5G网络技术架构

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5G网络技术架构白皮书,2015年5月发布
AT-2◇2◇ MT2020(5G)推进组 5G网络技术架构白皮书 引言 面向2020年及未来,移动通信技术和产业将接入场景,满足端到端的业务体验需求,实现灵 迈入第五代移动通信(5G)的发展阶段。5G将活的网络部署和高效的网络运营,最终与无线空 满足人们超高流量密度、超高连接数密度、超高口技术共同推进5G发展。 移动性的需求,能够为用户提供高清视频、虚拟 当前,5G愿景与需求已基本明确,需要进一 现实、増强现实、云桌面、在线游戏等极致业务步深入研究5G新型网络架构、基础设施平台和网 体验。5G将渗透到物联劂等领域,与工业设施、络关键技术,明确设计原则和技术烙线,形成5G 医疗仪器、交通工具等深度融合,全面实现“万网络技术框架并推动达成产业共识,从而指导5G 物互联”,有效满足工业、医疗、交通等垂直行国际标准及后续产业发展。 业的信息化服务需要。5G还将大幅改善网络建 设运营的能耗与成本效率,全面提丌服务创新能 力,拓展移动通信产业空间。 与以往移动通信系统以多址接入技术革新为 换代标志不同,5G的概念将由无线向网络侧延 伸。IMT-2020(5G)推进组提出的5G概念由 “标忐性能力指标”和“一组关键技术”来共同 定义,其中一组关键技术包含新型终架构。5G 业务需求和以SDN/NFV等为代表的新型技术共 同驱动5G趔络架构创新,从而支持多样化的无线 AT-292◇ MT2020(5G)推进组 5G网络技术架构白皮书 网络挑战与发展趋势 1.网络面临的挑战 5G网络的发展需要面对关键能力指标、网络 运营能力和网络演进要求三个方面的挑战。如图 1所示。 0.1-1Gbps体验速率 站间协同能力不足 关键能力指标 数十Tbps/km流量密度 回传网络容量压力 百万级连接密度 信令过载、报头元余 低功耗、低成本 低时延、高可靠 传输路径冗长 网络运营能力 感知和开放能力提升运营水平 不足 网络演进要求 单一隧影道连接网络协同能力 有限 图1网络挑战 1)关键能力指标 ·100Mbps-1Gbps的体验速率 综合未来移动互联网和物联网各类场景和业 现有网络架构中,基站之间的交五功能不 务需求,5G主要技术场景可归纳为连续广域覆强,无法通过基站间通信实现高效的无线资源调 盖、热点高容量、低功耗大迕接和低时延髙可靠度、移动性管理和干扰协同等功能。现有网络小 四个场景。现有网络架构和功能无法很好的支持区中心与边缘接入速率性能差异较大,很难淸足 各场景中的能力指标要求,具体表现在以下几个广域覆盖下100Mbps用户体验速率以及热点地区 方面 Gbps体验速率的要求。 2 AT292◇50网络技术架构白皮书 ·热点区域数十Tbps/km的流量密度 现有的网络开放能力有限,不能满足细粒 现有核心网网关的部署位置较高、数据转发度和全方位网络能力开放的要求。网络缺乏向 模式单一,导致业务数据流量向网络中心汇聚,外开放的接口,第三方不能很好的获取丰富的 特别是在热点高容量场景下,容易对移动回传网网络信息,从而无法实现网络带宽和服务质量 络造成较大的容量压力。 (QoS)等网络资源与第三方业务需求的友好对 百万连接/km连接数密度 接,不利于业务体验的改善和网络运营效率的 单一的网络架构和同化的控制功能不能适应提升, 5G差异化的物联网终端接入要求。如针对低功 网络运营水平亟需提升 耗大连接场景与移动互联网场景,网络采用相同 5G阶段,随着业务流量与终端密度的双重提 的移动性和连接管理机制,将导致信令风暴等凤升,需要运营商能够不断降低网络建设成本和提 险。基丁隧道的连接管理札制报头开销较大,承升网络运营水平,同时,向物联网和垂直行业延 载物联网小量数据的效率较低。 伸,拓展自身盈利能力。 低时延高可靠 3)网络演进要求 现有网络的端到端通信在用户面和控制面 网络协同能力有限 都经历较长的传输路径,传输时延难以有效降 现有树络是通过核心网实现多接入统一控 低,对于本地业务很可能岀现严重的路由迂回制,不同的接入技术采用不同的移动性管理 凊况,尤法满足低吋延高可靠通信玚景的业务QoS控制和认证过程。多样的移动性管理机制引 需求。 