5G网络架构

5G网络架构5G网络演进需要新型网络架构未来网络对速率、连接密度、时延、移动性、成本及效率有更高的要求，触发对新型网络架构的设计需求更扁平的架构更快捷的内容分发更灵活的网络编排更简洁的移动性管理更高效的资源管理更安全的网络体系0.1～1Gbps的用户体验速率每平方公里一百万的连接密度毫秒级的端到端时延每小时500Km以上的移动性数十Gbps峰值速率平方公里数十T的流量密度数据来源:IMT20205G需求白皮书5G需求对架构的潜在要求各区域组织纷纷展开5G研究，需求及场景的讨论是前期工作重点，尚未提出明确网络架构新技术的引入使架构的重新设计成为可能3NFV实现软硬件的解耦，更重要的是实现网元的编排功能，提升管理和维护效率,增强灵活性虚拟化SDN采用软件集中控制、网络开放的三层架构，高效调度全网资源，提升网络虚拟化能力SDN是一种网络架构，包括3层：转发、控制、应用SDN与传统IP网络的区别：•传统IP网络采用分布式路由计算，扩展性和网络可靠性好，但缺少全局网络资源的灵活调度能力•SDN采用全局集中式路由计算，可高效调度全网资源5G网络架构设计中需考虑的问题1.集中式的全局优化与分布式多点协作哪种更优2.接入网的多种形态如何组网3.NFV和SDN将对架构产生何种程度的影响5.5G架构是演进还是革命？4.接入网及核心网的界限是否会被打破•集中和分布架构之辩：分部式服务的理念与集中式服务的实用性之间一直存在分歧•无线接入网+核心网——移动网的传统架构•LIPA、Relay、C-RAN等已显示融合的迹象•NFV彻底颠覆网元形态，实现网络功能可编程•SDN完全改变传统网络设计模式，实现网络连接可编程•C-RAN、D-RAN、无线Mesh、D2D、Multi-RAT等多种接入架构存在，拓扑是何种形态•宏站、小站、Relay、WLAN等多种接入节点存在•Google：分布式数据+集中管理和控制已成为规范架构5G网络架构设计的原则•四个原则1.灵活：不同业务要求（超高可靠、超低时延）、以用户为中心的组网（个人、企业、M2M），更快的功能引入2.高效：更低的数据传输成本，易于扩展；简化状态、信令3.智能：资源自动分配和调整，网络自配置，自优化4.开放：网元突破软硬件耦合的限制；网络能力向第三方开放打造新的生态环境，创新盈利点•四维架构（4D-Architecture）1.转发分离化（Seperated）：基站的C/U分离、网关的控制转发分离2.网络虚拟化（Virtualized）：小区逻辑虚拟化，网元功能虚拟化3.功能模块化（Modularized）：网元功能原子/模块化，按需组合4.部署分布化（Distributed）：支持分布式的网元部署，内容分布更靠近用户5G网络架构初步设计——“三朵云”接入云：接入控制与承载分离、接入资源协同管理、支持多种部署场景（集中/分布/无线mesh）、灵活的网络功能及拓扑控制云：网络控制功能集中，网元功能虚拟化、软件化、可重构，支持网络能力开放；转发云：剥离控制功能，转发功能靠近基站，业务能力与转发能力融合。Wi-FiC-RANM-CDND-RANmesh网络控制器网络能力开放内容存储分发分布转发业务使能数据中心5G网络架构特征：灵活的无线接入云、智能开放的控制云、高效低成本的转发云连接管理移动性签约QoS网络管理资源编排5G网络架构——平台视图vComputingvStoragevNetworkVirtualizationlayerNFVInfrastructureControlPlaneVNFEndtoEndManagement&OrchestrationFunctionLibraryUserPlaneVNFServiceVNFAccesssideCoresideVIMPhysicalNetworkandDC平台和编排功能成为架构设计的重要组成部分体现网元类型及逻辑关系的“逻辑视图”还有待讨论SDX100BillionThingsRLC1RLC2MAC1MAC2HybridL1…接入云关键技术（1）多RAT，多连接目标•通过引入本地集中控制器，实现核心网及用户透明的多RAT的统一接入和管理•支持多制式/多样接入点，分布式和集中式、有线和无线等灵活的网络拓扑和自适应的无线接入方式•支持低成本网络节点，及超密集部署技术方向•网络接入•协同传输BSCNBeNBAPBTSBSCMME/GWACSGSNSGSNeNBAP5GAPMRM/DC支撑技术之自适应接入技术•动态可协商的接口配置与协议数据处理功能•无线数据分流与汇聚:动态业务分流，内容智能分发PHYMACPDCPRLCRFPHYMACRFRLCPHYRFRRM/RRCIPflow(s)PDCPPDCPRLCMAC•统一的核心网接口•业务分流定制化部署和服务目标•通过引动态调整网络拓扑满足用户动态变化的业务传输需求