目錄

引言

5G網(wǎng)絡(luò)：挑戰(zhàn)與機(jī)遇

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

5G網(wǎng)絡(luò)代表性服務(wù)能力

5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化建議

總結(jié)和展望

主要貢獻(xiàn)單位

引言

隨著5G研究的全面展開(kāi)并逐步深入，業(yè)界就5G場(chǎng)景形成基本共識(shí)：面向增強(qiáng)的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景，5G提供更高體驗(yàn)速率和更大帶寬的接入能力，支持解析度更高、體驗(yàn)更鮮活的多媒體內(nèi)容；面向物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備互聯(lián)場(chǎng)景，5G提供更高連接密度時(shí)優(yōu)化的信令控制能力，支持大規(guī)模、低成本、低能耗IoT設(shè)備的高效接入和管理；面向車(chē)聯(lián)網(wǎng)、應(yīng)急通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，5G提供低時(shí)延和高可靠的信息交互能力，支持互聯(lián)實(shí)體間高度實(shí)時(shí)、高度精密和高度安全的業(yè)務(wù)協(xié)作。
面對(duì)5G極致的體驗(yàn)、效率和性能要求，以及 “萬(wàn)物互聯(lián)”的愿景，網(wǎng)絡(luò)面臨全新的挑戰(zhàn)與機(jī)遇。5G網(wǎng)絡(luò)將遵循網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)融合和按需服務(wù)提供的核心理念，引入更豐富的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)拓?fù)�，提供更靈活的無(wú)線(xiàn)控制、業(yè)務(wù)感知和協(xié)議棧定制能力；重構(gòu)網(wǎng)絡(luò)控制和轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，改變單一管道和固化的服務(wù)模式；利用友好開(kāi)放的信息基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，為不同用戶(hù)和垂直行業(yè)提供高度可定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，構(gòu)建資源全共享、功能易編排、業(yè)務(wù)緊耦合的綜合信息化服務(wù)使能平臺(tái)。
5G國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作現(xiàn)已全面展開(kāi)，需要盡快細(xì)化5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案并聚焦關(guān)鍵技術(shù)方向，以指導(dǎo)后續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本白皮書(shū)從邏輯功能和平臺(tái)部署的角度，以四維功能視圖的方式呈現(xiàn)了新型5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)，并提煉了網(wǎng)絡(luò)切片、移動(dòng)邊緣計(jì)算、按需重構(gòu)的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、以用戶(hù)為中心的無(wú)線(xiàn)接入網(wǎng)和能力開(kāi)放等5G網(wǎng)絡(luò)代表性服務(wù)能力。白皮書(shū)最后提出了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化工作的推進(jìn)建議。

5G網(wǎng)絡(luò): 挑戰(zhàn)與機(jī)遇

1. 極致性能指標(biāo)帶來(lái)全面挑戰(zhàn)

首先，為了滿(mǎn)足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)極致的視頻及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等業(yè)務(wù)體驗(yàn)需要，5G系統(tǒng)提出了隨時(shí)隨地提供100Mbps—1Gbps的體驗(yàn)速率的指標(biāo)要求，甚至在500km/h的高速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，也要求具備基本服務(wù)能力和必要的業(yè)務(wù)連續(xù)性。
第二，為了支持移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景設(shè)備高效接入的要求，5G系統(tǒng)需同時(shí)滿(mǎn)足Tbps/km2的流量密度和百萬(wàn)/km2連接密度要求，而現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)流量中心匯聚和單一控制機(jī)制在高吞吐量和大連接場(chǎng)景下容易導(dǎo)致流量過(guò)載和信令擁塞。
第三，為了支持自動(dòng)駕駛和工業(yè)控制等高度實(shí)時(shí)性要求的業(yè)務(wù)，5G系統(tǒng)需要在高可靠性前提下，滿(mǎn)足端到端毫秒級(jí)的極低時(shí)延要求�，F(xiàn)網(wǎng)中，端到端時(shí)延和業(yè)務(wù)中斷時(shí)間都在百毫秒量級(jí)，與5G時(shí)延要求存在兩個(gè)數(shù)量級(jí)的差距，也難以滿(mǎn)足特定業(yè)務(wù)的可靠性和安全性要求。

