多运营商共享5G网络技术方案及其难点分析
2023-07-26
来源:易榕旅网
2020年2月25日第37卷第4期Telecom Power TechnologyFeb. 25,2020,Vol. 37 No. 4 doi:10.19399/j.cnki.tpt.2020.04.083通信技术多运营商共享5G网络技术方案及其难点分析冯—佳(湖南省邮电规划设计院有限公司,湖南—长沙—410000)摘要:基于我国经济发展的需要,对多运营商共享5G网络技术方案及其难点进行分析已经势在必行。由于互联网和信息技术的发展,传统的4G网络技术已经不能满足人们的需求,但依靠自然演变使4G向密集型和战略型升级,达到5G并进行多运营商共享共建是无法办到的。所以相关运营商应该结合历代网络技术的研发和演变,对5G网络技术进行深入的研究,使得5G的共享得到标准化处理。但是多运营商在共享5G方面依旧存在许多难点,因此根据实际情况提出一些合适的措施,以提升5G网络技术运用效果更加的明显,从而提升了运营商的运营水平。关键词:多运营商;5G网络;难点Multi-operator Sharing 5G Network Technology Solution and Analysis of its DifficultiesFENG Jia(Feng Jia Hunan Post and Telecommunications Planning and Design Institute Co.,Ltd.,Changsha 410000,China)Abstract:Based on the needs of China’s economic development,it is imperative to analyze the 5G network technology solutions shared by multiple operators and their difficulties. Due to the development of the Internet and information technology,traditional 4G network technology has been unable to meet people’s needs,but relying on natural evolution to make 4G intensive and strategic upgrade to 5G and multi-operator sharing and co-construction cannot be achieved. Therefore,relevant operators should combine the research and development and evolution of previous network technologies to conduct in-depth research on 5G network technologies,so that 5G sharing is standardized. However,many operators still have many difficulties in sharing 5G. This article proposes some appropriate measures based on the actual situation to improve the use of 5G network technology. The effect is more obvious,thereby improving the operator’s operating level.Key words:multi-operator;5G network;difficult points0 引 言随着市场竞争的加深和运行成本的不断提高,各个网络运营商的压力增大,并且部分运营商在获取频谱和站点资源方面相对比较困难,所以许多运营商都在思考运用网络共享的方法降低运营成本、提升网络业务效果以及增强品牌竞争力。在4G时,我国许多运营商如移动、电信、联通为了节省运营成本就进行网络共享的研发,前期的实践主要是在基站配套设施的共享方面,而电信和联通还进行了独立载波的共享。在新时代下,5G网络已经成为了全球最为关注的话题。而5G的研发和运营相对于4G需要的资金更加的庞大,运营数据更加的多,单一的运营商很难单独运营,所以运营商更加需要进行5G网络共享的建设。而在进行5G共建共享的过程中要对频率、站址、基站以及承载网络等进行统一的共建,这给运营商造成了非常大的困难。本文为了提升运营商共享共建的效果,明显降低网络建设和运营的成本,早日实现十九大提出的“提高发展效率”的理念,对5G网络共享的技术难点进行了详细的研究,然后提出一些合适的控制措施,从而提升了共建共享模式的效率。Core—Network,MOCN)和网关核心网(Gate—Way—Core—Network,GWCN)。图1为4G第三代合作伙伴计划(3GPP)标准化的两种网络共享构架。