值功能。

圖2示出的是UDM軟件架構(gòu)。

圖2 UDM軟件架構(gòu)

2.1 Cloud Native架構(gòu)

5G核心網(wǎng)采用了基于服務(wù)化架構(gòu)的SBI串行總線接口協(xié)議,傳輸層統(tǒng)一采用了HTTP/2協(xié)議。為了適應(yīng)5G Core 網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展性、靈活性,UDM 產(chǎn)品采用了SBA微服務(wù)架構(gòu),將業(yè)務(wù)進(jìn)一步細(xì)化,部署起來更加靈活、敏捷。微服務(wù)是指通過模塊化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能間的解耦和整合,將系統(tǒng)劃分為多個(gè)功能獨(dú)立且互不影響的服務(wù),每個(gè)微服務(wù)獨(dú)立開發(fā)、獨(dú)立部署、獨(dú)立測(cè)試、獨(dú)立升級(jí)、獨(dú)立運(yùn)維、按需部署。微服務(wù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可以支持業(yè)務(wù)策略敏捷開發(fā),灰度升級(jí),實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)策略靈活編排和組合,使業(yè)務(wù)創(chuàng)新更敏捷。參考標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議,支持?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)邏輯分開。降低各網(wǎng)絡(luò)功能組件之間的狀態(tài)及功能依賴。各網(wǎng)元間彼此隔離,功能獨(dú)立。通過標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)化接口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。

UDM、AUSF 等NF 基于NRF 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自管理、自發(fā)現(xiàn)、自均衡,實(shí)現(xiàn)5G核心網(wǎng)的高度自治,助力運(yùn)營商打造極簡(jiǎn)核心網(wǎng),降低運(yùn)維成本。所有NF之間的交互采用服務(wù)化接口,同一種服務(wù)可以被多種NF 調(diào)用,降低NF之間接口定義的耦合度,最終實(shí)現(xiàn)整網(wǎng)功能的按需定制,靈活支持不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景和需求。

a)網(wǎng)絡(luò)自管理:UDM、AUSF 等NF 上線可以自動(dòng)向NRF 注冊(cè)、自動(dòng)更新自身狀態(tài),NRF 為UDM、AUSF等NF 提供全面自動(dòng)化的生命周期管理,實(shí)現(xiàn)NF 的即插即用。

b)網(wǎng)絡(luò)自發(fā)現(xiàn):UDM、AUSF 等NF 通過NRF 來尋找合適的服務(wù)提供方,而不依賴于本地配置方式固化通信對(duì)端。

c)網(wǎng)絡(luò)自均衡:NRF 對(duì)UDM、AUSF 等NF 進(jìn)行實(shí)時(shí)故障檢測(cè),并對(duì)故障的NF做隔離,避免故障的NF影響系統(tǒng)整體可用性。

圖3示出的是UDM微服務(wù)架構(gòu)。

圖3 UDM微服務(wù)架構(gòu)

通過各設(shè)備廠家的持續(xù)投入,構(gòu)建起“真云化”的軟件架構(gòu)。同時(shí),5GC網(wǎng)絡(luò)支持切片功能,網(wǎng)絡(luò)切片通過靈活的網(wǎng)絡(luò)資源組合,為不同行業(yè)的5G用例提供不同的QoS保障,滿足不同用戶場(chǎng)景的需求。

2.2 電信級(jí)可靠性

縱觀數(shù)據(jù)庫的發(fā)展歷史,數(shù)據(jù)的可靠性和穩(wěn)定性是數(shù)據(jù)庫應(yīng)用最關(guān)鍵,也是最基本的功能。數(shù)據(jù)庫是數(shù)據(jù)管理的產(chǎn)物,數(shù)據(jù)管理是數(shù)據(jù)庫的核心任務(wù),內(nèi)容包括對(duì)數(shù)據(jù)的分類、組織、編碼、儲(chǔ)存、檢索和維護(hù)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的萌芽出現(xiàn)于20 世紀(jì)60 年代。傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足人們的需要,能夠統(tǒng)一管理和共享數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(dBmS)應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ),各種dBmS 軟件都是基于某種數(shù)據(jù)模型的。所以通常也按照數(shù)據(jù)模型的特點(diǎn)將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)分成網(wǎng)狀數(shù)據(jù)庫、層次數(shù)據(jù)庫和關(guān)系數(shù)據(jù)庫3類。

