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SBA+£¬SBA向eSBA演进之路


中兴通讯£º陈亚权¡¢刘西亮¡¢方琰崴

在3GPP R15版本中£¬SBA£¨Service-based Architecture 服务化架构£©作为5G的基础网络架构£¬极大地推动了CT向IT的微服务的转变¡£随着运营商与设备商大范围的测试和试商用£¬SBA的成熟度越来越高¡£SBA架构的引入£¬将电信设备从过去的网元及网元间高耦合模式£¬变成网元功能服务化£¬及服务间轻量级交互协议的低耦合模式£¬使得5G网络成为一个灵活的¡¢可编辑¡¢易上线的按需部署的网络¡£

5G网络面向全场景¡¢全行业应用£¬业务和功能需求越来越多样化£¬这对网络的可靠性要求越来越高¡£网络功能如何解耦¡¢网络功能如何高效通讯和快速发现£¬UPF分布式部署带来的业务连续性等问题£¬都需要基于SBA架构?#20013;?#28436;进和发展£¬因此3GPP在R16 eSBA中提出了25种假设场景及其可能的解决方案¡£

对于SBA如何向eSBA£¨enhanced SBA£©?#20132;?#28436;进£¬如何保护已有SBA架构网络建设投资£¬eSBA并未给出详细的演进方案¡£为此£¬中兴通讯创新性地提出了SBA+的解决方案£¬基于这种新的解决思路和方法£¬极大地方便了SBA向eSBA的演进¡£

R15 SBA的挑战

SBA包括了网络功能服务化NFS(Network Function Service,网络功能服务) 和基于服务的接口SBI (Serial Based Interface串行外设接口)两大元素¡£NFS将传统网元的功能以软件的方式定义为若干个网络功能服务£¬网络功能间的通信与交互£¬通过服务调用的方式?#35789;?#29616;¡£

SBI主要指控制面网络功能服务之间通过http协议通信£¬网络功能服务可以被经过授权的网络功能灵活调用¡£

SBA在网络功能服务化和SBI基础上£¬通过存储和计算的分离£¬即逻辑上独立出来非结构化数据服务功能£¨UDSF£©和结构化数据服务功能£¨UDR£©£¬从而实现了无状态NF£»同时通过CUPS实现控制面和转发面分离£¬将对网络协议功能强?#35272;?#30340;转发面UPF£¨User Plane Function 用户面功能£©从网络中分离出来£¬实现更为灵活的部署£¬满足不同应用场景需求¡£

图1 3GPP 建议的5G SBA架构图£¨TS 23.501 R15£©

SBA推动了5GC的重大变革£¬同时也带来了新的挑战£º

¡ñ 对无状态网络功能的解析£¬当前还有很多的NF还存在业务逻辑和接口的绑定£¬导致不能做到真正的无状态£¬如AMF£¨Access and Mobility Management Function 接入和移动性管理功能£©无状态受限NR连接£»

¡ñ 各个NF中的通用功能和专有功能的切割问题£¬如何让NF能做到更加?#30475;â£?/p>

¡ñ 对网络功能NF提供的网络功能服务NFS的细分问题£¬如SMF中PDU£¨Protocol Data Unit 协议数据单元£©Session既包含会?#25353;?#29702;?#32844;?#21547;PCC部分处理£»

¡ñ CUPS控制面和转发面分离£¬对于C和U的组合以及容灾处理£¬在配置简化¡¢开通运维上£¬依然有很多挑战¡£

这些挑战£¬对发挥SBA的低耦合¡¢高灵活方面£¬有着重大的影响¡£同?#20445;?#36825;些挑战£¬也为R16 eSBA的设计提供了解决问题的方向¡£

R16 eSBA的设计

在2018年12?#36335;Ë|?GPP正式发布了R16第一版eSBA构想£¬针对SBA可能面临的7种典型事件£¬提出了25个解决方案£¬诸如对SFSF以及NF进行功能重组等£¬而对如何从SBA向eSBA演进£¬并未给出详细建议£¬因此解决从SBA到eSBA的演进£¬将会有力的推动SBA向更加灵活可靠的eSBA?#20132;?#28436;进¡£