GWCN架构运营商A+运营商BMMES1eNBeNBeUTRANeUTRANGWMOCN架构运营商AMMES1eNBeNBGW运营商BMMEGW图1 4G阶段3GPP标准化的网络共享架构在图1中可以发现,RAN、用户设备以及接入管理功能需要支持更多的陆地移动网络和不同的移动网络号码。所以就要求运营商在建设5G共享模式时要保证信息终端能够连接到每个运营商的移动网络,并且保证其能够平等的传输到终端。同时,还要对后续的工作进行完善,如5G新空口现在只能许可一个小区的不同移动网络进行连接。5G的3GPP标准化的网络共享构架可以参考图2。1 5G无线网共享的3GPP标准化建设在过去,无线接入网(Radio—Access—Net-work,RAN)的共享主要分为多运营商核心网(Multi-Operator—收稿日期:2019-11-25作者简介:冯 佳(1982-),男,湖南湘潭人,本科,工程师,主要研究方向为5G基站电源。2 多运营商共享5G网络技术方案2.1 5G GRAN基站共享方案和4G网络共享模式一样,5G网络共享模式在处理载波资源配置时也需要分为独立载波和共享载波两种方法。其中,共享方法是把多个核心网连接到一个下一代无线接入网,并且可以共享频率资源,而独立· 194 · 2020年2月25日第37卷第4期冯 佳:多运营商共享5G网络技术方案 及其难点分析Telecom Power TechnologyFeb. 25,2020,Vol. 37 No. 4 共享则指只是共享下一代无线接入网,没有频率资源。二者的区别主要在于:(1)独立载波在共享下频谱资源不会共享;(2)共享载波频谱资源也可以进行共享。所以供应商为了降低运营成本、简单维护等可以运用独立载波共享方法。二者具体的对比如表1所示。注:5GC为5G核心网;NG—RAN为下一代无线接入网图2 5G阶段3GPP标准化网络共享构架2.2 核心网共享技术方案在建设核心网共建共享方案时可以运用多运营商核心网的方法,也就是多个运营商共同用一个下一代无线接入网,但是不共享核心网。每个运营商在运营过程中运用自己的独立数据核心网,其原因主要有如下4点:(1)每个运营商都有自己的业务需求以及业务方法,这些对核心网的要求也不相同;(2)运营商在运营过程中对其开通和计费系统也不相同,如果公用一个系统会对运营商造成一定影响;(3)每个运营商对移动数据的运用并不相同;(4)运营商的语音通话和切换都不相同。2.3 承载网共享技术方案承载网共享在国外是比较普遍的,如果从技术方面进行考虑,主要有物理双挂和逻辑双挂两种。其中物理双挂是指把基站的两个传输接口连接到两个不同的运营商,而运营商之间不用进行连接。逻辑双挂是指共享站仅接入一个运营商的下一代无线接入网IP化,其为其他运营商实现业务传输。3 多运营商共享5G难点分析3.1 独立组网/非独立组网混合架构下的共享在建设5G共享网络时可以选择独立组网(SA)和非独立组网(NSA)两种方法,在这一过程中不同的运营商会根据自身的运营情况选择合适的组网方式,这就会对5G共享造成一定程度上的难点。例如,如果某个运营商选择了NSA的组网方式,由于其需要充分考虑4/5G的耦合情况,从而造成组网的调配和维护比较困难。从理论方案进行考虑,5G无线接入网是可以在非独立组网之间、独立组网与非独立组网、独立组网之间进行工作,但是如果非独立组网和独立组网进行共享会对5G基站提出新的要求。此外,在实际运营过程中,如果进行混合构架就要求共享区内的新空口基站都要有支持两种组网的接口,从而造成邻区的组网也变得更加复杂,并影响了网络优化工作。除此以外,为了满足不同组网混合构架的服务质量,运营商需要制定更加复杂的管理系统,保证4/5G运用网络能够进行统一管理。当4G和5G对应不同运营商时,要实现统一运营会是很大的挑战。3.2 5G无线接入网空口资源共享5G无线接入网共享的方法主要是多运营商只共享无线接入网,而核心网要保持独立,这就对不同运营商之间无线资源的分配提出了新的难点,在处理这类问题时可以考虑选择如下3种方法。3.2.1—固定比例分配这种方式是通过前期调查,然后根据调查结果事先分配好不同运营商的空口资源比例,然后再运用令牌桶的方法,使基站运用用户的多公共陆地移动网络来进行调度,但是这种方法具有决定性的缺点,无法做到动态分析,对运营商的发展具有一定的阻碍作用。3.2.2—部分共享分配首选选择出一部分频谱资源,然后按照一定的比例分配给每个运营商,剩余频谱资源可以由各个运营商进行共享,然后根据实际需要进行抢占,这种方式在一定程度上提高了资源动态效果。3.2.3—按比例共享分配首先设计出一个合适的共享比例,各个运营商可以根据这一比例分配全部的频谱资源,按比例共享分配策略能使共享载频资源利用率达到最高,单用户峰值速率可以达到最大值,不同运营商间的用户可以按设定比例公平分配资源;固定分配比例策略的资源利用率最低,单用户峰值速率也最低。因此实际应用中建议采用按比例共享分配策略,这种方式在很大程度上提升了资源分配的动态效果。