7月初,台湾三大电信都已推出各自5G商用服务,但与全球多数电信商一样,他们最先都采用非独立架构部署5G网络,也就是后端的电信核心网络还是使用原有4G技术,只是在基地台同时使用4G基站搭配5G规格设备,而非直接使用独立的5G核网与基地台提供网络服务,然而,电信商何时转换成独立5G架构,将会大大影响5G初期的企业应用场景,尤其,需要有5G 的网络切片技术,来打造更具客制化、弹性的网络部署方式,也是实现5G企业应用服务一大关键。
以目前的电信基础设施来看,不论是4G或5G网络,都是由两部分组成,一个是RAN无线接取网络,也就是基地台,另一个则是核心网络,但不同是,5G网络有两种部署方式,一种是采用非独立(NSA)组网架构,在NSA模式下,5G核网跟4G基本上是一样架构,只是它具备了5G NSA部分执行所需要的功能,并配备有独立5G基地台。独立(SA)架构的5G网络,则更进一步连核心网络也改用独立的5G核网来布建,因此,不论是速度、带宽、低延迟表现,都比采用NSA模式来得更有效率。
从现有5G网络架构,朝向下一阶段独立组网5G SA发展
由于各国电信商,包括台湾在内,初期都是以部署NSA架构的5G网络为第一步,今年下半或明年才会展开SA测试。初期选择采用NSA架构,可能有诸多原因,投资成本,布建复杂程度、市场需求,以及采用技术成熟度都是其考量。
从现有NSA架构的5G 网络发展来看,其速度较4G获得明显的提升,达到Gb级,但是由于缺少一个全新5G核网的架构,支援新的5G无线接取网络技术,因此,并无法充分发挥5G网络的特性,也就是大带宽、低延迟,以及广连结。
以低延迟传输为例,远传电信企业暨国际事业群执行副总经理曾诗渊就表示,在非独立5G网络架构运作下,其延迟时间实测约为10毫秒,但想要缩短到5毫秒内,就得要透过一个独立核网,也就是SA架构的5G网络,才能办到。
不单是速度或反应能力的提升,未来更有不少关键5G服务技术,得要在SA架构发展下,才能够充分发挥其功能,例如网络切片(Network Slicing)、超低延迟传输,与超高可靠服务等。
尤其,网络切片技术,更需要有这样一个全新5G SA电信网络架构,才能够加以付诸实现。
网络切片的概念,简单来说,就是利用切片技术在实体网络上建立多张逻辑网络,每张逻辑网络或切片网络,都可以有属于自己网络配置,例如网络带宽、封包传送路径等,所以,逻辑上每一张切片网络,就可以专属于某一类应用,或是满足特定企业用户的专用网络需求。
网络切片说穿了,就是服务品质管理(QoS),来提供不同的QoS服务,以满足各式各样应用需求。例如电信商提供物联网服务时,可透过5G的网络切片技术,将移动网络分割成适合部署大量IoT服务的网络规模,或是为企业建立专网等。当这项技术进到商用化以后,各家电信商才能够依据不同的服务需求或应用情境,来替企业量身打造专属的传输网络服务。
在5G还没问世之前,4G网络就已支援网络切片,电信业者可通过4G的管理功能,来实现部分的网络切片功能,但以往,大多以硬件方式来完成网络切分的动作,执行上较缺乏效率,直到后来,进到4G后期,甚至5G到来以后,有越来越多电信商开始引进虚拟化技术,来提供软件切割的支援方式,也就是透过软件定义网络(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)技术,来实现网络切片的新作法。
更进一步来说,这样一个虚拟化的网络切片作法,就是将4G行动核网功能,从传统电信设备硬件中抽离,并以软件方式在x86服务器上来执行,再利用SDN技术来集中控管网络资源,透过这种软件定义架构,来让切片执行变得更有效率。
不过,进到5G商用以后,特别是企业端应用,中华电信行动通讯分公司工务处高级工程师邱哲盛直言,5G网络切片想要用得好,就必须将移动网络转换到5G SA架构。
