5G网络架构演进的思考

5G网络架构演进的思考谭仕勇2015.05目录5G网络面临的挑战关于重新设计5G网络架构的思考现有网络架构的痛点基于自主硬件功能固定：新特性需要使用新的版本容量固定：伸缩困难，资源闲置，扩容复杂位置固定：不能进行动态迁移网元众多：为了支撑新功能，不断引入新网元控制面：控制逻辑分散两个控制中心：MME、PCRF两个网元存放签约数据：HSS、SPR众多其他网元：OCS/OFCS、ANDSF、AAA等NFV（网络功能虚拟化）正在改变移动网络的实现方式。基于NFV，可以对下一代网络架构重新进行设计。用户面：不灵活需支持多个控制面网元接口可编程能力差难以支撑动态伸缩网络能力开放：不成熟用户面可编程能力差控制面控制逻辑分散开放所需数据分布在网络中网络管理：复杂需要很多手动配置故障定位困难新业务上线时间长eNodeBSGWPGWMMEPCRFTDFePDGHSSAAAOCSOFCSNon-3GPPSPRLIGDHCPBMSCUESGSNUTRAN/GERANPDN用户面的挑战难以满足5G网络极低的时延要求5G毫秒级端到端时延的需求，必然促使网关下移。据估算，网关数量将增加10到100倍。直接将现有的网关设备布置到较低位置会增加CAPEX和OPEX。网关和控制面实体之间存在很多接口，使网络拓扑结构非常复杂。网关布置更加分散，升级或重新配置网关更加困难PDNGWMMEPCRFUGW(UnifiedPacketGateway)AAAServerOCSAAADHCPServerIPAllocationBMSCVPNTunnelSGSNMMESGWeNodeBRNCGTPv1CGOnlineChargingOfflineChargingPCRFPolicyLIGLIS4SGSNNon-3GPPDataTunnelDataGTPv0V1GTPv0V1GTPv2GTPV1GTPv2GTPv2PMIPv6PMIPv6GTPv1GTPv1MIPMIPPMIPv6PMIPv6LIPGWGTPV1GTPv2PMIPv6PMIPv6OCSOFCS……控制面的挑战例1：MBB网络中的QoS协商P-GWPCRFHSSMMEeNodeBUE默认承载的QCI、PCRF上进行QoS协商MME上进行QoS协商S-GW网关上进行QoS协商HSS上进行QoS签约SCEQoS协商过程涉及网络中的多个实体，一旦出现冲突，定位困难，解决周期很长。例2：基于SSL进行QoS控制为了支持基于SSL(SubscriberSpendingLimits)的QoS控制特性，定义了一个新的接口Sy。控制逻辑分散导致的问题分散的控制逻辑可能导致冲突。引入新特性需要更改或增加接口，标准化周期很长。SPRSPR上进行QoS签约OCSPCRFSPRAFBBERFTDFPCEFOFCSSyIMT-2020推进组提出的5G愿景5G愿景信息随心至，万物触手及渗透到未来社会的各个领域以用户为中心构建全方位的信息生态系统拉近万物的距离提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息盛宴来源：IMT-2020(5G）愿景和需求白皮书总结总流量提升1000倍数据速率提升10~100倍连接数提升10~100倍端到端时延减少10倍KPI重新设计5G网络架构架构挑战物联网海量连接信令开销终端耗电流量视频爆发千倍流量体验速率时延自动驾驶在线游戏远程医疗泛在网多RAT固移融合企业应用弹性定制MVNO运维自动化灵活部署业务创新TTM能力开放平滑演进异构组网互联互通后向兼容成本CAPEXOPEX安全用户隐私统一认证备选技术NFVSDNBigDataMECICN…SOA目录5G网络面临的挑战关于重新设计5G网络架构的思考新网络架构概述分布式用户面：分布更广，更靠近用户功能更简单可编程性提升融合控制面：网元种类减少统一控制逻辑融合数据库开放的使能平面：开放更多更强的网络能力大数据敏捷的管理平面：E2E虚拟网络自动管理统一的NFV基础设施12345灵活的逻辑架构+统一的基础设施平台D-GWNewCoreEPMGTePCEF13NFVInfrastructureNewCoreUPC-GWNFVInfrastructureNewCoreUPNFVInfrastructureePCEFOTTIMSIoTEnterpriseNewCoreCPUnifiedControlEntityUnifiedDB245CP:ControlPlaneUP:UserPlaneEP:EnablingPlaneD-GW:DistributedGatewayC-GW:CentralizedGateway•语音•时延敏感应用•本地化应用•热点本地缓存•集中的行业应用•企业网VPN•时延不敏感业务•漫游HomeRouted•高移动性业务分布式用户面控制面和用户面分离:尽可能多的将控制功能从用户面分离出来统一模型:建立统一的用户面模型，基于模型定义一个可扩展的信令接口价值使能毫秒级E2E时延分流本地流量提升可编程性和扩展性进一步解耦：一个接口网关AAA服务器OCS鉴权授权计费DHCP服务器地址分配BMSC企业网关通道创建SGSNMMESGWeNodeBRNCGTPv1数据CG在线计费离线计费PCRF策略和计费控制LIG合法监听信令S4SGSNNon-3GPP数据通道创建数据GTPv0V1信令GTPv0V1数据GTPv2信令GTPV1数据GTPv2信令GTPv2信令PMIPv6信令PMIPv6数据GTPv1数据GTPv1数据MIP信令MIP数据PMIPv6信令PMIPv6数据合法监听数据PGWGTPV1数据GTPv2信令PMIPv6信令PMIPv6数据主要概念和数值网关用户面控制面基站CloudBB城域网区域中心国家中心基站数量110-100400-8002K-4K20K流量10G100G-1T4T-8T20T-40T200T用户数量1001k-10K40K-80K200K-400K2000K时延（毫秒）13-55-1010-1515-30网关站点数量20K200-2K25-505-101网关NFV基础架构计费URL过滤HTTP代理NATQoSTCP代理LBLI缓存CDN用户面网关位置评估DCF:DecouplingofControlandForwardingDatabase（数据库)/Context（上下文）/Flowtable（流表）DCF：统一的用户面模型EfficiencyApplicabilityExtensibilityFlexibilityUnificationSimplicityScalabilityVisualizationH.248协议:由ITU-T定义，用于CS域的解耦，基于上下文。ForCES:由IETF定义，用于互联网设备的解耦，基于LFB+拓扑。OpenFlow协议：由ONF定义，用于网络设备，基于流表。ForCESH.248OpenFlow三个参考模型DCF模型关键项描述流表来自OpenFlow协议，灵活的数据流控制适用于用户面的无状态功能白盒，利用通用硬件平台上下文来自H.248协议，对流表功能的增强适用于用户面的带状态的复杂功能黑盒，可以进行最优实施数据库来自ForCES，实现性能的优化通过共享减少信息冗余重用成熟的数据库技术ForCES：ForwardingandControlElementSeparation融合控制面MM承载寻呼用户面安全网关选择LI-C位置QoSSC策略GTP-CRx数据流DiameterMBMSMME控制面网关PCRF认证控制面安全接入控制互通LI-U计费地址准入整个控制面融合为一个统一控制实体。将所有有用数据聚合到统一数据库中。基于SoA的概念重建控制面。主要思路消除冗余功能使能网络开放缩短新业务上线时间简化整个网络价值MobileNetworkServiceFabricNewCoreCPUnifiedControlEntity(MME/GW-C/PCRF/ANDSF/etc.)AccessMobilitySessionPolicyChargingSecurityUnifiedDB(HLR/HSS/SPR/AAA)NewCoreEPSCR98~R99：语音+数据R5~R7：视频R8~R13：开放R4：语音+数据MMES/P-GWIMSHSSPCRFInternetSCEFSAE控制转发解耦SGSNGGSNMSCServerPSTNPDNHLRMGWMSC用户面和控制面解耦全IPSGSNGGSNGMSCPSTNPDNHLRMSC/VLRPDNSGSNGGSNMGWMSC服务器IMSHLRPCRF2G流量3G流量IMS+PCCR14~R16：5GBSC/RNCBTS/NodeBNodeBRNCRNCNodeBeNodeB?能力开放扁平化全IP化数据业务ICT融合架构演进历史第一次控制转发解耦发生在CS域第二次控制转发解耦发生在PS域第三次控制转发解耦发生在分组网关总结ICT•作为ICT时代的第一代移动网络，5G网络与以往的网络存在很大的不同：•硬件→软件•固定→灵活•封闭→开放•网元→网络功能•通过控制转发解耦实现分布式网关是网络架构演进的第一步，华为计划在3GPP推动相关的标准化工作。•后续需考虑其他重要事项，包括：•大数据的应用•物联网和相关的垂直市场•电信级SDN•安全