為了適應(yīng)數(shù)據(jù)庫應(yīng)用多元化的要求,在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上,結(jié)合電信運(yùn)營商領(lǐng)域的特點(diǎn),選用適合該應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫技術(shù),例如KV 型數(shù)據(jù)庫、關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、寬列型數(shù)據(jù)庫等。隨著電信用戶數(shù)據(jù)的發(fā)展,5G數(shù)據(jù)庫需要支持不間斷運(yùn)行、全業(yè)務(wù)、大容量、高穩(wěn)定性、高可靠性。

目前運(yùn)營商使用的用戶數(shù)據(jù)管理設(shè)備,都是按照電信級(jí)可靠性來要求的,而電信級(jí)是現(xiàn)代電信中常見的名詞。所謂的電信級(jí),是指在以IP 技術(shù)為核心的網(wǎng)絡(luò)中,要求網(wǎng)絡(luò)支持所有傳統(tǒng)的電信業(yè)務(wù),特別是要保證電話業(yè)務(wù)和視頻業(yè)務(wù)的質(zhì)量要求,并且要能滿足電信運(yùn)營和管理的基本要求。即需要支持如下能力。

a)運(yùn)行穩(wěn)定,可靠性高,全年故障時(shí)間不超過X分鐘,比如程控交換機(jī)等。

b)準(zhǔn)確性高,不能經(jīng)常出錯(cuò),比如計(jì)費(fèi)軟件不能經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)誤話單。

c)適應(yīng)長(zhǎng)年不間斷運(yùn)行。

d)處理能力強(qiáng),能夠大規(guī)模組網(wǎng)。

e)有雙機(jī)熱備份功能,即主機(jī)出現(xiàn)故障能立即自動(dòng)切換到備用系統(tǒng),并且切換時(shí)不會(huì)影響設(shè)備運(yùn)行,也不會(huì)丟失數(shù)據(jù)。

f)更改數(shù)據(jù)設(shè)置立即生效,不需要重新啟動(dòng)機(jī)器。

因此,電信級(jí)網(wǎng)絡(luò)是指具有電信業(yè)務(wù)質(zhì)量保證、通信安全和運(yùn)營管理功能要求的網(wǎng)絡(luò)。

目前對(duì)于電信級(jí)高可靠性,比較容易理解的參考標(biāo)準(zhǔn)是“5個(gè)9”。

UDM 作為存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)的核心網(wǎng)元,一旦出現(xiàn)重大事故時(shí),如人為操作失誤、設(shè)備故障、自然災(zāi)害等,會(huì)導(dǎo)致大范圍的業(yè)務(wù)中斷,影響巨大。為了實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的安全可靠性,UDM 需要采用分布式架構(gòu),具備最少“5個(gè)9”的電信級(jí)可靠性,同時(shí)也可以提供反親和部署、防腦裂集群、多級(jí)數(shù)據(jù)備份及無縫地理容災(zāi)等可靠性增強(qiáng)功能,從架構(gòu)、部署、資源、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)等多層面端到端構(gòu)筑系統(tǒng)可靠性。

2.3 全融合

5G 核心網(wǎng)基于微服務(wù)架構(gòu),實(shí)現(xiàn)2G/3G/4G/5G 深度全融合,全制式接入,現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)需要全繼承;簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維,同時(shí)也兼顧存量網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn),最大程度保護(hù)運(yùn)營商投資。

5G UDM 作為統(tǒng)一用戶數(shù)據(jù)管理庫,能夠?yàn)檫\(yùn)營商提供2G/3G/4G/5G 多種組網(wǎng)場(chǎng)景下融合的數(shù)據(jù)管理,具備高效的用戶數(shù)據(jù)處理能力,簡(jiǎn)化組網(wǎng),既能兼容原有業(yè)務(wù),又可拓展5G 業(yè)務(wù),節(jié)省運(yùn)營商的OPEX和CAPEX。

