核心網(wǎng)通過引入SCEF可以滿足5G多樣化業(yè)務(wù)的需求

1?? 引言

在電信運(yùn)營商CT向IT戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型，大力推進(jìn)網(wǎng)絡(luò)能力開放，積極發(fā)展蜂窩物聯(lián)網(wǎng)的背景下，面向第三方應(yīng)用的業(yè)務(wù)及場景日益增多，這將會(huì)對(duì)核心網(wǎng)提出更高的能力要求。3GPP R13定義了能力開放架構(gòu)，引入業(yè)務(wù)能力開放網(wǎng)元SCEF（Service Capibility Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)能力開放功能），并定義了SCEF相關(guān)的網(wǎng)元接口以安全開放網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力，SCEF可實(shí)現(xiàn)的主要功能為將核心網(wǎng)網(wǎng)元能力開放給各類業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過協(xié)議封裝及轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)與合作/自有平臺(tái)對(duì)接，SCEF的應(yīng)用使網(wǎng)絡(luò)具備了多樣化的運(yùn)營服務(wù)能力。

2? SCEF引入需求分析

傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)雖然語音、數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能力強(qiáng)大，但核心網(wǎng)的豎井式架構(gòu)導(dǎo)致了業(yè)務(wù)與能力緊耦合，各網(wǎng)元對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的封裝形成了資源孤島，極大地限制了業(yè)務(wù)創(chuàng)新空間，已無法適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)+時(shí)代開放、共享、合作模式的多樣化業(yè)務(wù)創(chuàng)新需求。因此運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型需求迫切，可通過引入3GPP定義的能力開放架構(gòu)，運(yùn)營商通過SCEF網(wǎng)元開放接口、屏蔽底層實(shí)現(xiàn)，將蘊(yùn)含在網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)中的核心能力提供給上層使用，由應(yīng)用向用戶提供靈活豐富的業(yè)務(wù)模式。

核心網(wǎng)通過引入SCEF可滿足多場景、多類型業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求。

（1）管道能力差異化應(yīng)用需求?？沙浞滞诰颥F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)能力價(jià)值，例如管道能力是電信網(wǎng)絡(luò)的核心競爭力，若能通過SCEF能力開放接口面向游戲/視頻類應(yīng)用打開QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）管控等能力，為不同用戶提供多樣化、差異化管道服務(wù)，可進(jìn)一步將運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)資源價(jià)值最大化。

（2）網(wǎng)絡(luò)適配物聯(lián)網(wǎng)終端的靈活、快速響應(yīng)需求。物聯(lián)網(wǎng)終端類型繁多，不同應(yīng)用的通信屬性差異較大，比如有些業(yè)務(wù)場景需要網(wǎng)絡(luò)參數(shù)按需實(shí)時(shí)調(diào)整配置時(shí)，若采用修改HSS等網(wǎng)元配置信息的方式，會(huì)存在網(wǎng)絡(luò)配置工作量大、需求響應(yīng)周期長、影響網(wǎng)絡(luò)安全等問題。而采用打開SCEF能力開放接口的方式，實(shí)現(xiàn)配置參數(shù)下發(fā)，將第三方平臺(tái)用戶屬性或配置需求信息實(shí)時(shí)更新至網(wǎng)絡(luò)側(cè)，可滿足靈活、快速、高效配置網(wǎng)絡(luò)屬性的需求。

（3）面向5G微服務(wù)化需求。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用切片化提供網(wǎng)絡(luò)能力，以適應(yīng)多類型業(yè)務(wù)多場景化通信需求，業(yè)務(wù)可編排網(wǎng)絡(luò)可自動(dòng)部署的演進(jìn)趨勢更需要網(wǎng)絡(luò)能力可開放可共享。因此SCEF網(wǎng)元功能將變得尤為重要，各類控制面網(wǎng)元可通過SCEF來實(shí)現(xiàn)信息可交互、可共享、可配置、可編排，以滿足5G多樣化業(yè)務(wù)需求。

