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                        SBA+,SBA向eSBA演進之路

                        http://www.vmoj.tw ( 2019/2/22 15:59 )

                        3GPP R15版本中,SBA(Service-based Architecture 服務化架構)作為5G的基礎網絡架構,極大地推動了CT向IT的微服務的轉變。隨著運營商與設備商大范圍的測試和試商用,SBA的成熟度越來越高。SBA架構的引入,將電信設備從過去的網元及網元間高耦合模式,變成網元功能服務化,及服務間輕量級交互協議的低耦合模式,使得5G網絡成為一個靈活的、可編輯、易上線的按需部署的網絡。

                        5G網絡面向全場景、全行業應用,業務和功能需求越來越多樣化,這對網絡的可靠性要求越來越高。網絡功能如何解耦、網絡功能如何高效通訊和快速發現,UPF分布式部署帶來的業務連續性等問題,都需要基于SBA架構持續演進和發展,因此3GPP在R16 eSBA中提出了25種假設場景及其可能的解決方案。

                        對于SBA如何向eSBA(enhanced SBA)平滑演進,如何保護已有SBA架構網絡建設投資,eSBA并未給出詳細的演進方案。為此,中興通訊創新性地提出了SBA+的解決方案,基于這種新的解決思路和方法,極大地方便了SBA向eSBA的演進。

                        R15 SBA的挑戰

                        SBA包括了網絡功能服務化NFS(Network Function Service,網絡功能服務) 和基于服務的接口SBI (Serial Based Interface串行外設接口)兩大元素。NFS將傳統網元的功能以軟件的方式定義為若干個網絡功能服務,網絡功能間的通信與交互,通過服務調用的方式來實現。

                        SBI主要指控制面網絡功能服務之間通過http協議通信,網絡功能服務可以被經過授權的網絡功能靈活調用。

                        SBA在網絡功能服務化和SBI基礎上,通過存儲和計算的分離,即邏輯上獨立出來非結構化數據服務功能(UDSF)和結構化數據服務功能(UDR),從而實現了無狀態NF;同時通過CUPS實現控制面和轉發面分離,將對網絡協議功能強依賴的轉發面UPF(User Plane Function 用戶面功能)從網絡中分離出來,實現更為靈活的部署,滿足不同應用場景需求。

                        圖1   3GPP 建議的5G SBA架構圖(TS 23.501 R15)

                        SBA推動了5GC的重大變革,同時也帶來了新的挑戰:

                        ● 對無狀態網絡功能的解析,當前還有很多的NF還存在業務邏輯和接口的綁定,導致不能做到真正的無狀態,如AMF(Access and Mobility Management Function 接入和移動性管理功能)無狀態受限NR連接;

                        ● 各個NF中的通用功能和專有功能的切割問題,如何讓NF能做到更加純粹;

                        ● 對網絡功能NF提供的網絡功能服務NFS的細分問題,如SMF中PDU(Protocol Data Unit 協議數據單元)Session既包含會話處理又包含PCC部分處理;

                        ● CUPS控制面和轉發面分離,對于C和U的組合以及容災處理,在配置簡化、開通運維上,依然有很多挑戰。

                        這些挑戰,對發揮SBA的低耦合、高靈活方面,有著重大的影響。同時,這些挑戰,也為R16 eSBA的設計提供了解決問題的方向。

                        R16 eSBA的設計

                        在2018年12月份,3GPP正式發布了R16第一版eSBA構想,針對SBA可能面臨的7種典型事件,提出了25個解決方案,諸如對SFSF以及NF進行功能重組等,而對如何從SBA向eSBA演進,并未給出詳細建議,因此解決從SBA到eSBA的演進,將會有力的推動SBA向更加靈活可靠的eSBA平滑演進。

                        以eSBA分布式服務框架設計為例,將業務和框架解耦,業務拆分成業務邏輯和框架代理,框架進行功能重構,把業務發現、注冊、認證、路由控制等功能,作為框架的基本功能,通過框架代理,為所有業務服務。