UDM 產(chǎn)品支持2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)融合的特點(diǎn)如下。

a)管理融合。融合的用戶數(shù)據(jù)管理模式可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一業(yè)務(wù)發(fā)放系統(tǒng),2G/3G/4G/5G/IMS 業(yè)務(wù)一次性發(fā)放,快速開通全融合用戶。

b)存儲(chǔ)融合。將HLR、HSS、UDM、AUSF 中的2G/3G/4G/5G 用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并統(tǒng)一存儲(chǔ),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的集約化管理,減少設(shè)備間的數(shù)據(jù)遷移損耗。

c)業(yè)務(wù)融合。支持2G/3G/4G/5G/IMS業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)資源共享,提升用戶在網(wǎng)絡(luò)間切換的業(yè)務(wù)連續(xù)性。

全融合網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)能夠?yàn)檫\(yùn)營商提供如下價(jià)值。

a)融合網(wǎng)絡(luò)部署,有效節(jié)約2G/3G/4G/5G 網(wǎng)絡(luò)共存期間需要使用的網(wǎng)絡(luò)資源。

b)融合網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù),保證4G 業(yè)務(wù)向5G 業(yè)務(wù)演進(jìn)過程中用戶的業(yè)務(wù)連續(xù)。

c)統(tǒng)一運(yùn)維,節(jié)省運(yùn)維成本。

4G 網(wǎng)絡(luò)的HSS 和5G 網(wǎng)絡(luò)的UDM 需要進(jìn)行融合,支持4G 和5G 互操作功能,如圖4 所示,用于保證用戶數(shù)據(jù)一致性,方便運(yùn)營商進(jìn)行用戶數(shù)據(jù)遷移,同時(shí)保證4G用戶不換卡不換號(hào)可以支持5G業(yè)務(wù)。

圖4 4G和5G互操作

2.4 平滑演進(jìn)

針對(duì)運(yùn)營商現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)中已有的大量傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)管理需求,UDM 作為5G Core 的網(wǎng)元,在向5G 演進(jìn)的部署過程中,需考慮如何實(shí)現(xiàn)2G/3G/4G 網(wǎng)絡(luò)向5G 網(wǎng)絡(luò)平滑演進(jìn),需要從設(shè)備本身、用戶業(yè)務(wù)類型、多網(wǎng)絡(luò)共存等實(shí)際情況來討論5G 用戶數(shù)據(jù)管理發(fā)展的需求,降低對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響,保護(hù)運(yùn)營商現(xiàn)有的投資。結(jié)合目前主流運(yùn)營商及設(shè)備提供商給出的解決方案,UDM 產(chǎn)品可以通過提供混合組網(wǎng)平滑演進(jìn)方案,幫助運(yùn)營商平滑過渡到5G。同時(shí),網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn),也需要實(shí)現(xiàn)用戶不換卡不換號(hào)平滑遷移至5G UDM。

UDM 產(chǎn)品需要支持云化5G 設(shè)備與現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)設(shè)備混合組網(wǎng),平滑過渡到云化Cloud Native 平臺(tái),保護(hù)運(yùn)營商已有投資。新部署的云化UDM 設(shè)備與原傳統(tǒng)設(shè)備混合組網(wǎng)?;旌辖M網(wǎng)方案能夠?yàn)檫\(yùn)營商提供以下功能。

a)業(yè)務(wù)統(tǒng)一從云化5G 設(shè)備下發(fā),通過部署遠(yuǎn)端業(yè)務(wù)發(fā)放站點(diǎn),根據(jù)用戶號(hào)碼獲取對(duì)應(yīng)路由數(shù)據(jù),轉(zhuǎn)發(fā)到相應(yīng)的BE處理。通過反向生成機(jī)制、校驗(yàn)機(jī)制保證5G設(shè)備和4G設(shè)備之間路由數(shù)據(jù)的一致性。

b)支持混合組網(wǎng)信令在FE 之間轉(zhuǎn)發(fā),F(xiàn)E 接收信令后查詢,如用戶存在本分區(qū)則在本地處理;如用戶在其他分區(qū),則轉(zhuǎn)發(fā)向其他分區(qū)的FE 處理用戶數(shù)據(jù),保證用戶業(yè)務(wù)不中斷。

c)支持5G 新開戶用戶數(shù)據(jù)自動(dòng)遷移和按號(hào)段批量遷移2 種用戶遷移方式,方便運(yùn)營商根據(jù)自身情況規(guī)劃2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)到5G網(wǎng)絡(luò)的升級(jí)。