3?? SCEF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及開放的能力

3GPP R13定義的能力開放架構(gòu)如圖1所示，通過各類接口可開放的網(wǎng)絡(luò)能力主要包括：通信信息獲取、位置信息獲取、通信服務(wù)開通信息獲取、網(wǎng)絡(luò)設(shè)置信息獲取等。SCEF的引入使得能力開放網(wǎng)絡(luò)配置簡單、高效。通過對(duì)單個(gè)網(wǎng)元SCEF進(jìn)行配置，即可實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)多網(wǎng)元各種能力的開放，而不需要在每個(gè)核心網(wǎng)網(wǎng)元中新增能力開放模塊；同時(shí)，引入SCEF網(wǎng)元對(duì)接各種業(yè)務(wù)需求的合作/自有平臺(tái)，可自動(dòng)將平臺(tái)需求參數(shù)通過SCEF自動(dòng)下發(fā)至核心網(wǎng)網(wǎng)元，避免了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員工作量的增加以及人為配置可能出現(xiàn)差錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，可確保網(wǎng)絡(luò)配置的正確率及網(wǎng)絡(luò)安全，提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維效率。

圖1??? 3GPP R13 SCEF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

基于SCEF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)定義，可開放的網(wǎng)元能力及應(yīng)用主要包括下面幾點(diǎn)。

（1）對(duì)PCRF的能力實(shí)現(xiàn)開放

面向用戶多樣化數(shù)據(jù)速率承載的需求，運(yùn)營商可將SCEF與流量經(jīng)營PCRF（Policy and Charging Rules FuncTIon，策略與計(jì)費(fèi)規(guī)則功能網(wǎng)元）網(wǎng)元之間的Rx接口進(jìn)行能力開放，例如可將PCRF自有能力：PCC加速、QoS資源申請(qǐng)、修改、釋放等功能開放給業(yè)務(wù)平臺(tái)，以實(shí)現(xiàn)管道能力實(shí)時(shí)敏捷適配用戶多樣化需求。

（2）對(duì)HSS/MME實(shí)現(xiàn)能力開放

隨著物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的高速發(fā)展，其終端多樣化、需求個(gè)性化將會(huì)對(duì)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)提出更多能力要求。一方面是網(wǎng)絡(luò)側(cè)信息獲取需求，通過SCEF可將網(wǎng)絡(luò)側(cè)HSS/MME（Home Subscriber Server/ Mobility Management EnTIty，歸屬用戶服務(wù)器/移動(dòng)性管理實(shí)體）中存儲(chǔ)的用戶位置信息、網(wǎng)絡(luò)配置、業(yè)務(wù)/服務(wù)開通信息等網(wǎng)絡(luò)側(cè)信息提供給第三方/自有應(yīng)用平臺(tái)，可為用戶提供多樣化信息服務(wù)。另一方面需要將第三方平臺(tái)用戶個(gè)性化屬性或配置信息下發(fā)至網(wǎng)絡(luò)側(cè)，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)按需靈活自動(dòng)配置。

（3）對(duì)更多核心網(wǎng)能力實(shí)現(xiàn)開放

面向未來5G應(yīng)用的多種業(yè)務(wù)場景及多樣化用戶需求，運(yùn)營商還可將更多的網(wǎng)元能力進(jìn)行開放。例如開放S-CSCF（Serving-Call Session Control FuncTIon，服務(wù)-呼叫會(huì)話控制功能）與SCEF之間的ISC（IPmulTImedia Subsystem Service Control，IMS業(yè)務(wù)控制）接口可實(shí)現(xiàn)多方會(huì)議、號(hào)碼顯示等語言類能力的開放等，并最終可基于4G/5G融合架構(gòu)通過NEF（Network Exposure Function，網(wǎng)絡(luò)功能開放）與SCEF統(tǒng)一的北向接口實(shí)現(xiàn)更多核心網(wǎng)網(wǎng)元能力的融合開放。

4?? SCEF部署及應(yīng)用

4.1? QoS管道能力開放及部署應(yīng)用

面向未來市場的井噴式發(fā)展以及業(yè)務(wù)的QoS多樣化、個(gè)性化需求，運(yùn)營商可充分利用自身管道優(yōu)勢，面向合作方業(yè)務(wù)平臺(tái)，開放網(wǎng)絡(luò)管道能力以滿足游戲加速、視頻類應(yīng)用等多樣化QoS需求。