入了不同的信令流程,导致网络互联和漫游架构 2)网络运营能力 复杂,终端切换和互操作流程繁琐,树络协同控 除了业务能力指标要求外,5G网络还需要面制能力有限。 对网络运营方面带来的挑战。 隧道机制功能单 感知与开放能力不足 5G网终的业务类犁非常丰富,现有隧道 当前的无线接入网一直作为“盲管道”存机制过于单一,不能适应5G网络对各种类型业 在,缺乏对用户和业务的感知能力,很难实现精务灵活的流量调度和高效的数据转发要求。同 细化管理。核心树虽然引入了深度包检测技术,时,由于用户IP地址与网关绑定,限制了业务 但是数据分析与挖掘能力有限,还不具各网络资面功能的下沉,无法有效提髙数据速率和降低 源优化部署和自动化运维的能力 传输时延。 3 AT-22 MT2020(5G)推进组 5G网络技术架构白皮书 2.5G网络发展趋势 未来5G树络将向性能更优质、功能更灵 活、运营更智能和生态更友好的方向发展,如 图2所示。 广域连 (() 续覆盖 网络控制 互联网应用 Macro 热点 高容量 控制运维开放 低功耗 大连接 转发计算存储 低时延 高可靠 网络传输 物联网应用 图25G网络发展趋势 网络性能更优质 网络运营史智能 5G网络将提供超高接入速率、超低时延、超 5G网络将全面提升智能感知和决策能力, 高可靠性的用户体验,满足超高流量密度、超高通过对地理位置、用户偏好、终端状态和閃络上 连接数密度及超高移动性的接入要求,同时将为下文等各种特性的实时感知和分析,制定决策方 閃络带来超百倍的能效提升和超百倍的比特成本案,实现数据驱动的精细化阏络功能部署、资源 降低,以及数倍的频谱效率的提升。 动态伸缩和自动化运营。 网络功能更灵活 网络生态更友好 5G以用户体验为中心,支持多样的移动互联 5G将以更友好和开放的网络面向新产业生态 网和物联网业务需求。在接入网,5G网络将支持和垂直行业。通过网络能力开放,向第三方提供 基站的即插即用和自组织组网,实现易部署、易灵活的业务部署环境,实现与第三方应用的友好 维护的轻量化接入网拓扑;在核心网,网络功能互动。5G网终能够提供按需定制服务,刺激业务 在演进的分组核心网(EPC)基础上进一步简化和网络创新环境,提升网络服务价值 与重构,提供高效灵活的网络控制与转发功能。 4 AT292◇50网络技术架构白皮书 5G网络总体设计 1.5G网络设计原则 为了应对5G需求和场景对网络提出的挑台,从而解决现有基础设施平台成本高、资源 战,并满足5G网络优质、灵活、智能、友好的配置能力不强和业务上线周期长等问题。 整体发展趋势,5G网络需要通过基础设施平台 在恻络架构方面,基于控制转发分离和控 和网络架构两个方面的技术创新和协同发展,制功能重构的技术设计新型网络架构,提高接 最终实现网络变革。 入在面向5G复杂场景下的整体接入性能。 当前的电信基础设施平台是基于专用硬件简化核心网结构,提供灵活高效的控制转发功 实现。5G网络将通过引人冮联网和虛拟化技能,支持高智能运营,开放网络能力,提升仝 术,设计实现基于通用硬件的新型基础设施平网整体服务水平。 2.新型基础设施平台 实现5G新型设施平台的基础是网络功能虚任意位置,同时对通用硬件资源实现按需分配 拟化(NFV)和软件定义网络(SDN)技术。和动态伸缩,以达到最优的资源利用率。SDN NFⅤ技术通过软件与硬件的分离,为5G网络提技术实现控制功能和转发功能的分离。控制功 供更具弹性的基础设施平台,组件化的网络功能的抽离和聚合,有利于通过网络控制平面从 能模块实现控制面功能可重构。NFV使网元功全局视角来感知和调度网络资源,实现网络连 能与物理实休解耦,采用通用硬件取代专用硬接的可编程。 件,可以方便快捷的把网元功能部署在网络中 3.5G网络逻辑架构 为了满足业务与运营需求,5G接入网与核心纳室口多种接入技术,提升小区边缘协同处理效 网功能需要进一步增强。接入网和核心网的逻辑率,提高无线和回传资源利用率。5G无线接入网 功能界面清晰,但是部署方式却更加灵活,其至由孤立的接入“盲”管道转向支持多接入和多连 可以融合部署。 接、分布式和集中式、自回传和自组织的复杂网 5G接入网是一个满足多场景的以用户为中络拓扑,并且具备无线资源智能化管控和共享能 的多层异构网络。宏站和微站相结合,统一容力,支持基站的即插即用。 