3 5G UDM業(yè)務(wù)創(chuàng)新

5G 從設(shè)計(jì)理念上就和4G 有天壤之別。4G 是一種盡力而為的無線網(wǎng)絡(luò),但是5G要真正為垂直行業(yè)提供確定性、差異化的體驗(yàn)。5G 網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)端到端的概念,涉及無線網(wǎng)絡(luò)的基站、傳輸、核心網(wǎng),在這當(dāng)中,最為核心且對(duì)5G 確定性能力負(fù)責(zé)的是5G 核心網(wǎng)。因?yàn)樵?G 端到端網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量保障當(dāng)中,5G 核心網(wǎng)主要承擔(dān)了全局資源的調(diào)度和管理,負(fù)責(zé)管理全局的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、所有的接入信息、所有的用戶?shù)據(jù)以及所有的行業(yè)業(yè)務(wù)需求。

5G 核心網(wǎng)就是5G 確定性網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)有力的大腦,確保每個(gè)行業(yè)的用戶都能在公眾網(wǎng)上享有自己的專有通道,享受最好的5G 2C/2B 業(yè)務(wù),享受到確定性體驗(yàn)保障的網(wǎng)絡(luò)能力。

3.1 2C業(yè)務(wù)

目前國內(nèi)運(yùn)營商均在大力宣傳“不換卡不換號(hào)享受5G”業(yè)務(wù),即消費(fèi)者可以不換手機(jī)號(hào)碼、不換手機(jī)卡,僅更換手機(jī)就能享受5G新業(yè)務(wù)。

所謂的“不換卡、不換號(hào)”就可以享受5G 服務(wù),這個(gè)本來就是很正常的事情,平緩實(shí)現(xiàn)用戶從2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)向5G 新網(wǎng)的轉(zhuǎn)移,只是一個(gè)基本業(yè)務(wù)需求,運(yùn)營商都應(yīng)該滿足。

3.1.1 5G自動(dòng)開戶

5G 自動(dòng)開戶功能是指原4G 用戶在5G 信號(hào)覆蓋區(qū)域,使用5G 終端接入到5G 核心網(wǎng),UDM 識(shí)別到該用戶已簽約4G業(yè)務(wù),則允許其鑒權(quán),保證用戶合法性,并在AMF 注冊(cè)流程中,通過MML 自動(dòng)開通5G 業(yè)務(wù),或向業(yè)務(wù)發(fā)放系統(tǒng)發(fā)送訂閱通知為用戶自動(dòng)開通5G業(yè)務(wù)。

運(yùn)營商為快速發(fā)展5G 用戶,可以部署該特性,通過簡(jiǎn)單的規(guī)劃和設(shè)計(jì),即可高效快速地發(fā)展5G 用戶,滿足5G終端用戶享受更優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求。

通過5G自動(dòng)開戶,運(yùn)營商可以在不換卡、不換號(hào)、無需人工操作的場(chǎng)景下,更方便快捷地讓終端用戶體驗(yàn)5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù),開通5G業(yè)務(wù)時(shí)實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)遷移,用戶從4G切換5G零感知,實(shí)現(xiàn)平滑遷移到5G。

表1示出的是5G自動(dòng)開戶受益描述。

表1 5G自動(dòng)開戶受益描述

根據(jù)全球各國家、各地區(qū)、不同運(yùn)營商的不同要求,5G 自動(dòng)開戶也需要分為表2所示的3個(gè)方式實(shí)現(xiàn),各運(yùn)營商結(jié)合自身實(shí)際情況來選擇具體的實(shí)現(xiàn)方式。

表2 5G自動(dòng)開戶實(shí)現(xiàn)方式

3.1.2 數(shù)據(jù)遷移

伴隨著5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè),用戶數(shù)據(jù)管理有了新的挑戰(zhàn),UDM 需要將2G/3G/4G/5G 用戶數(shù)據(jù)進(jìn)行整合并統(tǒng)一管理。并且需要保證4G 向5G 演進(jìn)過程中用戶業(yè)務(wù)的連續(xù)性,使用戶無感知;另一方面也要兼顧存量網(wǎng)絡(luò)的平滑演進(jìn),減少對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響,保護(hù)運(yùn)營商投資。