部署方式為在EPC（Evolved Packet Core，演進(jìn)的分組核心網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中增加網(wǎng)絡(luò)能力開放層SCEF，根據(jù)應(yīng)用的QoS要求向PCRF申請(qǐng)、調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源，同時(shí)根據(jù)應(yīng)用要求向PCRF執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)資源事件通知的訂閱和取消訂閱，并將SCEF與業(yè)務(wù)平臺(tái)之間基于JSON/XML（JavaScript Object Notation/Extensible Markup Language，Java腳本對(duì)象表示/擴(kuò)展標(biāo)記語言）的協(xié)議轉(zhuǎn)換為SCEF與PCRF之間的Diameter協(xié)議，解決了協(xié)議兼容性問題的同時(shí)也提高了網(wǎng)絡(luò)安全性。EPC網(wǎng)絡(luò)基于SCEF的QoS能力開放架構(gòu)如圖2所示，SCEF通過API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口）接口向第三方業(yè)務(wù)開放網(wǎng)絡(luò)能力，通過Rx接口實(shí)現(xiàn)接入控制，并實(shí)現(xiàn)接口封裝及轉(zhuǎn)換、會(huì)話管理、路由等功能。

圖2??? QoS管道能力開放架構(gòu)圖

通過SCEF將網(wǎng)絡(luò)側(cè)用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的QoS能力封裝后以API（Application Programming Interface,應(yīng)用程序編程接口）形式開放給第三方應(yīng)用。應(yīng)用平臺(tái)根據(jù)用戶需求及時(shí)（用戶使用業(yè)務(wù)時(shí)）向網(wǎng)絡(luò)側(cè)發(fā)起業(yè)務(wù)加速申請(qǐng)，網(wǎng)絡(luò)側(cè)依據(jù)與業(yè)務(wù)簽訂的協(xié)議，為當(dāng)前用戶提供加速服務(wù)。以游戲加速應(yīng)用為例，用戶開啟某個(gè)手機(jī)游戲，發(fā)起業(yè)務(wù)加速請(qǐng)求，游戲業(yè)務(wù)平臺(tái)調(diào)用能力網(wǎng)元接入模塊經(jīng)由管道能力網(wǎng)元向網(wǎng)絡(luò)側(cè)申請(qǐng)業(yè)務(wù)加速，用戶升級(jí)為臨時(shí)VIP用戶，游戲服務(wù)商為該用戶的游戲鏈接申請(qǐng)差異化服務(wù)。

4.2? 物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的能力開放及部署應(yīng)用

NB-IoT蜂窩物聯(lián)網(wǎng)以其覆蓋廣、連接多、速率低、成本低、功耗低等優(yōu)勢而得到迅速發(fā)展。以NB-IoT低功耗實(shí)現(xiàn)技術(shù)的能力開放為例，若引入能力開放網(wǎng)元SCEF，可使終端省電特性更加智能化，同時(shí)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維更加安全、高效。

基于現(xiàn)有EPC架構(gòu)的NB-IoT網(wǎng)絡(luò)，影響終端省電時(shí)長的三個(gè)參數(shù)為周期性TAU（Tracking Area Update，跟蹤區(qū)更新）、PSM（Power Saving Mode，省電模式）的Active Time和eDRX（extended Idle Mode DRX，擴(kuò)展的空閑模式DRX）周期長度，三個(gè)參數(shù)關(guān)系如圖3所示。終端在一個(gè)TAU周期結(jié)束后，會(huì)退出省電模式，再次發(fā)起TAU流程；UE可同時(shí)請(qǐng)求激活PSM模式和eDRX兩種省電模式，由MME決定某個(gè)或兩個(gè)同時(shí)生效。若將核心網(wǎng)MME、HSS網(wǎng)元的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)配置能力進(jìn)行開放，可將物聯(lián)網(wǎng)用戶個(gè)性化、多樣化的省電時(shí)長需求參數(shù)通過物聯(lián)網(wǎng)卡和終端的統(tǒng)一管理平臺(tái)下發(fā)至核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自助配置并決定終端省電時(shí)長。這不但滿足了終端用戶多樣化的省電時(shí)長需求，更是避免了網(wǎng)絡(luò)維護(hù)人員工作量的增加以及人為配置可能出現(xiàn)差錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)，且免去網(wǎng)維人員參與配置，需求響應(yīng)更及時(shí)高效。

