5G网络能力开放需求和解决方案研究

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0 前言
5G网络将具有更高的速率，更低的时延，支持更
高的移动性和更大的连接数等特性，此外，5G网络还
将顺应 ICT产业的发展需求，实现移动网络运营商和
第三方业务提供商之间更加紧密的合作，及时响应第
三方的业务需求，保障终端用户的业务体验，从而能
够根据不同的业务需求提供个性化的服务保障。
5G网络能力开放通过把 5G网络的能力进行抽象
和开放，从而实现运营商网络转型，与第三方友好互
通和互惠合作，因此，在 5G网络中，满足更加丰富和灵
活的对第三方开放移动网络能力的美好愿景，将是 5G
网络能力开放致力于解决的重要问题。
移动网络能力开放的相关问题已经引起了国际
和国内标准组织的广泛关注。从 2013 年 6 月开始，
3GPP SA1 和 SA2 组分别立项了网络能力开放的相关
课题，从移动网络业务能力开放的场景、需求、架构和
关键技术几个方面开展研究，提出了基于 EPC架构的
解决方案。2015 年 3 月开始，3GPP 相继立项了 5G 需
求和 5G架构的研究课题，分别提出了 5G网络能力开
放的需求和架构的研究议题。目前，5G网络能力开放
的需求已经基本确定，正在开展 5G网络能力开放架构
的研究工作。2013年 12月，国内 IMT2020网络组成立
了能力开放子组，研究面向 5G网络的能力开放场景，
5G网络能力开放需求
和解决方案研究
关键词：
能力开放；5G；SCEF；PCC；网络虚拟化
doi：10.16463/j.cnki.issn1007-3043.2016.07.003
中图分类号：TN929.5
文献标识码：A
文章编号：1007-3043（2016）07-0009-03
摘 要：
介绍了5G网络能力开放的研究进展，总结分析了5G网络能力开放的需求，重
点阐述了网络切片的能力开放场景。介绍了传统网络中的2种能力开放方案，
分别为基于PCC架构和SCEF的能力开放方案，并以传统方案为基础，结合5G
网络架构和NFV技术的特点，提出了5G网络能力开放解决方案,通过引入开放
平台，实现对网络能力的统一编排和调度管理等功能，从而实现网络切片编排
管理能力、大数据分析能力、MEC等能力的对外开放。
Abstract：
It introduces the research progress of the 5G network capability exposure，summarizes and analyzes the 5G network capability
exposure requirements，including network slice exposure scenario. It introduces the network capability exposure solutions in
the traditional network，i.e. PCC architecture based solution and SCEF based solution. Based on the traditional solutions，5G
network architecture characteristics and NFV technology，it proposes the 5G network capability exposure architecture. This solution introduces the capability exposure platform and realizes the exposure of the network slice management and orchestration capability，big data analysis capability，and MEC capability，etc.
Keywords：
Capability exposure；5G；SCEF；PCC；Network Virtualization
张卓筠 1，贺晓博 2，高功应 1，范 斌 1（1. 中国联通网络技术研究院，北京 100048；2. 中讯邮电咨询设计院有限公司，河南 郑州
450007）
Zhang Zhuoyun1，He Xiaobo2，Gao Gongying1，Fan Bin1（1. China Unicom Network Technology Research Institute，Beijing 100048，
China；2. China Information Technology Designing & Consulting Institute Co.，Ltd.，Zhengzhou 450007，China）
Research on 5G Network Capability
Exposure Requirements and Solutions
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架构，以及对5G网络的影响等问题。
本文首先分析总结了 5G网络能力开放的需求，介
绍了传统网络中的 2种能力开放方案，并以传统方案
为出发点，同时结合 5G架构特点提出了 5G网络能力
开放架构，并分析提出了后续需要研究的内容。
1 5G网络能力开放需求
相比于传统网络，5G网络具有更为丰富的能力开
放场景。概括起来，主要包括以下内容。
a）网络监控能力开放：即网络向第三方提供监控
网络某个区域的拥塞状态，或是监控某个终端的移动
范围等能力。
b）网络基础服务能力开放：指网络向第三方提供
基础的短信、语音和计费等能力。
c）网络控制能力开放：指网络向第三方提供 QoS
的保障等能力。
d）网络信息能力开放：指网络向第三方提供网络
内部信息，包括实时的终端连接属性、终端位置信息
或是非实时的大数据分析信息等。
e）网络切片编排管理能力开放：指网络向第三方
开放网络切片的生命周期管理能力。
f）反向能力开放：指第三方可以向移动网络开放
有价值的信息，供移动网络进行网络优化和管理，比
如终端的通信模式和移动性信息等。
其中，网络切片的编排管理能力开放是 5G网络引
入 NFV技术后所特有的能力开放场景，具有非常重要
的意义。该能力可以根据第三方的需求对网络切片
进行创建和管理，使得能力开放的功能更加的深化，
也为5G网络实现ICT产业的融合奠定基础。
2 传统网络能力开放方案
2.1 基于PCC架构的能力开放方案
该方案中，在传统的 PCC 架构的应用功能实体
（AF）和策略计费控制实体（PCRF）之间增加一个统一
的应用接入控制网元（AAC），用于根据应用的 QoS要
求向 PCRF申请、调整网络资源，同时根据应用要求向
PCRF执行网络资源事件通知订阅和取消。该方案可
以简化应用开放要求、提高网络安全性。基于 PCC的
能力开放架构如图 1所示。
该架构在传统的 PCC 架构中新增应用接入控制
网元 AAC。AAC接受来自于第三方业务 AF的应用层
会话信息，发送给 PCRF，作为决策依据的输入信息的