表3示出的是數(shù)據(jù)遷移受益描述。

表3 數(shù)據(jù)遷移受益描述

因此,UDM 提供幾種平滑演進(jìn)方案,運(yùn)營商可以通過選擇適合自身現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的方案平滑過渡到5G。

表4示出的是數(shù)據(jù)平滑演進(jìn)實(shí)現(xiàn)方案。

通過如上5G 2C 業(yè)務(wù)創(chuàng)新,可以看出5G 業(yè)務(wù)出現(xiàn)后,消費(fèi)者只需要購買支持5G 的手機(jī)終端,把4G USIM 卡插入到5G 手機(jī)中,移動(dòng)到5G 無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域,就可以使用5G業(yè)務(wù)?;?G自動(dòng)開戶功能,運(yùn)營商再也不用擔(dān)心需要在營業(yè)廳,耗時(shí)耗力幫消費(fèi)者更換手機(jī)卡,也不用擔(dān)心存量用戶數(shù)據(jù)一次性割接的問題。與此同時(shí),這些業(yè)務(wù)也給消費(fèi)者免去了很多不必要的麻煩,只需要發(fā)送短信即可以開通5G業(yè)務(wù)。

3.2 2B業(yè)務(wù)

目前5G發(fā)展已經(jīng)進(jìn)入到了一個(gè)新的階段,全球已經(jīng)有數(shù)十個(gè)5G 網(wǎng)絡(luò)商用,如何利用5G 網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)造更多業(yè)務(wù)價(jià)值是目前各行各業(yè)普遍關(guān)心的話題。當(dāng)前5G 2B 更多地停留在業(yè)務(wù)測(cè)試階段,需要進(jìn)一步做真做實(shí)。

構(gòu)建5G 2B 商業(yè)正循環(huán)需從技術(shù)、生態(tài)、標(biāo)準(zhǔn)、商業(yè)模式4個(gè)維度展開。

a)技術(shù)可用:針對(duì)行業(yè)痛點(diǎn),不斷創(chuàng)新5G 技術(shù)和產(chǎn)品。如5G超級(jí)上行解決方案,保障不同行業(yè)隨時(shí)隨地的上行體驗(yàn)需求。

b)生態(tài)成熟:5G 工業(yè)模組目前已經(jīng)廣泛商用,各類終端如5G攝像頭,5G工業(yè)CPE,5G工業(yè)路由器已經(jīng)被逐步推向市場(chǎng)。未來需要更多面向不同行業(yè)內(nèi)置5G 的終端商用,進(jìn)一步繁榮5G 生態(tài),降低各行業(yè)部署5G成本。

c)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一:5G 2B從0到1需要?jiǎng)?chuàng)新,而從1到N需要有統(tǒng)一的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。各行業(yè)均有相對(duì)應(yīng)的行業(yè)協(xié)會(huì),由協(xié)會(huì)組織牽頭,進(jìn)行5G 行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制定,實(shí)現(xiàn)5G在行業(yè)里的快速復(fù)制拷貝。

d)商業(yè)共贏:不斷探索5G 2B 的商業(yè)模式,打造互利共贏商業(yè)模式,讓行業(yè)里面各方伙伴都能獲益,幫助行業(yè)伙伴共同成長(zhǎng)。

5G為行業(yè)數(shù)字化打開新空間,帶來更多契機(jī)。5G時(shí)代,公眾用戶有機(jī)會(huì)享受更高、更快、更豐富的體驗(yàn),越來越多的垂直行業(yè)對(duì)5G技術(shù)也報(bào)以特別多的關(guān)注,比如無人機(jī)巡航、無人機(jī)物流、遠(yuǎn)程醫(yī)療、移動(dòng)過程中的救護(hù)車自動(dòng)救助、自動(dòng)駕駛、輔助駕駛、工業(yè)控制等場(chǎng)景。5G 網(wǎng)絡(luò)具有大帶寬和低時(shí)延能力,能夠?yàn)檫@些垂直行業(yè)帶來行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的機(jī)會(huì),特別是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)本身易部署、隨時(shí)隨地接入等特點(diǎn),使得5G 技術(shù)成為行業(yè)數(shù)字化的優(yōu)選。