圖1 5G全面的網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)

2. 網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)融合觸發(fā)全新機(jī)遇
豐富的5G應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能要求各異：從突發(fā)事件到周期事件的資源分配；從自動(dòng)駕駛到低移動(dòng)性終端的移動(dòng)性管理；從工業(yè)控制到抄表業(yè)務(wù)的時(shí)延要求等。面對(duì)如此多樣化的業(yè)務(wù)場(chǎng)景，5G提出的網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)深度融合，按需提供服務(wù)的新理念能為信息產(chǎn)業(yè)的各個(gè)環(huán)節(jié)帶來(lái)全新的發(fā)展機(jī)遇。
基于5G網(wǎng)絡(luò)“最后一公里”的位置優(yōu)勢(shì)，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用服務(wù)提供商能夠提供更具差異性的用戶(hù)體驗(yàn)。例如，基于網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放的位置區(qū)域、移動(dòng)軌跡和無(wú)線(xiàn)環(huán)境等上下文信息，APP能夠篩選出更恰當(dāng)?shù)姆��?wù)參數(shù)，提升客戶(hù)黏性；同時(shí)，利用網(wǎng)絡(luò)邊緣的內(nèi)容緩存和計(jì)算能力，服務(wù)提供商可以為指定用戶(hù)提供更優(yōu)質(zhì)的時(shí)延和帶寬服務(wù)質(zhì)量保障，在競(jìng)爭(zhēng)中占得先機(jī)。
基于5G網(wǎng)絡(luò)“端到端全覆蓋”的基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)勢(shì)，以垂直行業(yè)為代表的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求方可以獲得更強(qiáng)大且更靈活的業(yè)務(wù)部署環(huán)境。依托強(qiáng)大的網(wǎng)管系統(tǒng)，垂直行業(yè)能夠獲得對(duì)網(wǎng)內(nèi)終端和設(shè)備更豐富的監(jiān)控和管理手段，全面掌控業(yè)務(wù)運(yùn)行狀況；利用功能高度可定制化和資源動(dòng)態(tài)可調(diào)度的5G基礎(chǔ)設(shè)施能力，第三方業(yè)務(wù)需求方可以快捷的構(gòu)建數(shù)據(jù)安全隔離和資源彈性伸縮的專(zhuān)用信息服務(wù)平臺(tái)，從而降低開(kāi)發(fā)門(mén)檻。
對(duì)于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商而言，5G網(wǎng)絡(luò)有助于進(jìn)一步開(kāi)源節(jié)流。開(kāi)源方面，5G網(wǎng)絡(luò)突破當(dāng)前封閉固化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)框架，全面開(kāi)放基礎(chǔ)設(shè)施、組網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)和控制邏輯等網(wǎng)絡(luò)能力，構(gòu)建綜合化信息服務(wù)使能平臺(tái)，為運(yùn)營(yíng)商引入新的服務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)。節(jié)流方面，按需提供的網(wǎng)絡(luò)功能和基礎(chǔ)設(shè)施資源有助于更好的節(jié)能增效，降低單位流量的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)成本。
需要指出的是，隨著移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)和互聯(lián)網(wǎng)在業(yè)務(wù)方面融合的不斷深入，兩者在技術(shù)方面也在相互滲透和影響。云計(jì)算、虛擬化、軟件化等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)和平臺(tái)構(gòu)建的重要使能技術(shù)。

圖2 綜合化信息服務(wù)使能平臺(tái)

