中興通訊：陳亞權(quán)、劉西亮、方琰崴
在3GPP R15版本中，SBA（Service-based Architecture 服務(wù)化架構(gòu)）作為5G的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，極大地推動了CT向IT的微服務(wù)的轉(zhuǎn)變。隨著運(yùn)營商與設(shè)備商大范圍的測試和試商用，SBA的成熟度越來越高。SBA架構(gòu)的引入，將電信設(shè)備從過去的網(wǎng)元及網(wǎng)元間高耦合模式，變成網(wǎng)元功能服務(wù)化，及服務(wù)間輕量級交互協(xié)議的低耦合模式，使得5G網(wǎng)絡(luò)成為一個靈活的、可編輯、易上線的按需部署的網(wǎng)絡(luò)。
5G網(wǎng)絡(luò)面向全場景、全行業(yè)應(yīng)用，業(yè)務(wù)和功能需求越來越多樣化，這對網(wǎng)絡(luò)的可靠性要求越來越高。網(wǎng)絡(luò)功能如何解耦、網(wǎng)絡(luò)功能如何高效通訊和快速發(fā)現(xiàn)，UPF分布式部署帶來的業(yè)務(wù)連續(xù)性等問題，都需要基于SBA架構(gòu)持續(xù)演進(jìn)和發(fā)展，因此3GPP在R16 eSBA中提出了25種假設(shè)場景及其可能的解決方案。
對于SBA如何向eSBA（enhanced SBA）平滑演進(jìn)，如何保護(hù)已有SBA架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資，eSBA并未給出詳細(xì)的演進(jìn)方案。為此，中興通訊創(chuàng)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(jìn)。
R15 SBA的挑戰(zhàn)
SBA包括了網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)化NFS(Network Function Service,網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)) 和基于服務(wù)的接口SBI (Service Based Interface基于業(yè)務(wù)的接口)兩大元素。NFS將傳統(tǒng)網(wǎng)元的功能以軟件的方式定義為若干個網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)，網(wǎng)絡(luò)功能間的通信與交互，通過服務(wù)調(diào)用的方式來實現(xiàn)。
SBI主要指控制面網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)之間通過http協(xié)議通信，網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)可以被經(jīng)過授權(quán)的網(wǎng)絡(luò)功能靈活調(diào)用。
SBA在網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)化和SBI基礎(chǔ)上，通過存儲和計算的分離，即邏輯上獨立出來非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)服務(wù)功能（UDSF）和結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)服務(wù)功能（UDR），從而實現(xiàn)了無狀態(tài)NF；同時通過CUPS實現(xiàn)控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離，將對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議功能強(qiáng)依賴的轉(zhuǎn)發(fā)面UPF（User Plane Function 用戶面功能）從網(wǎng)絡(luò)中分離出來，實現(xiàn)更為靈活的部署，滿足不同應(yīng)用場景需求。
圖1 3GPP 建議的5G SBA架構(gòu)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(zhàn)：
● 對無狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)功能的解析，當(dāng)前還有很多的NF還存在業(yè)務(wù)邏輯和接口的綁定，導(dǎo)致不能做到真正的無狀態(tài)，如AMF（Access and Mobility Management Function 接入和移動性管理功能）無狀態(tài)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(wǎng)絡(luò)功能NF提供的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)NFS的細(xì)分問題，如SMF中PDU（Protocol Data Unit 協(xié)議數(shù)據(jù)單元）Session既包含會話處理又包含PCC部分處理；
● CUPS控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離，對于C和U的組合以及容災(zāi)處理，在配置簡化、開通運(yùn)維上，依然有很多挑戰(zhàn)。
這些挑戰(zhàn)，對發(fā)揮SBA的低耦合、高靈活方面，有著重大的影響。同時，這些挑戰(zhàn)，也為R16 eSBA的設(shè)計提供了解決問題的方向。
R16 eSBA的設(shè)計
在2018年12月份，3GPP正式發(fā)布了R16第一版eSBA構(gòu)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(jìn)行功能重組等，而對如何從SBA向eSBA演進(jìn)，并未給出詳細(xì)建議，因此解決從SBA到eSBA的演進(jìn)，將會有力的推動SBA向更加靈活可靠的eSBA平滑演進(jìn)。
