目錄

引言

5G網(wǎng)絡：挑戰(zhàn)與機遇

5G網(wǎng)絡架構(gòu)設計

5G網(wǎng)絡代表性服務能力

5G網(wǎng)絡標準化建議

總結(jié)和展望

主要貢獻單位

引言

隨著5G研究的全面展開并逐步深入，業(yè)界就5G場景形成基本共識：面向增強的移動互聯(lián)網(wǎng)應用場景，5G提供更高體驗速率和更大帶寬的接入能力，支持解析度更高、體驗更鮮活的多媒體內(nèi)容；面向物聯(lián)網(wǎng)設備互聯(lián)場景，5G提供更高連接密度時優(yōu)化的信令控制能力，支持大規(guī)模、低成本、低能耗IoT設備的高效接入和管理；面向車聯(lián)網(wǎng)、應急通信、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)應用場景，5G提供低時延和高可靠的信息交互能力，支持互聯(lián)實體間高度實時、高度精密和高度安全的業(yè)務協(xié)作。
面對5G極致的體驗、效率和性能要求，以及 “萬物互聯(lián)”的愿景，網(wǎng)絡面臨全新的挑戰(zhàn)與機遇。5G網(wǎng)絡將遵循網(wǎng)絡業(yè)務融合和按需服務提供的核心理念，引入更豐富的無線接入網(wǎng)拓撲，提供更靈活的無線控制、業(yè)務感知和協(xié)議棧定制能力；重構(gòu)網(wǎng)絡控制和轉(zhuǎn)發(fā)機制，改變單一管道和固化的服務模式；利用友好開放的信息基礎設施環(huán)境，為不同用戶和垂直行業(yè)提供高度可定制化的網(wǎng)絡服務，構(gòu)建資源全共享、功能易編排、業(yè)務緊耦合的綜合信息化服務使能平臺。
5G國際標準化工作現(xiàn)已全面展開，需要盡快細化5G網(wǎng)絡架構(gòu)設計方案并聚焦關(guān)鍵技術(shù)方向，以指導后續(xù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本白皮書從邏輯功能和平臺部署的角度，以四維功能視圖的方式呈現(xiàn)了新型5G網(wǎng)絡架構(gòu)設計，并提煉了網(wǎng)絡切片、移動邊緣計算、按需重構(gòu)的移動網(wǎng)絡、以用戶為中心的無線接入網(wǎng)和能力開放等5G網(wǎng)絡代表性服務能力。白皮書最后提出了5G網(wǎng)絡架構(gòu)和技術(shù)標準化工作的推進建議。

5G網(wǎng)絡: 挑戰(zhàn)與機遇

1. 極致性能指標帶來全面挑戰(zhàn)

首先，為了滿足移動互聯(lián)網(wǎng)用戶極致的視頻及增強現(xiàn)實等業(yè)務體驗需要，5G系統(tǒng)提出了隨時隨地提供100Mbps—1Gbps的體驗速率的指標要求，甚至在500km/h的高速運動過程中，也要求具備基本服務能力和必要的業(yè)務連續(xù)性。
第二，為了支持移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)場景設備高效接入的要求，5G系統(tǒng)需同時滿足Tbps/km2的流量密度和百萬/km2連接密度要求，而現(xiàn)有網(wǎng)絡流量中心匯聚和單一控制機制在高吞吐量和大連接場景下容易導致流量過載和信令擁塞。
第三，為了支持自動駕駛和工業(yè)控制等高度實時性要求的業(yè)務，5G系統(tǒng)需要在高可靠性前提下，滿足端到端毫秒級的極低時延要求�，F(xiàn)網(wǎng)中，端到端時延和業(yè)務中斷時間都在百毫秒量級，與5G時延要求存在兩個數(shù)量級的差距，也難以滿足特定業(yè)務的可靠性和安全性要求。

圖1 5G全面的網(wǎng)絡挑戰(zhàn)