                        圖2   3GPP eSBA分布式服務框架(TS 23.742 R16)

                        eSBA還要對網絡功能NF提供的網絡功能服務NFS做更詳細的模塊化細分,以AMF為例,在R15中,AMF包括Communication、EventExposure、Location和MT(Mobile Termination 終呼)四種網絡功能服務,未來能更好的為UE管理好N2連接,需要新增N2網絡功能服務,而這個服務就是從AMF中再次細分出來的。

                        SBA+創新方案 SBA到eSBA的演進之路

                        中興率先在行業提出SBA+解決方案,鋪平從SBA到eSBA的演進之路。

                        圖3   中興通訊SBA+網絡架構

                        ● 網絡功能無狀態重構

                        依托SBA架構,對網絡功能服務做邏輯劃分,提取網絡功能服務(NFS)有狀態部分,對有狀態部分做特殊可靠性處理。網絡功能服務無狀態部分代表了該網絡功能服務,對外表現為無狀態。進而實現了網絡功能服務妙極彈縮,按需彈縮,更加方便業務的發展。

                        ● 網絡功能服務實現業務邏輯和接口細分

                        針對AMF、SMF、UDM等這樣的3GPP定義的網絡功能,進行重構,把鏈路管理、功能發現等功能,分拆出作為單獨服務,以通用服務來為其它網絡功能提供服務,即業務邏輯和通用邏輯功能分離。

                        以AMF為例,把和(R)AN的N2接口,以及和MME交互的N26接口的鏈路處理部分剝離出來,這部分鏈路處理模塊,還可以被SMF共用,讓AMF專注于處理接入相關的業務邏輯。

                        經過網絡功能重構之后,業務邏輯專注于處理業務,需要網絡功能間通信時,再向通用服務發出請求,通用服務再進行響應。通用服務共享給其他網絡功能使用之后,其模塊利用率也大大提供。重構之后,業務邏輯和通用功能都達到了輕量化,讓系統的彈縮也可以更加靈活。

                        ● 網絡功能服務按照功能特性內聚細分

                        要滿足eSBA的演進要求,還需要對網絡功能服務進一步內聚,將具有獨立特性、功能的模塊抽象出來,成為新的NFS。

                        以SMF為例,根據3GPP R15定義,SMF包括兩種服務,PDUSession和EventExposure。中興通訊將PDUSession根據其功能特點進行了再次細分,拆分成IPM(IP Management IP管理),UPM(User Management用戶管理),PDUSession-C,PDUSession-PCC,不同場景,不同需求,發現和運行不同的服務。

                        經過細分,讓網絡功能的重組的更加精細化,也為網絡功能的重組提供了更多的組合的可能,最終目的依然是讓網絡更加的靈活。

                        ● CUPS控制轉發優化

                        4G網絡里,為提高媒體面轉發效率,降低時延,提高帶寬,增強容災,將SAE-GW分離成 GW-C和GW-U,而在5G網絡中,由于媒體面UPF已經是一個單獨基于SBA的網絡功能,通過N4接口和SMF靈活部署,UPF可以下沉到MEC。

                        但是SBA下存在著C面和U面的配置復雜而導致開通復雜的問題,中興通訊通過更加科學的C面和U面的靈活簡化配置,使得SMF和UPF可以進行1:1/1:M/M:1/M:N等各種復雜場景下的配置,大大提高了CUPS的容災能力,也縮短了系統開通時間,為向eSBA高可靠容災場景的演進打下基礎。

                        總體上看,雖然3GPP R16中eSBA的解決方案還有很多需要進一步討論,但是SBA向eSBA演進是必由之路,而中興通訊領先的SBA+解決方案,為SBA向eSBA平滑演進提供了有力的方向。

                        作者:中興通訊:陳亞權、劉西亮、方琰崴   來源:C114通信網

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