5 AT-22 MT2020(5G)推进组 5G网络技术架构白皮书 5G核心网需要支持低时延、大容量和高速率将推动5G网络架构的革新,借鉴控制转发分离 的各种业务。能够更高效的实现对差异化业务需技术对网络功能进行重缊,使得网络逻辑功能更 求的按需编排功能。核心网转发平面进一步简化加聚合,逻辑功能平面更加清晰。网络功能可以 下沉,同时将业务存储和计算能力从网终中心 按需编排,运营商能恨据不同场景和业务特征要 移到网络边缘,以支持高流量和低时延的业务要求,灵活组合功能模块,按需定制网络资源和业 求,以及灵活均衡的流量负载调度功能。 务逻辑,增强网络弹性和自适应性。 NFV和SDN技术在移动网络的引入与发展 5G网络逻辑架构如图3所示 核心网 转发功能 5G网络逻辑架构 控制平面/mm 线制国日 (9)) 逻辑礬 网络集中控制调度 控制功能 态自组织网络 内容存储分发 47分标式 业务 使能 v.∈- 接入网 接入功能 mesh 集中式 Wi-Fi 分布转 数据中心 接入平面 转发平面 图35G网络逻辑架构 新型5G网络架构包含接入、控制和转发三个 入和转发资源的全局调度。面向差异化 功能平面。控制平面主要负责全局控制策略的生 业务需求,通过按需编排的网络功能, 成,接入平面和转发平面主要负责策略执行 提供可定制的网络资源,以及友好的能 接入平面:包含各种类型基站和无线接入 力廾放平台 设备。基站间交互能力增强,组网拓扑形 转发平面:包含用户面下沉的分布式网 式丰富,能够实现快速灵活的无线接入协 关,集成边缘内容缓存和业务流加速等功 同控制和更高的无线资源利用率。 能,在集中的控制平面的统一控制下,数 控制平面:通过树络功能重构,实现集中 据转发效率和灵活性得到极大提升。 的控制功能和简化的控制流程,以及接 6 AT-22◇5网络技术梨构白皮书 4.网络部署与业务视图 5G络的部署包括边缘接入网、城域汇聚网 和骨干网三个部分,如图4所示。 控制平面 接入 D-RAN 控制逻辑 按需编排 能力开放 平面 WIFI C-RAN 分组数据网 接入网 汇聚网 骨干网 Macro Mesh Internet MTC 网关 内容分发 服务加速 D2D 转发平面 图45G网络部署 网络控制功能包括了核心网控制功能和接入例,如图5所示。不同的网络分片实现逻辑的隔 网控制功能。核心网控制功能在城域汇聚网或骨离,毎饣分片的拥塞、过载、配置的调整不影响 干网内尽量集中化部署。面向低时延业务场景,其它分片。不同分片中的网络功能在相同的位置 核心网控制功能需要部署在接入网边缘或者与基共享相同的软硬件平台。面向5G网络的四种典型 站融合部署。数据网关和业务使能设备可以根据场景的网络分片如图5所示: 业务需要在全网中灵活部署,以减少对回传网络 连续广域覆盖网络:在较人范围内支持移 的压力,降低时延和提高用户体验速率。网络能 动性、漫游等基本移动特性。数据而流量 力开放功能可以部署于网络控制功能之上,冇不 相对较少,用户面网关相对集中。保障较 于网络服务和管理功能向第三方开放。 高的业务锚点位置,实现对广域移动性的 5G网络将呈现出“一个逻辑架构、多种组 支持; 网架构”的形态。5G网络通过分片技术,从统 ·热点高容量网络:集中控制面,通过用户 的基础架构出发,可按需构建不同的逻辑网络实 面网关下沉,靠近用户部署业务锚点和内 7 AT-22 MT2020(5G)推进组 5G网络技术架构白皮书 容源,实现本地路由,降低对网络容量的 压力; 低功耗大连接网络:简化的连接管理、移 动性管理、漫游等机制,通过控制协议的 裁剪及优化实现低功耗及高连接数; 低时延高可靠网络:终端可通过设备到 设备(D2D)直连,或本地业务路由实 现低时延。通过端到端的QoS控制和平台 的高可靠性机制满足业务和系统的可靠 性要求。 统一基础设施 广域覆盖 热点区域 低功耗大连接 低时延高可靠 55 5 信令 数据 控制功能数据功能内容增值 图55G网络业务视图 8

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onlyeason 非常新的资源,对5G很好的概述
2015-10-19
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