資料來源:GSMA、3GPP,iThome整理製圖,2020年7月

7月初,臺灣三大電信都已推出各自5G商用服務,但與全球多數電信商一樣,他們最先都採用非獨立架構部署5G網路,也就是後端的電信核心網路還是使用原有4G技術,只是在基地臺同時使用4G基站搭配5G規格設備,而非直接使用獨立的5G核網與基地臺提供網路服務,然而,電信商何時轉換成獨立5G架構,將會大大影響5G初期的企業應用場景,尤其,需要有5G的網路切片技術,來打造更具客製化、彈性的網路部署方式,也是實現5G企業應用服務一大關鍵。

以目前的電信基礎設施來看,不論是4G或5G網路,都是由兩部分組成,一個是RAN無線接取網路,也就是基地臺,另一個則是核心網路,但不同是,5G網路有兩種部署方式,一種是採用非獨立(NSA)組網架構,在NSA模式下,5G核網跟4G基本上是一樣架構,只是它具備了5G NSA部分執行所需要的功能,並配備有獨立5G基地臺。獨立(SA)架構的5G網路,則更進一步連核心網路也改用獨立的5G核網來布建,因此,不論是速度、頻寬、低延遲表現,都比採用NSA模式來得更有效率。

從現有5G網路架構,朝向下一階段獨立組網5G SA發展

由於各國電信商,包括臺灣在內,初期都是以部署NSA架構的5G網路為第一步,今年下半或明年才會展開SA測試。初期選擇採用NSA架構,可能有諸多原因,投資成本、布建複雜程度、市場需求,以及採用技術成熟度都是其考量。

從現有NSA架構的5G網路發展來看,其速度較4G獲得明顯的提升,達到Gb級,但是由於缺少一個全新5G核網的架構,支援新的5G無線接取網路技術,因此,並無法充分發揮5G網路的特性,也就是大頻寬、低延遲,以及廣連結。

以低延遲傳輸為例,遠傳電信企業暨國際事業群執行副總經理曾詩淵就表示,在非獨立5G網路架構運作下,其延遲時間實測約為10毫秒,但想要縮短到5毫秒內,就得要透過一個獨立核網,也就是SA架構的5G網路,才能辦到。

不單是速度或反應能力的提升,未來更有不少關鍵5G服務技術,得要在SA架構發展下,才能夠充分發揮其功能,例如網路切片(Network Slicing)、超低延遲傳輸,與超高可靠服務等。

尤其,網路切片技術,更需要有這樣一個全新5G SA電信網路架構,才能夠加以付諸實現。

網路切片的概念,簡單來說,就是利用切片技術在實體網路上建立多張邏輯網路,每張邏輯網路或切片網路,都可以有屬於自己網路配置,例如網路頻寬、封包傳送路徑等,所以,邏輯上每一張切片網路,就可以專屬於某一類應用,或是滿足特定企業用戶的專用網路需求。

網路切片說穿了,就是服務品質管理(QoS),來提供不同的QoS服務,以滿足各式各樣應用需求。例如電信商提供物聯網服務時,可透過5G的網路切片技術,將行動網路分割成適合部署大量IoT服務的網路規模,或是為企業建立專網等。當這項技術進到商用化以後,各家電信商才能夠依據不同的服務需求或應用情境,來替企業量身打造專屬的傳輸網路服務。

在5G還沒問世之前,4G網路就已支援網路切片,電信業者可通過4G的管理功能,來實現部分的網路切片功能,但以往,大多以硬體方式來完成網路切分的動作,執行上較缺乏效率,直到後來,進到4G後期,甚至5G到來以後,有越來越多電信商開始引進虛擬化技術,來提供軟體切割的支援方式,也就是透過軟體定義網路(SDN)和網路功能虛擬化(NFV)技術,來實現網路切片的新作法。

更進一步來說,這樣一個虛擬化的網路切片作法,就是將4G行動核網功能,從傳統電信設備硬體中抽離,並以軟體方式在x86伺服器上來執行,再利用SDN技術來集中控管網路資源,透過這種軟體定義架構,來讓切片執行變得更有效率。