一部分，用于策略决策。PCRF 通过 AAC 反馈业务接
纳、资源授权和链路状态等信息给 AF。
2.2 基于SCEF的能力开放方案
该方案通过在 EPC 架构中增加网络能力开放层
SCEF 来负责与第三方业务提供商进行交互的功能。
网络能力开放层定义了 3GPP网络的能力如何通过网
络业务能力开放架构进行对外开放，主要功能包括：
鉴权和授权、API 识别、画像管理；接入控制列表管理、
策略增强、计费、与外部互联和连接点相关的问题、抽
象等方面。基于 SCEF的能力开放架构如图2所示。
3 5G网络能力开放架构
基于 SCEF的设计理念，结合 5G需求和网络架构
的特点，提出了 5G网络能力开放架构（如图3所示）。
其中，开放平台实现类似于 SCEF的功能，是 5G网
络能力开放的核心，是连接网络内部能力和外部需求
的纽带。开放平台需要具备第三方业务的签约管理，
对业务域的 API开放和计费功能，以及对网络侧的能
力编排和能力调度功能。构建具有良好的互通能力，
图1 基于 PCC架构的能力开放方案
图2 基于 SCEF的网络能力开放架构
3GPP
业务能力开放功能层 OMA/GSMA
（Service Capability Exposure Function）
网元1 网元2 网元3 网元4
API1
第三方应用2
第三方应用1 第三方应用3
API2 API3 APIn
运营商城
Offline
Charging System
Gateway （OFCS）
BBERF TDF PCEF
Policy and Charging
Rules Function（PCRF）
Subscription
Profile Repository
（SPR）
Gxx Sd Gx
Rx
Sp Rx'
Service Data
Flow Based
Credit Control
Online Charging
System（OCS）
AAC
AF
Gz
Gy
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管理能力和开放能力的开放平台是 5G网络能力开放
的重要研究内容。
在 5G时代，移动网络可以开放的网络能力进一步
的扩展，包含了运营商的 BSS/OSS、MANO、网络切片、
网元实体、MEC、大数据分析平台等网络要素实体。
其中，BSS/OSS 和 MANO 能力的结合实现对网络切片
的统一编排管理，以及对开放平台的能力开放。网元
实体实现具体的网络控制能力、监控能力、网络信息
以及网络基本服务能力的开放。大数据分析平台实
现对网络基础数据的大数据分析，并将分析结果上报
给开放平台进行对外开放。MEC如果部署在无线侧，
则可以实现无线侧的业务感知、缓存以及第三方功能
的部署，从而将无线侧的能力开放给第三方业务提供
商。
4 分析和总结
构建在 NFV和 SDN技术之上的 5G网络将具有更
加强大的网络编排管理能力和对外开放的能力；而
且，随着 MEC的逐步引入，在无线侧进行业务的感知
和第三方功能的部署将逐步成为可能；此外，运营商
大数据分析能力的逐步提高也为 5G网络能力开放带
来了更多的空间。因此，在 5G网络中，开放平台的服
务编排和调度能力将比传统网络中的 SCEF和 AAC的
能力进一步提升。而且，5G网络能力开放与网络切片
技术相结合，使得第三方的需求能够直接指导网络的
规划和管理，将第三方的需求更快更直接地作用于运
营商的网络，不仅可以快速满足第三方的需求，也可
以为运营商带来更为丰富多样的合作模式和盈利能
力，具有非常重要的价值和意义。
本文首先分析了 5G网络能力开放需求，介绍了 2
种传统网络中的能力开放方案，并结合 5G 网络中的
NFV、网络切片、MEC、大数据分析等网络能力，提出了
5G网络的能力开放架构，后续需要进一步基于该架构
研究不同的网络原子能力的能力开放方案。
参考文献：
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［S/OL］.［2016-04-24］. ftp://ftp.3gpp.org.
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3GPP TR 22.891［S/OL］.［2016-04-24］. ftp://ftp.3gpp.org.
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ablers - Network Operation：3GPP TR 22.864［S/OL］.［2016- 04-
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［S/OL］.［2016-04-24］. ftp://ftp.3gpp.org/Specs/.
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［2016-04-24］. ftp://ftp.3gpp.org/Specs/.
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［9］ EPC enhancements to Support Interworking with Data Application
Providers：3GPP TR 23.862［S/OL］.［2016- 04- 24］. ftp://ftp.3gpp.
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［10］ Policy and Charging Control signalling flows and Quality of Service
（QoS）parameter mapping：3GPP TS 29.213［S/OL］.［2016-04-24］.
ftp://ftp.3gpp.org/Specs/.
［11］ Policy and charging control over Rx reference point：3GPP TS 29.214
［S/OL］.［2016-04-24］. ftp://ftp.3gpp.org/Specs/.
［12］ 5G Network Technology Architecture ［EB/OL］. ［2016- 04- 24］.
http：//www.IMT-2020.cn.
图3 5G网络能力开放架构
作者简介：
张卓筠，高级工程师，博士，主要从事移动核心网标准和新技术研究工作；贺晓博，工程
师，学士，主要从事传送网及移动核心网项目规划及设计支撑工作；高功应，高级工程
师，硕士，主要从事移动核心网标准和规划工作；范斌，高级工程师，博士，主要从事无线
网络标准和研究工作。
大数据分析平台
网络切片
MANO
BSS/OSS
计费能力 服务编排 网络调度
签约管理 API管理和开放
运营商
自营业务
虚拟
运营商
第三方业
终端用户 务提供商
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