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IMT2020-5G网络架构白皮书
汤圆儿
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发表于 2020-07-14 17:12:46  只看楼主 

 目录

引言

5G网络:挑战与机遇

5G网络架构设计

5G网络代表性服务能力

5G网络标准化建议

总结和展望

主要贡献单位

 

引言

随着5G研究的全面展开并逐步深入,业界就5G场景形成基本共识:面向增强的移动互联网应用场景,5G提供更高体验速率和更大带宽的接入能力,支持解析度更高、体验更鲜活的多媒体内容;面向物联网设备互联场景,5G提供更高连接密度时优化的信令控制能力,支持大规模、低成本、低能耗IoT设备的高效接入和管理;面向车联网、应急通信、工业互联网等垂直行业应用场景,5G提供低时延和高可靠的信息交互能力,支持互联实体间高度实时、高度精密和高度安全的业务协作。
面对5G极致的体验、效率和性能要求,以及 “万物互联”的愿景,网络面临全新的挑战与机遇。5G网络将遵循网络业务融合和按需服务提供的核心理念,引入更丰富的无线接入网拓扑,提供更灵活的无线控制、业务感知和协议栈定制能力;重构网络控制和转发机制,改变单一管道和固化的服务模式;利用友好开放的信息基础设施环境,为不同用户和垂直行业提供高度可定制化的网络服务,构建资源全共享、功能易编排、业务紧耦合的综合信息化服务使能平台。
5G国际标准化工作现已全面展开,需要尽快细化5G网络架构设计方案并聚焦关键技术方向,以指导后续产业发展。本白皮书从逻辑功能和平台部署的角度,以四维功能视图的方式呈现了新型5G网络架构设计,并提炼了网络切片、移动边缘计算、按需重构的移动网络、以用户为中心的无线接入网和能力开放等5G网络代表性服务能力。白皮书最后提出了5G网络架构和技术标准化工作的推进建议。

5G网络: 挑战与机遇

1. 极致性能指标带来全面挑战

首先,为了满足移动互联网用户极致的视频及增强现实等业务体验需要,5G系统提出了随时随地提供100Mbps—1Gbps的体验速率的指标要求,甚至在500km/h的高速运动过程中,也要求具备基本服务能力和必要的业务连续性。
第二,为了支持移动互联网和物联网场景设备高效接入的要求,5G系统需同时满足Tbps/km2的流量密度和百万/km2连接密度要求,而现有网络流量中心汇聚和单一控制机制在高吞吐量和大连接场景下容易导致流量过载和信令拥塞。
第三,为了支持自动驾驶和工业控制等高度实时性要求的业务,5G系统需要在高可靠性前提下,满足端到端毫秒级的极低时延要求。现网中,端到端时延和业务中断时间都在百毫秒量级,与5G时延要求存在两个数量级的差距,也难以满足特定业务的可靠性和安全性要求。

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图1 5G全面的网络挑战

2. 网络与业务融合触发全新机遇
丰富的5G应用场景对网络功能要求各异:从突发事件到周期事件的资源分配;从自动驾驶到低移动性终端的移动性管理;从工业控制到抄表业务的时延要求等。面对如此多样化的业务场景,5G提出的网络与业务深度融合,按需提供服务的新理念能为信息产业的各个环节带来全新的发展机遇。
基于5G网络“最后一公里”的位置优势,互联网应用服务提供商能够提供更具差异性的用户体验。例如,基于网络开放的位置区域、移动轨迹和无线环境等上下文信息,APP能够筛选出更恰当的服务参数,提升客户黏性;同时,利用网络边缘的内容缓存和计算能力,服务提供商可以为指定用户提供更优质的时延和带宽服务质量保障,在竞争中占得先机。
基于5G网络“端到端全覆盖”的基础设施优势,以垂直行业为代表的物联网业务需求方可以获得更强大且更灵活的业务部署环境。依托强大的网管系统,垂直行业能够获得对网内终端和设备更丰富的监控和管理手段,全面掌控业务运行状况;利用功能高度可定制化和资源动态可调度的5G基础设施能力,第三方业务需求方可以快捷的构建数据安全隔离和资源弹性伸缩的专用信息服务平台,从而降低开发门槛。
对于移动网络运营商而言,5G网络有助于进一步开源节流。开源方面,5G网络突破当前封闭固化的网络服务框架,全面开放基础设施、组网转发和控制逻辑等网络能力,构建综合化信息服务使能平台,为运营商引入新的服务增长点。节流方面,按需提供的网络功能和基础设施资源有助于更好的节能增效,降低单位流量的建设与运营成本。
需要指出的是,随着移动网络和互联网在业务方面融合的不断深入,两者在技术方面也在相互渗透和影响。云计算、虚拟化、软件化等互联网技术是5G网络架构设计和平台构建的重要使能技术。

IMT2020-5G网络架构白皮书2.jpg

图2 综合化信息服务使能平台

5G网络架构设计

5G网络架构设计包括系统设计和组网设计两个方面。系统设计重点考虑逻辑功能实现以及不同功能之间的信息交互过程,构建功能平面划分更合理的统一的端到端网络逻辑架构。组网设计聚焦设备平台和网络部署的实现方案,以充分发挥基于SDN/NFV技术的新型基础设施环境在组网灵活性和安全性方面的潜力。

1. 5G系统设计:逻辑视图与功能视图

IMT2020-5G网络架构白皮书3.jpg

图3 5G网络逻辑视图

如图3所示,5G网络逻辑视图由3个功能平面构成:接入平面,控制平面和转发平面。
接入平面引入多站点协作、多连接机制和多制式融合技术,构建更灵活的接入网拓扑;控制平面基于可重构的集中的网络控制功能,提供按需的接入、移动性和会话管理,支持精细化资源管控和全面能力开放;转发平面具备分布式的数据转发和处理功能,提供更动态的锚点设置,以及更丰富的业务链处理能力。
在整体逻辑架构基础上,5G网络采用模块化功能设计模式,并通过“功能组件”的组合,构建满足不同应用场景需求的专用逻辑网络。5G网络以控制功能为核心,以网络接入和转发功能为基础资源,向上提供管理编排和网络开放的服务,形成三层网络功能视图,如图4所示,其中:

管理编排层:由用户数据、管理编排和能力开放三部分功能组成。用户数据功能存储用户签约、业务策略和网络状态等信息。管理编排功能基于网络功能虚拟化技术,实现网络功能的按需编排和网络切片的按需创建。能力开放功能提供对网络信息的统一收集和封装,并通过API开放给第三方。
网络控制层:实现网络控制功能重构及模块化。主要的功能模块包括:无线资源集中分配、多接入统一管控、移动性管理、会话管理、安全管理和流量疏导等。上述功能组件按管理编排层的指示,在网络控制层中进行组合,实现对资源层的灵活调度。
网络资源层:包括接入侧功能和网络侧功能。接入侧包括中心单元(CU)和分布单元(DU)两级功能单元,CU主要提供接入侧的业务汇聚功能;DU主要为终端提供数据接入点,包含射频和部分信号处理功能。网络侧重点实现数据转发、流量优化和内容服务等功能。基于分布式锚点和灵活的转发路径设置,数据包被引导至相应的处理节点,实现高效转发和丰富的数据处理,如深度包检测,内容计费和流量压缩等。

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图4 5G网络功能视图

......

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