和4G 主要服務(wù)于消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)不同,5G 網(wǎng)絡(luò)80%的應(yīng)用場(chǎng)景在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)上。5G 高速率、低時(shí)延、高可靠性、海量連接的特點(diǎn),將為各個(gè)行業(yè)提供多樣化的業(yè)務(wù)用例。例如工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧交通、智慧農(nóng)業(yè)、智慧物流、智慧銀行、智慧安防等領(lǐng)域,可以利用5G帶來的連接能力,配合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù),加速實(shí)現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型,從而開拓巨大的價(jià)值增長(zhǎng)空間。行業(yè)用戶帶來的大容量存儲(chǔ)能力,需要5G UDM 提前構(gòu)筑軟件能力,在不需要增加太多的硬件基礎(chǔ)上,滿足2B業(yè)務(wù)的用戶發(fā)展訴求。

經(jīng)過分析多種行業(yè)場(chǎng)景后,發(fā)現(xiàn)目前5G UDM 在2B 行業(yè)可行的一個(gè)應(yīng)用是,運(yùn)營商基于SIM 卡動(dòng)態(tài)鑒權(quán)能力向行業(yè)開放。主要可以分為如下2個(gè)行業(yè)。

a)基于SIM的GBA鑒權(quán)證書機(jī)制用于V2X行業(yè)。安全是IoT 部署的三大挑戰(zhàn)之一,63%的企業(yè)認(rèn)為安全是IoT 解決方案的關(guān)鍵。安全認(rèn)證從靜態(tài)、一次性認(rèn)證,向動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)性認(rèn)證發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)對(duì)安全鑒權(quán)能力要求提升,運(yùn)營商可以SIM 卡動(dòng)態(tài)鑒權(quán)能力向V2X行業(yè)開放。

運(yùn)營商基于SIM 的GBA 鑒權(quán)證書機(jī)制用于V2X行業(yè),可將基于3GPP 標(biāo)準(zhǔn)的GBA 能力開放給車企,實(shí)現(xiàn)V2X 應(yīng)用證書發(fā)放,降低物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備制造商的定制,簡(jiǎn)化密鑰分發(fā)和管理。

表4 數(shù)據(jù)平滑演進(jìn)實(shí)現(xiàn)方案

b)基于SIM 的金融應(yīng)用移動(dòng)數(shù)字簽名。參考3GPP 定義的GBA 機(jī)制可以運(yùn)用于運(yùn)營商的業(yè)務(wù)和企業(yè)業(yè)務(wù)的鑒權(quán)認(rèn)證,通過3GPP GBA 機(jī)制可以增強(qiáng)金融行業(yè)鑒權(quán)的安全性。利用移動(dòng)終端和SIM 卡實(shí)現(xiàn)金融類應(yīng)用的用戶數(shù)字簽名認(rèn)證,替代傳統(tǒng)的基于USB key用戶認(rèn)證方式。可以提供如下功能。

(a)用戶:用手機(jī)登錄網(wǎng)上銀行只需要輸入密碼,安全方便。

(b)銀行:簡(jiǎn)化了和用戶的交互,增強(qiáng)了安全性??梢院陀脩絷P(guān)聯(lián),不用關(guān)心用戶的手機(jī)號(hào)碼。

(c)運(yùn)營商:向銀行提供身份驗(yàn)證能力,可以增加業(yè)務(wù)收入,向用戶提供了安全的網(wǎng)上銀行,增強(qiáng)用戶的忠誠度。

但是這個(gè)方案也存在一定的不確定性,因?yàn)檫\(yùn)營商的鑒權(quán)能力開放不一定被業(yè)務(wù)提供商接受?;贕BA 頒發(fā)注冊(cè)證書同時(shí)依賴運(yùn)營商、證書認(rèn)證機(jī)構(gòu)服務(wù)商、終端制造廠商,生態(tài)關(guān)聯(lián)利益體多。有些行業(yè)應(yīng)用有自己完備的鑒權(quán)能力,例如:金融銀行有自己的“U 盾”提供安全解決方案。當(dāng)然,這個(gè)功能和應(yīng)用場(chǎng)景還需要運(yùn)營商和行業(yè)客戶一起探討和溝通,制定適用于行業(yè)場(chǎng)景的解決方案。