2. 網(wǎng)絡與業(yè)務融合觸發(fā)全新機遇
豐富的5G應用場景對網(wǎng)絡功能要求各異：從突發(fā)事件到周期事件的資源分配；從自動駕駛到低移動性終端的移動性管理；從工業(yè)控制到抄表業(yè)務的時延要求等。面對如此多樣化的業(yè)務場景，5G提出的網(wǎng)絡與業(yè)務深度融合，按需提供服務的新理念能為信息產(chǎn)業(yè)的各個環(huán)節(jié)帶來全新的發(fā)展機遇。
基于5G網(wǎng)絡“最后一公里”的位置優(yōu)勢，互聯(lián)網(wǎng)應用服務提供商能夠提供更具差異性的用戶體驗。例如，基于網(wǎng)絡開放的位置區(qū)域、移動軌跡和無線環(huán)境等上下文信息，APP能夠篩選出更恰當?shù)姆�務參�?shù)，提升客戶黏性；同時，利用網(wǎng)絡邊緣的內(nèi)容緩存和計算能力，服務提供商可以為指定用戶提供更優(yōu)質(zhì)的時延和帶寬服務質(zhì)量保障，在競爭中占得先機。
基于5G網(wǎng)絡“端到端全覆蓋”的基礎設施優(yōu)勢，以垂直行業(yè)為代表的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務需求方可以獲得更強大且更靈活的業(yè)務部署環(huán)境。依托強大的網(wǎng)管系統(tǒng)，垂直行業(yè)能夠獲得對網(wǎng)內(nèi)終端和設備更豐富的監(jiān)控和管理手段，全面掌控業(yè)務運行狀況；利用功能高度可定制化和資源動態(tài)可調(diào)度的5G基礎設施能力，第三方業(yè)務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用信息服務平臺，從而降低開發(fā)門檻。
對于移動網(wǎng)絡運營商而言，5G網(wǎng)絡有助于進一步開源節(jié)流。開源方面，5G網(wǎng)絡突破當前封閉固化的網(wǎng)絡服務框架，全面開放基礎設施、組網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)和控制邏輯等網(wǎng)絡能力，構(gòu)建綜合化信息服務使能平臺，為運營商引入新的服務增長點。節(jié)流方面，按需提供的網(wǎng)絡功能和基礎設施資源有助于更好的節(jié)能增效，降低單位流量的建設與運營成本。
需要指出的是，隨著移動網(wǎng)絡和互聯(lián)網(wǎng)在業(yè)務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。云計算、虛擬化、軟件化等互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是5G網(wǎng)絡架構(gòu)設計和平臺構(gòu)建的重要使能技術(shù)。

圖2 綜合化信息服務使能平臺

5G網(wǎng)絡架構(gòu)設計

5G網(wǎng)絡架構(gòu)設計包括系統(tǒng)設計和組網(wǎng)設計兩個方面。系統(tǒng)設計重點考慮邏輯功能實現(xiàn)以及不同功能之間的信息交互過程，構(gòu)建功能平面劃分更合理的統(tǒng)一的端到端網(wǎng)絡邏輯架構(gòu)。組網(wǎng)設計聚焦設備平臺和網(wǎng)絡部署的實現(xiàn)方案，以充分發(fā)揮基于SDN/NFV技術(shù)的新型基礎設施環(huán)境在組網(wǎng)靈活性和安全性方面的潛力。

1. 5G系統(tǒng)設計：邏輯視圖與功能視圖

圖3 5G網(wǎng)絡邏輯視圖

如圖3所示,5G網(wǎng)絡邏輯視圖由3個功能平面構(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協(xié)作、多連接機制和多制式融合技術(shù)，構(gòu)建更靈活的接入網(wǎng)拓撲；控制平面基于可重構(gòu)的集中的網(wǎng)絡控制功能，提供按需的接入、移動性和會話管理，支持精細化資源管控和全面能力開放；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，提供更動態(tài)的錨點設置，以及更豐富的業(yè)務鏈處理能力。
在整體邏輯架構(gòu)基礎上，5G網(wǎng)絡采用模塊化功能設計模式，并通過“功能組件”的組合，構(gòu)建滿足不同應用場景需求的專用邏輯網(wǎng)絡。5G網(wǎng)絡以控制功能為核心，以網(wǎng)絡接入和轉(zhuǎn)發(fā)功能為基礎資源，向上提供管理編排和網(wǎng)絡開放的服務，形成三層網(wǎng)絡功能視圖，如圖4所示，其中：

管理編排層：由用戶數(shù)據(jù)、管理編排和能力開放三部分功能組成。用戶數(shù)據(jù)功能存儲用戶簽約、業(yè)務策略和網(wǎng)絡狀態(tài)等信息。管理編排功能基于網(wǎng)絡功能虛擬化技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡功能的按需編排和網(wǎng)絡切片的按需創(chuàng)建。能力開放功能提供對網(wǎng)絡信息的統(tǒng)一收集和封裝，并通過API開放給第三方。
網(wǎng)絡控制層：實現(xiàn)網(wǎng)絡控制功能重構(gòu)及模塊化。主要的功能模塊包括：無線資源集中分配、多接入統(tǒng)一管控、移動性管理、會話管理、安全管理和流量疏導等。上述功能組件按管理編排層的指示，在網(wǎng)絡控制層中進行組合，實現(xiàn)對資源層的靈活調(diào)度。
網(wǎng)絡資源層：包括接入側(cè)功能和網(wǎng)絡側(cè)功能。接入側(cè)包括中心單元（CU）和分布單元（DU）兩級功能單元，CU主要提供接入側(cè)的業(yè)務匯聚功能；DU主要為終端提供數(shù)據(jù)接入點，包含射頻和部分信號處理功能。網(wǎng)絡側(cè)重點實現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、流量優(yōu)化和內(nèi)容服務等功能。基于分布式錨點和靈活的轉(zhuǎn)發(fā)路徑設置，數(shù)據(jù)包被引導至相應的處理節(jié)點，實現(xiàn)高效轉(zhuǎn)發(fā)和豐富的數(shù)據(jù)處理，如深度包檢測，內(nèi)容計費和流量壓縮等。

圖4 5G網(wǎng)絡功能視圖

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IMT2020-5G網(wǎng)絡架構(gòu)白皮書.pdf