他进一步解释,这是因为一些重要网络切片功能,都是定义在SA架构中,以SBA服务导向架构(Service Based Architecture)为例,它就是一个在SA架构才有的一个服务管理架构。SBA改从服务模组概念,来设计5G移动网络主要功能,取代传统4G网络点到点的网络架构型态,来提供弹性调度网络资源的新作法。但现有的5G NSA网络并不支援这个架构,这也让电信商在使用网络切片功能时,容易受到诸多限制,例如,没办法像SA架构,能够有效灵活使用,或切分可利用的网络资源,来建立各种切片网络,满足不同的应用,“简单说,用5G NSA提供的网络切片功能,就是一种MDVPN(行动数据专用网络)服务”他说。
曾诗渊也提到,5G跟4G最大不同,除了有大带宽、大连结、低延迟外,另还有两个特性,网络切片就是其中一个,另一个特性是边缘运算,“这两个是企业专网最主要的精神。 ”他说。
不过,除非企业专网采用的建置方案,是有包含将核网放进企业自己家里,自行能改用5G SA架构来部署核网,否则企业大多用的还是电信商提供的非独立5G公网为主。因此,电信商何时转换成5G SA架构,也会影响5G初期的企业应用场景,例如虽然可以运用在企业专网,但若要做到更进阶或是较为复杂的场域应用,就会比较困难,比如依据不同产业、城市特性,来提供符合其发展所需的各种通讯网络环境等。
根据GSMA在去年4月一份两百页5G指导原则报告中也整理出,未来两年5G服务技术演进的蓝图,预计2021年时,将会多项5G服务层功能完成,包括增强型网络切片、超低延迟传输、超高可靠服务、增强型蜂巢式IoT等。未来这些5G技术功能将在SA架构发展逐一完善,让电信商可以使用更成熟5G技术,来提供新服务和应用,甚至替垂直产业带来更多应用。
七月初,3GPP R16标准出炉,3GPP在这一版特别强化SA架构5G网络在产业端应用,像是支援C-V2X车联网、工业IoT等场景应用等。当新标准完成进到商用,企业就更容易用它来创新应用,如自驾车、AMR自主移动机器人等。
近来,国外一些电信商也开始投入5G SA网络的测试,甚至5G还没开台,日本新进电信商乐天行动就已提早展开布局,决定采用SA独立架构的5G核心网络,打造自家下一代5G网络服务,最快明年就会商用。最近更有针对全球40家电信营运商的调查公布,显示有8成电信营运商,未来两年内将开始部署5G SA网络。
伴随着Rel-16标准的完成,邱哲盛观察,由于5G SA相关应用主要会是放在这一版本,因此,从应用发展角度来看,考虑到相关硬件设备和芯片的支援,以及终端成熟,他认为,5G SA初步形成有规模性的产业生态链,时间最快会是在2022年下半年后。
就连国内三大电信也都开始投入5G SA研究与发展,甚至有的业者已进到PoC测试阶段。身为电信龙头,中华电信在5G未开台前,就有在国内某一新创园区展开实验性专频专网PoC,该专网采用就是5G SA架构,来提供新创企业一个专属网络环境,让他们可以在这个网络环境里做应用测试。中华电信表示,对于5G SA已提前准备,待标准,技术与产品成熟之后,市场有需求就会进场。
台哥大则规划,下半年就会展开5G SA网络建置,除了采用SBA服务导向架构外,接下来,也会在核心网络导入SDN、NFV等技术,预计花3年将5G网络升级到SA架构。
远传则透露,目前正在进行5G SA网络架构的PoC测试,以了解NSA和SA在功能和使用上的差异。但该公司也强调,未来即使SA系统准备就绪,仍将同时提供支援NSA和SA双模式,供个人用户或企业使用。
台湾5G商用后,各家电信商不光是拼5G用户数、网速、讯号涵盖率,垂直产业应用将成为下一个兵家争夺的新战场,谁能先完成SA转换,抢先商用化,就能掌握未来5G企业商机。
未来2年5G服务技术演进
2019
● MEC边缘运算
● 网络切片
2020 持续性5G通讯服务
2020年7月 3GPP R16标准制定完成(包含可较佳支援C-V2X、IIoT等场景的5G SA架构应用服务)
2021~2022
● 可信的非3GPP存取
● 超低延迟传输
● 超高可靠性服务
● 增强型网络切片
● 增强型蜂巢式IoT
资料来源:GSMA、3GPP,iThome整理,2020年7月
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