Базовая сеть всегда была одним из передовых направлений в развитии беспроводных технологий сотовой связи. Каждое поколение приносило нам головокружительное множество новых аббревиатур в этой области. В 2G были центры коммутации мобильной связи (MSC), регистры домашнего местоположения (HLR) и регистры местоположения посетителей (VLR). 3G представила IP-мультимедийную систему (IMS), а 4G представила объект управления мобильностью (MME) и шлюзы пакетных данных (PGW). Этот парад явно физически независимых функций скрывает тенденцию к увеличению программного обеспечения, которое ускоряется после 2G.
В 5G эта тенденция к программированию, скорее всего, достигнет взаимосвязи, стирающей все оставшиеся границы между аппаратным и программным обеспечением. Некоторые люди говорят, что основная сеть исчезнет в облаке в 5G. С определенной точки зрения я с ними не согласен. Тем не менее, в более широкой перспективе, она по-прежнему остается богатой и важной областью инноваций, которая будет определять ключевой элемент будущего беспроводной связи.
Что такое базовая сеть?
Назначение базовой сети значительно изменилось на протяжении поколений, но в основном ее основная функция осталась прежней — подключить сеть радиодоступа к сети стороннего поставщика, чтобы сделать возможным сквозное соединение. До 3G эта сторонняя сеть была, во всех смыслах, Коммутируемой телефонной сетью общего пользования (PSTN), а начиная с 3G она постепенно превратилась в исключительно общедоступный Интернет. Мобильные пользователи, конечно, имеют несколько иные требования, чем их фиксированные коллеги, не в последнюю очередь из-за того, что они склонны немного перемещаться. Это все усложняет, и большая часть подробной функциональности базовой сети связана с управлением этими требованиями. Как правило, основная функциональность сети развивалась в трех плоскостях: управление услугами, управление сеансами и управление мобильностью.
Помимо базовых голосовых услуг, управление услугами для сетей 2G и 3G сводилось к воссозданию ISDN через беспроводное соединение. В дополнение к этому 2G представила первое «убойное приложение» — службу коротких сообщений (SMS). По иронии судьбы, эта «услуга» на самом деле была задумана как решение более приземленной задачи доставки индикации об ожидающем вызове и только позже превратилась в необходимый опыт обмена сообщениями, который мы знаем сегодня.
Управление сеансом связано с установлением, обслуживанием и разрывом соединений для передачи данных. В 2G и 3G это проявляется как автономная служба пакетной радиосвязи общего назначения (GPRS). 4G представила полностью интегрированную систему только для передачи данных, оптимизированную для мобильной широкополосной связи, в которой базовая телефония поддерживается только как один профиль.
Управление мобильностью, как следует из названия, касается всего, что необходимо для поддержки перемещения пользователей в мобильной сети. Сюда входят такие функции, как регистрация в системе, отслеживание местоположения и передача обслуживания. Принципы этих функций относительно мало изменились на протяжении поколений, кроме оптимизаций, направленных на снижение большой сигнальной нагрузки, которую они возлагают на систему.
Как сегодня выглядит базовая сеть 4G?
Основной функцией базовой сети 4G сегодня является обеспечение эффективной передачи данных. Существование функции управления услугами как выделенной сущности было в значительной степени подчинено новому мировому порядку «приложений». Управление сеансами и управление мобильностью теперь являются двумя основными функциями, которые обеспечивают базовую сеть.
Управление сеансами в 4G заключается в том, чтобы как можно быстрее обеспечить подключение к данным и открыть туннель для мира приложений в Интернете. Это обеспечивается двумя основными сетевыми функциями: обслуживающим шлюзом (SGW) и шлюзом пакетных данных (PGW). Управление мобильностью гарантирует, что эти сеансы данных могут поддерживаться при перемещении пользователя по сети. Функции управления мобильностью централизованы в сетевом узле, называемом объектом управления мобильностью (MME). Услуги, в том числе голосовые, предоставляются в виде «приложения», работающего поверх этого канала передачи данных 4G. Однако ключевое слово в этом миксе — «функция». Полезно подчеркнуть, что отличительная природа функций управления сеансом и мобильностью обеспечивает модульность этих программных функций таким образом, чтобы их можно было легко развернуть на любом готовом коммерческом оборудовании (COTS).
Какие изменения ожидаются для 5G?
Самое большое изменение в 5G, возможно, заключается в том, что услуги действительно будут приносить некоторую прибыль. Однако они будут совсем не такими, какими мы их видели раньше. 5G не будет дублировать ISDN. Скорее, теперь план состоит в том, чтобы предоставить всю Сеть как услугу. Подход к этому, принятый в 3GPP, заключается в перестройке всего ядра на основе сервисно-ориентированного подхода к архитектуре. Это влечет за собой разбиение всего на еще более подробные функции и подфункции. MME ушел, но не забыт. Его прежняя функциональность была перераспределена в точные семейства сетевых функций мобильности и управления сеансами. Таким образом, регистрация, доступность, управление мобильностью и управление соединениями теперь являются новыми услугами, предлагаемыми новой общей сетевой функцией, получившей название Функция управления доступом и мобильностью (AMF). Установление сеанса и управление сеансом, также ранее входившие в MME, теперь будут новыми услугами, предлагаемыми новой сетевой функцией, называемой функцией управления сеансом (SMF). Кроме того, функции маршрутизации и пересылки пакетов, которые в настоящее время выполняются SGW и PGW в 4G, теперь будут реализованы как услуги, предоставляемые с помощью новой сетевой функции, называемой функцией плоскости пользователя (UPF).
3GPP хорошо продвигается на этапе I этой новой системной архитектуры на основе услуг (TS 23.501 и TS 23.502), и ожидается, что он будет завершен к декабрю 2017 года. Этап I будет включать в себя базовое системное решение и базовые возможности нарезки сети. Многие дополнительные функции и возможности появятся на этапе II и далее.
Почему основная сеть исчезает?
Весь смысл этого нового архитектурного подхода заключается в обеспечении гибкого решения «Сеть как услуга». Стандартизируя модульный набор сервисов, это позволяет развертывать «на лету» в централизованных, распределенных или смешанных конфигурациях, чтобы обеспечить целевые конфигурации сети для разных пользователей. Именно этот акт динамического объединения различных сервисов лежит в основе создания волшебных сетевых сегментов, которые будут так важны в 5G для удовлетворения разнообразных ожидаемых потребностей пользователей. Суть во всем этом в том, что упор теперь делается исключительно на программное обеспечение. Физические блоки, в которых реализуются эти программные сервисы, могут находиться в облаке или на любом целевом оборудовании COTS в системе. Именно эта неосязаемость физичности стоит за представлением о том, что базовая сеть может исчезнуть в 5G. В более ранних поколениях было легко войти в центр коммутации операторов связи и физически указать на MSC или HLR. Впрочем, и тогда все в большей степени тоже касалось софта. Поставщики нередко строили свои MSC на тех же аппаратных платформах, что и их HLR. Кроме того, в реализации каждого поставщика было обычным делом совмещать функциональные возможности VLR и MSC в одном и том же продукте. С этой точки зрения, базовая сеть медленно исчезала в течение десятилетий, так что не стоит об этом беспокоиться. Я могу обещать вам, что все функции останутся на месте, но вам, возможно, просто нужно немного поискать их в 5G.
Авторское право © 2017 IDG Communications, Inc.