以eSBA分布式服务框架设计为例£¬将业务和框架解耦£¬业务拆分成业务逻辑和框架代理£¬框架进行功能重构£¬把业务发现¡¢注册¡¢?#29616;¤¡?#36335;由控制等功能£¬作为框架的基本功能£¬通过框架代理£¬为所有业务服务¡£

图2 3GPP eSBA分布式服务框架£¨TS 23.742 R16£©

eSBA还要对网络功能NF提供的网络功能服务NFS做更详细的模块化细分£¬以AMF为例£¬在R15中£¬AMF包括Communication¡¢EventExposure¡¢Location和MT£¨Mobile Termination 终呼£©四种网络功能服务£¬未来能更好的为UE管理好N2连接£¬需要新增N2网络功能服务£¬而这个服务就是从AMF中再次细分出来的¡£

SBA+创?#36335;?#26696; SBA到eSBA的演进之路

中兴率先在行业提出SBA+解决方案£¬铺平从SBA到eSBA的演进之路¡£

图3 中兴通讯SBA+网络架构

¡ñ 网络功能无状态重构

依托SBA架构£¬对网络功能服务做逻辑划分£¬提取网络功能服务£¨NFS£©有状态部分£¬对有状态部分做特殊可靠?#28304;?#29702;¡£网络功能服务无状态部分代表了该网络功能服务£¬对外表现为无状态¡£进而实现了网络功能服务妙极弹缩£¬按需弹缩£¬更加方便业务的发展¡£

¡ñ 网络功能服务实现业务逻辑和接口细分

针对AMF¡¢SMF¡¢UDM等这样的3GPP定义的网络功能£¬进行重构£¬把链路管理¡¢功能发现等功能£¬分拆出作为单独服务£¬以通用服务来为其它网络功能提供服务£¬即业务逻辑和通用逻辑功能分离¡£

以AMF为例£¬把和(R)AN的N2接口£¬以及和MME交互的N26接口的链路处理部?#32844;?#31163;出来£¬这部分链路处理模块£¬还可以被SMF共用£¬让AMF专注于处理接入相关的业务逻辑¡£

经过网络功能重构之后£¬业务逻辑专注于处理业务£¬需要网络功能间通信?#20445;?#20877;向通用服务发出请求£¬通用服务再进行响应¡£通用服务共享给其他网络功能使用之后£¬其模块利用率也大大提供¡£重构之后£¬业务逻辑和通用功能都达到了轻量化£¬让?#20302;?#30340;弹缩?#37096;?#20197;更加灵活¡£

¡ñ 网络功能服务按照功能特性内聚细分

要满足eSBA的演进要求£¬还需要对网络功能服务进一步内聚£¬将具有独立特性¡¢功能的模块抽象出来£¬成为新的NFS¡£

以SMF为例£¬根据3GPP R15定义£¬SMF包括两种服务£¬PDUSession和EventExposure¡£中兴通讯将PDUSession根据其功能特点进行了再次细分£¬拆分成IPM£¨IP Management IP管理£©£¬UPM£¨User Management用户管理£©£¬PDUSession-C£¬PDUSession-PCC£¬不同场景£¬不同需求£¬发现和运行不同的服务¡£

经过细分£¬让网络功能的重组的更加精细化£¬也为网络功能的重组提供了更多的组合的可能£¬最终目的依然是让网络更加的灵活¡£

¡ñ CUPS控制转发优化

在4G网络里£¬为提高媒体面转发效率£¬降低时延£¬提高带宽£¬增强容灾£¬将SAE-GW分离成 GW-C和GW-U£¬而在5G网络中£¬由于媒体面UPF已经是一个单独基于SBA的网络功能£¬通过N4接口和SMF灵活部署£¬UPF可以下沉到MEC¡£

但是SBA下存在着C面和U面的配置复杂而导致开通复杂的问题£¬中兴通讯通过更加科学的C面和U面的灵活简化配置£¬使得SMF和UPF可以进行1:1/1:M/M:1/M:N等各种复杂场景下的配置£¬大大提高了CUPS的容灾能力£¬也缩短了?#20302;?#24320;通时间£¬为向eSBA高可靠容灾场景的演进打下基础¡£

总体上看£¬虽然3GPP R16中eSBA的解决方案还有很多需要进一步讨论£¬但是SBA向eSBA演进是必由之路£¬而中兴通讯领先的SBA+解决方案£¬为SBA向eSBA?#20132;?#28436;进提供了有力的方向¡£


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