运营商5G核心网精准规划思路分析

运营商5G核心网精准规划思路分析
摘要：随着5G业务的快速发展，5G核心网对海量业务需求的承接能力将成为运营商挖
掘市场的关键基础。

对于核心网网络的精准规划和合理建设，能够进一步平衡移动业务发展
需求和网络容量建设之间的供需关系，对运营商构建未来的网络生态体系具有重要意义。

基
于运营商5G核心网的网络容量提出明确的规划方法，对影响规划的重要因素进行具体分析，对核心网网络容量精准规划提出可能的设计思路。

关键词：5G核心网；服务化架构；网络规划；业务模型
中图分类号：TN915.9 文献标识码：A文章编号：
0引言
5G技术的成熟将全球通信行业引入一个数据全面激增的新时代，这场变革促使端到端的网络架构都发生颠覆性的转变。

网络已发展成为人、物、场景之间交
互的泛在媒介，这种大连接、低时延、高速率的新型网络对传统核心网的发展与
演进带来巨大的影响[1]。

当前对于移动核心网络规划要求以市场需求为驱动力，积极推动云网融合在
移动网络发展与演进，形成4G+5G的主体框架，构建智能、安全、柔性、可定制
的网络能力，全力支撑移动宽带数据业务、VoLTE业务、2B业务及物联网业务等
发展，向开放化、虚拟化、软件化、智能化方向发展与演进。

因此，找到一种对
核心网精准规划方法将对移动核心网络发展将起到关键作用。

15GC SBA架构
SBA架构(Service-based architecture)是3GPP提出的5GC统一的基础架构形态，基于云原生架构设计。

该架构通过借鉴IT领域的“微服务”理念，在
3G/4G核心网网元功能基础上将网元控制面和用户面功能剥离，拆分后的网络功
能通过统一模板进行模块化、实例化封装，封装后的网络功能被抽象为独立的网
络服务，每种服务独立扩容、独立演进、按需部署，同一种服务可以被多种网络
功能调用[2]。

网络功能间接口的耦合度进一步降低，不同网络功能间的交互模式得到简化，并最终实现全网功能的按需定制，灵活支持不同的业务场景和需求。

图1 5G核心网SBA架构示意图
我国运营商5GC网络架构总体分为全国骨干层、省核心层和地市层等三个网络层级[3]。

骨干层主要包括骨干NRF和全国NEF等网元，通常由运营商集团公司根据各自网络现状统一部署。

省核心层则主要包括控制面的AMF、SMF、UDM、AUSF、PCF、UPF、省NRF、省NSSF、CG、BSF、SCP等网元以及用户面的UPF网元，用户面UPF视需求还可下沉到地市层级。

为了实现4G网络与5G网络的互操作，需要部分5G网元融合4G功能，即新建的SMF支持GW-C功能、UDM支持HSS功能、PCF支持PCRF功能、UPF支持GW-U功能。

地市层主要是部署面向公众业务的UPF/GW-U。

25GC规划方法
2.1网络规划流程
5G核心网规划流程如下图所示：
图2 5G核心网规划流程图
根据用户需求（用户数、开机率等）和业务模型（吞吐量、信令消息等），
结合各种网元的关键容量指标计算方法，得到整个网络各种网元的总体容量需求（附着用户数、吞吐量、消息转发量等）。

把网络容量需求除以各种网元单网元性能指标得到各种网元主用套数，并依
据各种网元容灾备份方式（Pool、1+1等）计算备用套数，进而计算每套网元主
备总容量。

每种网元的每种组件（VNFC或微服务）都会对应一种规格（计算、内存、存储）的虚机。

单套网元主备总容量除以单虚机处理能力，并根据虚机配置原则调
整得到各种虚机数量。

进而计算得到整个DC云资源需求（计算、内存、存储）。

根据拟采用的物理机型号（CPU、内存）、存储方式（磁阵、分布式存储），得到物理机、存储设备的虚拟化能力参数。

整个DC云资源需求除以物理机、存
储设备的虚拟化能力参数得到物理机、存储设备的硬件配置数量。

最后根据DC
容灾备份要求和MANO需求，增补硬件配置。

2.2VNF规划算法
（1）各类用户容量需求
5G附着用户容量=5G出帐用户数×开机率×附着用户容量系数×（1-4G回落比）
4G附着用户容量=5G出帐用户数×开机率×附着用户容量系数×4G回落比
5G静态用户容量= 5G出帐用户数×静态用户容量系数
VoLTE注册用户容量=5G附着用户容量+4G附着用户容量
VoLTE静态用户容量=5G静态用户容量
（2）网络容量需求
网络总容量的基本原理如下图所示，即
网络容量需求=5G容量需求+回落4G容量需求×4G折合系数+VoLTE容量需求×VoLTE折合系数
图3 网络容量测算原理
分解到各种网元的容量计算方法如下：
AMF附着用户容量需求=5G附着用户容量+5G附着用户容量×VoLTE折合系数
5G附着承载数= 5G附着用户容量×每5G附着用户承载数
4G附着承载数= 4G附着用户容量×每4G附着用户承载数
VoLTE附着承载数= VoLTE注册用户容量×每VoLTE注册用户承载数
UPF/GW-U承载容量需求=5G附着承载数+ 4G附着承载数×4G折合系数+ VoLTE附着承载数×VoLTE折合系数
UDM/HSS-FE附着用户容量需求= 5G附着用户容量+ 4G附着用户容量×4G折合系数+ VoLTE注册用户容量×VoLTE折合系数
UDM/HSS-BE静态用户容量需求= 5G静态用户容量+VoLTE静态用户容量
×VoLTE折合系数
PCF/PCRF-FE附着用户容量需求= 5G附着用户容量+ 4G附着用户容量×4G 折合系数+VoLTE注册用户容量×VoLTE折合系数
PCF/PCRF-BE静态用户容量需求= 5G静态用户容量
UPF/GW-U承载容量需求= UPF/GW-U承载容量
UPF/GW-U吞吐量需求=5G附着承载数×每5G承载吞吐量+ 4G附着承载数×每4G承载吞吐量+VoLTE注册用户容量×每VoLTE注册用户吞吐量×VoLTE折合系数
NRF处理能力=5G附着用户容量×每5G附着用户忙时查询次数+ 4G附着用户容量×每4G附着用户忙时查询
NSSF处理能力=5G附着用户容量×每5G附着用户忙时查询次数
BSF会话绑定容量= VoLTE注册用户容量
CG计费消息处理能力=（5G附着用户容量×每5G附着用户忙时上报CHF计费消息次数+4G附着用户容量×每4G附着用户忙时上报CHF计费消息次数+VoLTE 注册用户容量×每VoLTE注册用户忙时上报CHF计费消息次数）/3600
SCP事务数处理能力= CG计费消息处理能力×（1+漫出比例）
2.3云资源规划算法
假设DC内部署了i种NF，每种NF分别有j套，第i种网元第j套用NFij 表示。