不過,進到5G商用以後,特別是企業端應用,中華電信行動通信分公司工務處高級工程師邱哲盛直言,5G網路切片想要用得好,就必須將行動網路轉換到5G SA架構。

他進一步解釋,這是因為一些重要網路切片功能,都是定義在SA架構中,以SBA服務導向架構(Service Based Architecture)為例,它就是一個在SA架構才有的一個服務管理架構。SBA改從服務模組概念,來設計5G行動網路主要功能,取代傳統4G網路點到點的網路架構型態,來提供彈性調度網路資源的新作法。但現有的5G NSA網路並不支援這個架構,這也讓電信商在使用網路切片功能時,容易受到諸多限制,例如,沒辦法像SA架構,能夠有效靈活使用,或切分可利用的網路資源,來建立各種切片網路,滿足不同的應用,「簡單說,用5G NSA提供的網路切片功能,就是一種MDVPN(行動數據專用網路)服務」他說。

曾詩淵也提到,5G跟4G最大不同,除了有大頻寬、大連結、低延遲外,另還有兩個特性,網路切片就是其中一個,另一個特性是邊緣運算,「這兩個是企業專網最主要的精神。 」他說。

不過,除非企業專網採用的建置方案,是有包含將核網放進企業自己家裡,自行能改用5G SA架構來部署核網,否則企業大多用的還是電信商提供的非獨立5G公網為主。因此,電信商何時轉換成5G SA架構,也會影響5G初期的企業應用場景,例如網路切片雖然可以運用在企業專網,但若要做到更進階或是較為複雜的場域應用,就會比較困難,比如依據不同產業、城市特性,來提供符合其發展所需的各種通訊網路環境等。

根據GSMA在去年4月一份兩百頁5G指導原則報告中也整理出,未來兩年5G服務技術演進的藍圖,預計2021年時,將會多項5G服務層功能完成,包括增強型網路切片、超低延遲傳輸、超高可靠服務、增強型蜂巢式IoT等。未來這些5G技術功能將在SA架構發展逐一完善,讓電信商可以使用更成熟5G技術,來提供新服務和應用,甚至替垂直產業帶來更多元應用。

七月初,3GPP R16標準出爐,3GPP在這一版特別強化SA架構5G網路在產業端應用,像是支援C-V2X車聯網、工業IoT等場景應用。當新標準完成進到商用,企業就更容易用它來創新應用,如自駕車、AMR自主移動機器人等。

近來,國外一些電信商也開始投入5G SA網路的測試,甚至5G還沒開臺,日本新進電信商樂天行動就已提早展開布局,決定採用SA獨立架構的5G核心網路,打造自家下一代5G網路服務,最快明年就會商用。最近更有針對全球40家電信營運商的調查公布,顯示有8成電信營運商,未來兩年內將開始部署5G SA網路。

伴隨著Rel-16標準的完成,邱哲盛觀察,由於5G SA相關應用主要會是放在這一版本,因此,從應用發展角度來看,考慮到相關硬體設備和晶片的支援,以及終端成熟,他認為,5G SA初步形成有規模性的產業生態鏈,時間最快會是在2022年下半年後。

就連國內三大電信也都開始投入5G SA研究與發展,甚至有的業者已進到PoC測試階段。身為電信龍頭,中華電信在5G未開臺前,就有在國內某一新創園區展開實驗性專頻專網PoC,該專網採用就是5G SA架構,來提供新創企業一個專屬網路環境,讓他們可以在這個網路環境裡做應用測試。中華電信表示,對於5G SA已提前準備,待標準、技術與產品成熟之後,市場有需求就會進場。

台哥大則規畫,下半年就會展開5G SA網路建置,除了採用SBA服務導向架構外,接下來,也會在核心網路導入SDN、NFV等技術,預計花3年將5G網路升級到SA架構。

遠傳則透露,目前正在進行5G SA網路架構的PoC測試,以了解NSA和SA在功能及使用上的差異。但該公司也強調,未來即使SA系統準備就緒,仍將同時提供支援NSA和SA雙模式,供個人用戶或企業使用。

臺灣5G商用後,各家電信商不光是拼5G用戶數、網速、訊號涵蓋率,垂直產業應用將成為下一個兵家爭奪的新戰場,誰能先完成SA轉換,搶先商用化,就能掌握未來5G企業商機。

未來2年5G服務技術演進

2019

● MEC邊緣運算

● 網路切片

2020 持續性5G通訊服務

2020年7月 3GPP R16標準制定完成(包含可較佳支援C-V2X、IIoT等場景的5G SA架構應用服務)

2021~2022

● 可信的非3GPP存取

● 超低延遲傳輸

● 超高可靠性服務

● 增強型網路切片

● 增強型蜂巢式IoT

資料來源:GSMA、3GPP,iThome整理,2020年7月


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