圖3??? 周期性TAU、Active Time、eDRX三個(gè)參數(shù)關(guān)系圖

部署方式為在EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中增加網(wǎng)絡(luò)能力開放SCEF網(wǎng)元，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖4所示。物聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)一管理平臺(tái)將影響終端休眠時(shí)長/頻率的三個(gè)時(shí)間參數(shù)PSM的Active Time、周期性TAU時(shí)間和eDRX周期長度集合下發(fā)至SCEF，SCEF將周期性TAU時(shí)長參數(shù)下發(fā)至HSS，HSS再下發(fā)至MME，SCEF通過S6t接口向用戶歸屬HSS查詢到用戶拜訪的MME，SCEF將省電模式的時(shí)間參數(shù)PSM的Active Time、eDRX參數(shù)通過T6a接口下發(fā)至MME，當(dāng)UE和MME進(jìn)行Attach附著/TAU流程時(shí)協(xié)商省電模式時(shí)間參數(shù)，并以MME配置參數(shù)為準(zhǔn)。SCEF能力開放功能的引入，使得網(wǎng)絡(luò)可根據(jù)物聯(lián)網(wǎng)用戶需求自助配置省電時(shí)間參數(shù)，滿足了用戶多樣化、個(gè)性化低功耗需求。

圖4??? 物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用能力開放架構(gòu)圖

5?? SCEF面向5G演進(jìn)的展望

SCEF的引入為運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)能力開放帶來了新的商機(jī)，但面向未來5G豐富多樣的業(yè)務(wù)需求，能力開放若面向多網(wǎng)元應(yīng)用，南向需支持多種協(xié)議接口，將導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)很復(fù)雜，接口功能分散且重復(fù)、網(wǎng)絡(luò)部署與運(yùn)維難度大、存在安全性風(fēng)險(xiǎn)等問題。因此，5G架構(gòu)規(guī)范TS 23.501中將NEF作為了架構(gòu)中的重要功能，如圖5所示，且控制功能集中部署、切片化的架構(gòu)設(shè)計(jì)更利于網(wǎng)絡(luò)能力開放。另外，5G架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)還可將虛擬化管理及編排能力等新型網(wǎng)絡(luò)能力對(duì)外開放，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)自主編排、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及功能差異化定制、網(wǎng)絡(luò)資源按需伸縮等多類型能力開放應(yīng)用。

圖5??? 能力開放基于5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

SCEF的引入打開了運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)能力開放的窗口，也改變了傳統(tǒng)業(yè)務(wù)的運(yùn)營模式。面對(duì)日益多樣化、差異化的業(yè)務(wù)需求，運(yùn)營商通過能力開放將核心能力轉(zhuǎn)化為競爭優(yōu)勢，SCEF的引入功不可沒，面向未來5G，它將以特有的優(yōu)勢聯(lián)手優(yōu)質(zhì)第三方合作平臺(tái)，開放各種業(yè)務(wù)能力，創(chuàng)建共贏的電信生態(tài)環(huán)境

6?? 結(jié)束語

面對(duì)OTT競爭及未來業(yè)務(wù)豐富多樣化的需求，網(wǎng)絡(luò)能力開放是電信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然趨勢。本文以SCEF引入的需求分析為切入點(diǎn)，從管道能力差異化應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)智能適配物聯(lián)網(wǎng)終端需求、5G微服務(wù)化應(yīng)用三個(gè)方面分析了未來核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)能力開放的必要性。通過分析規(guī)范定義的SCEF網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及其可提供的開放能力，提出了SCEF在QoS管道能力開放應(yīng)用、物聯(lián)網(wǎng)終端省電智能化配置應(yīng)用的部署實(shí)例。同時(shí)，展望5G架構(gòu)，進(jìn)一步明確了SCEF能力開放引入的重要意義。面向未來，運(yùn)營商通過能力開放將核心網(wǎng)絡(luò)能力轉(zhuǎn)化為競爭優(yōu)勢，還可聯(lián)手優(yōu)質(zhì)第三方合作平臺(tái)，通過開放各種網(wǎng)絡(luò)能力，共同創(chuàng)建共贏的電信生態(tài)環(huán)境。