技术方向•虚拟化实现•资源虚拟化•功能虚拟化•定制化决策与部署RRC控制面用户面控制面接口上下文管理移动性管理用户面接口数据流1数据流2数据流n数据包过滤器…PDCPRLCMACPHY1PHY2TCP加速IP/UDPproxyRRM支撑技术之软件定义协议栈•通过软件定义协议技术，协议栈可编程构建敏捷的业务处理能力•简单、友好的接口，灵活性和易用性的统一接入云关键技术（2）目标•更好支持用户无缝移动，提高终端用户体验度，让终端感觉不到切换技术方向•微微间•宏基站间•宏微组网无缝移动性精准定位接入网频谱共享无线回传能力目标•提高无线回传能力，支持站点间backhaul回传协调共享技术方向•站间信令协调•回传共享•回传资源管理•网络编码目标•提高室内外定位精度，实现多RAT间协同定位技术方向•室内室外定位结合•多RAT联合定位目标•提高频谱共享的灵活性和提升频谱效率技术方向•多RAT间频谱共享•多运营商间频谱共享•非授权频段控制云关键技术网元功能重构接口重新定义•全融合重构•基于应用的垂直重构•基于功能的水平重构•从网元间的连接关系变为网络功能间的服务关系•网络功能通过对外暴露调用接口(API)来提供服务,供其他模块调用连接管理•简化的连接管理机制基于SDN的移动性管理•控制集中化以获取全局拓扑、无隧道、与接入技术无关，无固定锚点，可优化路由资源调度及干扰协同•分布式•集中式业务和用户感知分析•上下文感知•用户行为分析•业务特性分析按协议区分不同业务流量依据流量特点感知上下文信息业务需求分析优化QCI粒度将不同协议业务划分成不同的QCIQCI协议类型协议-QCI映射表修正资源按需分配用户体验度评估模型评估理论依据Ideal/Non-IdealbackhaulE1E2E3E31E11L1Bitproc.ModulationLayerMapping&precodingMapping,IFFTIDFT,demodu.Channelesti.,equalizationFFT,de-mappingS1InterfacePDCPRLCMACULIFULRFAnt.DLIFDLRF………………………………OtherSectorseNBL1Bitproc.ModulationLayerMapping&precodingMapping,IFFTIDFT,demodu.Channelesti.,equalizationFFT,de-mappingS1InterfacePDCPRLCMACULIFULRFAnt.DLIFDLRF………………………………OtherSectorseNB转发云关键技术通用转发设备通用转发设备通用转发设备SDNcontroller业务链编排流量控制RouterRouterRouterURL过滤视频优化压缩适配WLANQoS选择用户的转发设备…用户管理下发流表信息，灵活控制转发策略业务链流量调度：网络策略+新路由机制，实现按业务、网络、用户的按需数据转发NCF…网络流量实时监控：实时统计网络带宽利用情况，可视化网络流量业务带宽提前预定：为定期同步流量提前预留带宽网络流量智能调度：根据负载情况和业务需求智能动态选路分层的内容分发：核心、接入、终端分层部署CDN，基于策略的相互协作，提升服务质量网络能力开放5G网络能力开放功能图开放能力网络资源编排保障按需调度第三方应用能力封装与适配，实现第三方应用需求与网络能力的映射需求导入与能力提供管道能力数据流控制移动性管理认证授权计费增值服务数据信息协议优化内容引入内容插入其他服务业务数据用户数据网络数据资源编排管理基础设施QoS控制网元功能编排基础设施管理编排能力使能能力网络使能开放互通资源编排基础设施管道能力第三方应用终端应用层网络层能力层北向接口南向接口增值服务5G网络能力开放架构图数据信息在网络架构中引入网络能力层，具备三个功能：资源编排、网络使能、开放互通4G时代存在OTT对语音分流、数据资费降低的挑战，5G时代需明确网络的增值模式和盈利点，实现第三方应用与网络的良好互动，提升网络资源利用率和用户业务体验，达到产业链共赢网络能力开放已完成架构和技术分析，将逐渐有机的结合到新型网络架构及网元中总结•NFV、SDN是新架构设计的重要技术基础•架构的设计将涉及5方面的关键问题–集中vs.分布、接入网的形态、网络如何融合、NFV&SDN的影响、演进vs.革命•架构设计的四项原则：灵活、高效、智能、开放•新架构的特征–转发分离化、网络虚拟化、功能模块化、部署分布化•“三朵云”的5G网络架构将呈现两个视图–NFV的引入使得平台成为网络设计的一部分–平台视图、逻辑视图（传统网络架构视图）•5G网络架构设计多个关键技术，如：多RAT多连接、定制化部署和服务、网元重构、新型移动性管理、简化的连接管理、接口设计等•网络架构的设计将考虑运营商5G网络的运营模式以实现网络增值