以eSBA分布式服務(wù)框架設(shè)計為例，將業(yè)務(wù)和框架解耦，業(yè)務(wù)拆分成業(yè)務(wù)邏輯和框架代理，框架進(jìn)行功能重構(gòu)，把業(yè)務(wù)發(fā)現(xiàn)、注冊、認(rèn)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(yè)務(wù)服務(wù)。
圖2 3GPP eSBA分布式服務(wù)框架（TS 23.742 R16）
eSBA還要對網(wǎng)絡(luò)功能NF提供的網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)NFS做更詳細(xì)的模塊化細(xì)分，以AMF為例，在R15中，AMF包括Communication、EventExposure、Location和MT（Mobile Termination 終呼）四種網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)，未來能更好的為UE管理好N2連接，需要新增N2網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)，而這個服務(wù)就是從AMF中再次細(xì)分出來的。
SBA+創(chuàng)新方案 SBA到eSBA的演進(jìn)之路
中興率先在行業(yè)提出SBA+解決方案，鋪平從SBA到eSBA的演進(jìn)之路。
圖3 中興通訊SBA+網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
● 網(wǎng)絡(luò)功能無狀態(tài)重構(gòu)
依托SBA架構(gòu)，對網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)做邏輯劃分，提取網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)（NFS）有狀態(tài)部分，對有狀態(tài)部分做特殊可靠性處理。網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)無狀態(tài)部分代表了該網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)，對外表現(xiàn)為無狀態(tài)。進(jìn)而實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)妙極彈縮，按需彈縮，更加方便業(yè)務(wù)的發(fā)展。
● 網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)實現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯和接口細(xì)分
針對AMF、SMF、UDM等這樣的3GPP定義的網(wǎng)絡(luò)功能，進(jìn)行重構(gòu)，把鏈路管理、功能發(fā)現(xiàn)等功能，分拆出作為單獨服務(wù)，以通用服務(wù)來為其它網(wǎng)絡(luò)功能提供服務(wù)，即業(yè)務(wù)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(guān)的業(yè)務(wù)邏輯。
經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)之后，業(yè)務(wù)邏輯專注于處理業(yè)務(wù)，需要網(wǎng)絡(luò)功能間通信時，再向通用服務(wù)發(fā)出請求，通用服務(wù)再進(jìn)行響應(yīng)。通用服務(wù)共享給其他網(wǎng)絡(luò)功能使用之后，其模塊利用率也大大提供。重構(gòu)之后，業(yè)務(wù)邏輯和通用功能都達(dá)到了輕量化，讓系統(tǒng)的彈縮也可以更加靈活。
● 網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)按照功能特性內(nèi)聚細(xì)分
要滿足eSBA的演進(jìn)要求，還需要對網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)進(jìn)一步內(nèi)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(jù)3GPP R15定義，SMF包括兩種服務(wù)，PDUSession和EventExposure。中興通訊將PDUSession根據(jù)其功能特點進(jìn)行了再次細(xì)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(fā)現(xiàn)和運(yùn)行不同的服務(wù)。
經(jīng)過細(xì)分，讓網(wǎng)絡(luò)功能的重組的更加精細(xì)化，也為網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)更加的靈活。
● CUPS控制轉(zhuǎn)發(fā)優(yōu)化
在4G網(wǎng)絡(luò)里，為提高媒體面轉(zhuǎn)發(fā)效率，降低時延，提高帶寬，增強(qiáng)容災(zāi)，將SAE-GW分離成 GW-C和GW-U，而在5G網(wǎng)絡(luò)中，由于媒體面UPF已經(jīng)是一個單獨基于SBA的網(wǎng)絡(luò)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(fù)雜而導(dǎo)致開通復(fù)雜的問題，中興通訊通過更加科學(xué)的C面和U面的靈活簡化配置，使得SMF和UPF可以進(jìn)行1:1/1:M/M:1/M:N等各種復(fù)雜場景下的配置，大大提高了CUPS的容災(zāi)能力，也縮短了系統(tǒng)開通時間，為向eSBA高可靠容災(zāi)場景的演進(jìn)打下基礎(chǔ)。
總體上看，雖然3GPP R16中eSBA的解決方案還有很多需要進(jìn)一步討論，但是SBA向eSBA演進(jìn)是必由之路，而中興通訊領(lǐng)先的SBA+解決方案，為SBA向eSBA平滑演進(jìn)提供了有力的方向。