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)包括系統(tǒng)設(shè)計(jì)和組網(wǎng)設(shè)計(jì)兩個(gè)方面。系統(tǒng)設(shè)計(jì)重點(diǎn)考慮邏輯功能實(shí)現(xiàn)以及不同功能之間的信息交互過(guò)程，構(gòu)建功能平面劃分更合理的統(tǒng)一的端到端網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)。組網(wǎng)設(shè)計(jì)聚焦設(shè)備平臺(tái)和網(wǎng)絡(luò)部署的實(shí)現(xiàn)方案，以充分發(fā)揮基于SDN/NFV技術(shù)的新型基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境在組網(wǎng)靈活性和安全性方面的潛力。

1. 5G系統(tǒng)設(shè)計(jì)：邏輯視圖與功能視圖

圖3 5G網(wǎng)絡(luò)邏輯視圖

如圖3所示,5G網(wǎng)絡(luò)邏輯視圖由3個(gè)功能平面構(gòu)成：接入平面，控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面。
接入平面引入多站點(diǎn)協(xié)作、多連接機(jī)制和多制式融合技術(shù)，構(gòu)建更靈活的接入網(wǎng)拓?fù)�；控制平面基于可重�?gòu)的集中的網(wǎng)絡(luò)控制功能，提供按需的接入、移動(dòng)性和會(huì)話(huà)管理，支持精細(xì)化資源管控和全面能力開(kāi)放；轉(zhuǎn)發(fā)平面具備分布式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)和處理功能，提供更動(dòng)態(tài)的錨點(diǎn)設(shè)置，以及更豐富的業(yè)務(wù)鏈處理能力。
在整體邏輯架構(gòu)基礎(chǔ)上，5G網(wǎng)絡(luò)采用模塊化功能設(shè)計(jì)模式，并通過(guò)“功能組件”的組合，構(gòu)建滿(mǎn)足不同應(yīng)用場(chǎng)景需求的專(zhuān)用邏輯網(wǎng)絡(luò)。5G網(wǎng)絡(luò)以控制功能為核心，以網(wǎng)絡(luò)接入和轉(zhuǎn)發(fā)功能為基礎(chǔ)資源，向上提供管理編排和網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放的服務(wù)，形成三層網(wǎng)絡(luò)功能視圖，如圖4所示，其中：

管理編排層：由用戶(hù)數(shù)據(jù)、管理編排和能力開(kāi)放三部分功能組成。用戶(hù)數(shù)據(jù)功能存儲(chǔ)用戶(hù)簽約、業(yè)務(wù)策略和網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)等信息。管理編排功能基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的按需編排和網(wǎng)絡(luò)切片的按需創(chuàng)建。能力開(kāi)放功能提供對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息的統(tǒng)一收集和封裝，并通過(guò)API開(kāi)放給第三方。
網(wǎng)絡(luò)控制層：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制功能重構(gòu)及模塊化。主要的功能模塊包括：無(wú)線(xiàn)資源集中分配、多接入統(tǒng)一管控、移動(dòng)性管理、會(huì)話(huà)管理、安全管理和流量疏導(dǎo)等。上述功能組件按管理編排層的指示，在網(wǎng)絡(luò)控制層中進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源層的靈活調(diào)度。
網(wǎng)絡(luò)資源層：包括接入側(cè)功能和網(wǎng)絡(luò)側(cè)功能。接入側(cè)包括中心單元（CU）和分布單元（DU）兩級(jí)功能單元，CU主要提供接入側(cè)的業(yè)務(wù)匯聚功能；DU主要為終端提供數(shù)據(jù)接入點(diǎn)，包含射頻和部分信號(hào)處理功能。網(wǎng)絡(luò)側(cè)重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、流量?jī)?yōu)化和內(nèi)容服務(wù)等功能�；�于分布式錨點(diǎn)和靈活的轉(zhuǎn)發(fā)路徑設(shè)置，數(shù)據(jù)包被引導(dǎo)至相應(yīng)的處理節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)發(fā)和豐富的數(shù)據(jù)處理，如深度包檢測(cè)，內(nèi)容計(jì)費(fèi)和流量壓縮等。

圖4 5G網(wǎng)絡(luò)功能視圖

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