通过对3种频谱资源的分配进行分析可以看出,按比例共享分配方法可以使得共享频谱资源得到最大化的利用,用户峰值的速率能够达到最大化,所以在进行资源分配时可以按照此方法进行分配;固定比例分配在3种方法中的资源利用率最低,非常不利于运营商的运营。表1 两种载波共享对比对比项频率网络号无线参数语音回落资源分配共享载波用对方载波,异频组网一个频点同时发双方的网络号只能使用相同的参数,存在冲突可能同载波上要同时配置联通和电信的不同的语音解决方案考虑空口资源分配策略独立载波用自有频率,同频组网自己的频点只发自己的网络号可各自配置自己的参数各自保持无需考虑 (下转第197页)· 195 · 2020年2月25日第37卷第4期陆 猛:5G核心网网络架构及 关键技术研究Telecom Power TechnologyFeb. 25,2020,Vol. 37 No. 4 网网络构架重构,每个传统核心网网元都分成轻量级以及单独的网络功能模块[2]。服务化架构的具体表现在两个方面,一个是服务化的网络功能,另一个是服务化接口。服务化的网络功能是指5G核心网的网络功能,将自身的能力作为主要服务,对于其他的网络功能能够通过接口调用为其服务。服务化接口是指通过轻量级的接口协议,让网络具有相当强的可扩展性,3GPP标准规定服务接口协议必须要采用TCP。3.2 控制和转发分离当前,运营商的4GEPC核心网的网关使用的是S-GW与P-GW合设的设备,形成一种Serving—Area覆盖整个省的业务[3]。在用户端发起移动互联网业务后,可以通过eNodeB向运营商做好IP承载网接入工作,在省会汇聚业务流量后,再向S-GW/P-GW接进,之后将其从移动网转出来,更加方便用户访问互联网。5G核心网运用用户平面与控制平面全部分离的架构,其主要优势在于控制平面功能模块可以在省会进行集中部署,科学调度转发平面的资源;就用户平面网络功能模块来讲,其能够结合实际需求运用分布式方法或者集中方法,合理的部署。如果用户平面功能下沉至边缘DC,就能够实现本地流量分流,且减少端之间的时延。3.3 网络功能虚拟化和网络切片切片技术是5G网络中的一项关键技术,让其可以实现各种业务场景和业务类型,根据需求科学定制网络[4]。5G核心网利用SDN技术,让5G核心网的硬件平台和网络功能可以解耦,形成各种网络功能模块,通过组合这些模块,形成特殊的网络切片。网络切片主要包括接入网络及核心网络等,各个网络切片间能够完成不同网络切片之间的资源共享,也能够将不同网络切片间的资源进行相互隔离。核心网络又包括两部分,控制平面以及用户平面。控制平面所采用的架构是服务化架构,而用户平面所采用的架构模式则可以根据转发性能的需求进行合理的选择。无线网接入在确保网络质量和系统容量等重要指标不受干扰的情况下,无线网络切片必须要基于无线网络DU分层架构,能够运用虚拟化技术,将一些基础设施资源进行共享。必须要重视空口时频资源的合理运用,采用相应的帧结构等不同技术相融合的方法,实现无线资源的智能调度,还可以利用无线网络参数对功能重新配置,以实现不同的切片功能[5]。其中,网络切片管理功能可以实现切片编排管理,还可以将切片的SLA分解成切片子网的SLA。而通信业务管理能够实现从业务需求映射到网络切片需求。4 结 论随着5G的出现,万物互联是已经成为必然的发展趋势。5G网络有多种业务,要求新一代网络架构能够适应于各种业务需求。运营商必须要根据现阶段网络特征以及发展前景,采用相应的组网方法,利用全新的网络架构,进而更好地实现当前网络的演进。参考文献:[1] 何峰赋.5G移动网络新技术及核心网架构[J].电子技术与软件工程,2019,(19):7-8.(理[2] 潘博磊.5G网络新技术及核心网架构[J].信息与电脑论版),2019,(16):172-173,181.[3] 石丽梅,朱又敏,郑 颖,等.基于移动通信技术的5G16(12):时代核心网架构研究[J].无线互联科技,2019,7-8.[4] 朱奋起,张建强,付道繁,等.5G通信需求下核心网网络重构研究[J].电信快报,2019,(3):10-12.[5] 华为公司,HeavyReading.5G核心网服务化架构白皮书[J].电信网技术,2017,(11):70.(上接第195页)4 结 论在4G阶段,网络共享已经成为了运营商降低成本、增加业务的重要方法,所以在5G阶段,运营商对网络共享的建设有了更大的期望,这使得基站共享遇到了非常大的机遇,但是因为5G存在的一些新特性,也给网络共享提出了一些挑战,并为其发展带来了一些不稳定因素。但是无论在哪种方面进行考虑,进行多运营商5G共享都有非常大的优点,所以运营商在进行5G共建共享时要按照先易后难的原则,共同合作、共同开发。参考文献:[1] 刘 亚.多运营商共享5G网络技术方案研究与难点分析[J].光通信研究,2019,45(4):19-24[2] 王学灵.5G网络架构与无线网虚拟化研究[J].邮电设计技术,2019,(7):33-37.[3] 杨洪敏.电信运营商实施5G难点及策略分析[J].移动通信,2017,(16):65-70.[4] 马力君.三大运营商5G研究思路明确网络架构成现阶段重点分析[J].中国新通信,2018,20(23):138.· 197 ·