4 5G UDM部署近況

根據(jù)C114 發(fā)布的最新消息,2020 年4 月,中國三大運(yùn)營商已啟動(dòng)5G SA 核心網(wǎng)新建設(shè)備集中采購項(xiàng)目,以滿足相關(guān)5G業(yè)務(wù)需求,均包含UDM產(chǎn)品。

a)中國移動(dòng)集采:全國八大區(qū),31 個(gè)省公司新建5G SA 核心網(wǎng)網(wǎng)元(NRF、NSSF、UDM/UDR、PCF/UDR、SMSF、CHF、AMF、SMF、UPF)、NFV 虛擬化平臺(tái)設(shè)備。該項(xiàng)目建成后,將成為全球最大的5G SA 核心網(wǎng)商用網(wǎng)絡(luò)。

b)中國電信集采:對(duì)全國31 個(gè)?。ㄊ校┑?G 核心網(wǎng)主設(shè)備進(jìn)行集中招標(biāo),滿足相關(guān)5G業(yè)務(wù)需求。

c)中國聯(lián)通集采:31 個(gè)省5GC 同類設(shè)備集采,產(chǎn)品包含AMF、UDM、SMF、UPF、PCF、NRF、NSSF、NEF、BSF、SMSF、4G/5G 互操作相關(guān)網(wǎng)元升級(jí)以及其他現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元改造等,支持用戶規(guī)模約7 000萬。

根據(jù)已經(jīng)出爐的三大項(xiàng)目招標(biāo)結(jié)果顯示,華為和中興通訊獲得大部分集采份額。

5G 牌照發(fā)放一年來,我國5G 取得積極進(jìn)展,網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度和規(guī)模超出預(yù)期。工信部最新統(tǒng)計(jì)顯示,我國5G 基站以每周新增1 萬多個(gè)的數(shù)量在增長(zhǎng)。5G 終端連接數(shù)已超過3 600 萬。僅2020 年4 月,5G 用戶就增加了700多萬。

據(jù)了解,網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面,目前基礎(chǔ)電信企業(yè)建設(shè)5G 基站超過25 萬個(gè),預(yù)計(jì)2020 年底,我國將建設(shè)5G基站超過60 萬個(gè),覆蓋全國地級(jí)以上城市;應(yīng)用創(chuàng)新方面,全國累計(jì)開展5G 創(chuàng)新應(yīng)用400 余項(xiàng),在建的“5G+工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)”項(xiàng)目超600個(gè)。

預(yù)計(jì)到2020 年下半年,國內(nèi)5G 將實(shí)現(xiàn)真正的端到端全業(yè)務(wù)部署,迎來5G SA組網(wǎng)的商用時(shí)代。

5 結(jié)束語

5GC 是核心網(wǎng)的目標(biāo)方案,5G UDM 是5GC 網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)元,本文闡述了5G UDM 用戶數(shù)據(jù)管理的標(biāo)準(zhǔn)定義,作為5GC 服務(wù)化架構(gòu)的重要一環(huán),5G UDM 用戶數(shù)據(jù)管理,需要支持Cloud Native、電信級(jí)可靠性、全融合、平滑演進(jìn)的價(jià)值功能。整體需要考慮現(xiàn)網(wǎng)已有設(shè)備投資保護(hù),新版本廠商設(shè)備支持情況,相關(guān)方案技術(shù)上明顯的優(yōu)缺點(diǎn)以及對(duì)周邊網(wǎng)元的改造要求(如BOSS、信令網(wǎng)等),要實(shí)現(xiàn)5G 融合用戶數(shù)據(jù)部署的多種方案選擇。2C/2B 業(yè)務(wù)如何規(guī)劃,用戶數(shù)據(jù)如何平滑遷移,還需要運(yùn)營商在實(shí)際部署時(shí)因地制宜,多角度全方面實(shí)事求是地思考。

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