单套NFij虚机数量=roundup(NFij容量/NFi单虚机容量处理能力)
NFi虚机总数量=∑j(单套NFij虚机数量)
NFi计算能力总需求=NFi虚机总数量*NFi单虚机vCPU数量规格
NFi存储空间总需求=NFi虚机总数量*NFi单虚机存储空间数量规格
DC计算能力总需求=∑i(NFi计算能力总需求)
DC存储空间总需求=∑i(NFi存储空间总需求)
DC物理机台数=roundup((DC计算能力总需求/单台物理机提供vCPU能力
+MANO物理服务器台数)*物理机容灾调度系数)
磁阵或分布式存储存储空间=DC存储空间总需求*(1+副本份数)
根据DC所部署的NF对计算、转发、存储的要求，配置不同规格的物理机及相应台数。

35GC精准规划思路
业务模型和用户需求是影响5GC网络容量的两大关键因素，因此，合理的取定业务模型参数并精准地设定用户容量目标直接决定网络
3.1根据现网负荷设定业务模型
开展5GC网络规划工作前，先对4G/5G网络负荷开展数据调研，统计周期内现网忙时数据，结合现网负荷和用户行为预判业务发展趋势，更新5GC业务模型部分参数取值，为更加合理的预测网络容量变化提供重要依据。

以5G 2C平均每数据承载吞吐量为例：根据某运营商2021年10月至12月现网运行数据，在一天数据中提取1个小时峰值数据作为忙时（按一天中吞吐量最大的时段作为忙时，即12:00-13:00，22:00-23:00），统计忙时5G 2C每数据承载吞吐量如下表所示：
表1 5GC 2C忙时数据承载吞吐量统计
根据统计结果得出现网2C平均每数据承载吞吐量的数据维持在240~270kbps
区间范围。

由于当前处于5G业务加速发展期，随着未来业务的丰富以及覆盖的
增强，该项参数还将有一定程度的增加，故规划时建议按大于270Kbps取定，其
他5GC业务模型可按照同样的原则进行取定。

3.2细化用户预测模型
5GC网络满足的当期用户需求规模可通过市场预测与模型拟合结果相结合的
方式得出。

根据运营商历年的移动出账用户数绘制散点图，选用的函数模型，采取趋势外推法进行拟合分析，再结合运营商市场策略和历史经验值，对模型拟
合出的用户规模进行修正。

同时，在规划用户规模时，从市场前端部门提取目前终端增长趋势，统计每
日新增移动终端数，在5G业务快速发展期，考虑新增的5G终端中会有一部分为
原有的5G用户更换原有终端，新增终端与新增用户之间存在转换比，因此在该
阶段引入“原有5G用户更换5G终端占比”，细化用户发展预测模型，结合市场
策略和5G终端投放策略，更加精准预测5G用户发展规模。

例如：预估2022年每日新增的移动终端数量约为3万，其中5G终端占比80%，新增5G终端中有10%为原有5G用户更换5G终端，因此2022年新增5G用
户规模为3*80%*（1-10%）*365=788.4万。

4结语
伴随着NFV技术应用程度的成熟和衍生，运营商5G核心网的三层解耦是未
来必然的方向，其自身服务化架构的解耦合进程将进一步加快[4]。

站在运营商视角，对于5G核心网的精准规划和合理建设，能够进一步平衡移动业务发展需求
和网络容量建设之间的供需关系，巩固移动用户版块的业务收入，并控制总体CAPEX和OPEX，促进运营商5G网络与垂直行业的融合发展。

5参考文献
[1]张志钰,支斌. 浅谈5G核心网规划及建设策略[J]. 科学技术创新,
2020(29):2.
[2] 石红晓, 程永志. 基于5G核心网的网络演进及策略研究[J]. 通信与信
息技术, 2020(4):4.
[3] 杨旭, 肖子玉, 邵永平,等. 5G网络部署模式选择及演进策略[J]. 电信
科学, 2018, 34(6):9.
[4] 黄嘉, 聂炜玲, 李艳俊,等. 5G核心网建设路径选择及部署方案研究[J]. 互联网天地, 2018(9):7.
乔楚（1984- ），男，硕士，工程师，主要研究方向：核心网规划设计、5G
核心网关键技术、云网融合网络创新演进等。

谢焜（1977- ），男，学士，工程师，主要研究方向：核心网规划设计、5G 核心网关键技术、云网融合网络创新演进等。