一
5G的发展
随着4G技术成熟并广泛商用，移动通信开始朝着面向2020年及未来的5G的发展阶段迈进。最早于2012年，国际电信联盟（ITU）开始组织全球业界启动 ）开始组织全球业界启动 ）开始组织全球业界启动5G愿景、流量预测和未来技术趋势等前期研究，提出5G将在大幅提升“以人为中心”的移动互联网业务体验的同时，全面支持“以物为中心”的物联网业务，实现人与人、人与物以及物与物的智能互联的总体愿景。以ITU的5G前期研究成果为指引，来自全球移动通信产业不同领域的研发力量逐步聚集，全面启动5G关键技术研发工作。
5G愿景定义了更丰富的业务场景和全新的业务指标，5G系统不能囿于单纯的空口技术换代和峰值速率提升，需要将需求与能力指标要求向网络侧推演，明确现网挑战和发展方向，通过网络侧的创新提供支撑。
随着研究和交流的不断深入，业界对5G业务场景与关键指标的共识逐步收敛。ITU规划5G所涵盖三大应用场景：增强移动宽带、海量机器类通信和超高可靠低时延通信，同时为适应业务场景的差异化要求，在关键能力指标方面，除了传统的峰值速率、移动性、时延和频谱效率之外，ITU还提出了用户体验速率、连接数密度、流量密度和能效4个新增关键能力指标。
具体而言，5G用户体验速率高至1 Gbit/s，能够支持移动虚拟现实等极致业务体验；5G峰值速率可达1020 Gbit/s，流量密度可达10 Mbit/（s·平方米），能够支持未来千倍流量增长；5G连接数密度可达100万个/平方千米，支持海量物联网设备接入；5G传输时延将至毫秒量级，满足车联网和工业控制的严格要求；5G能够提供500 km/h的移动速度（如高铁环境）下顺畅的用户体验。最后，为了保证对频谱和能源的有效利用，5G的频谱效率将比4G提高3~5倍，能效将比4G提升100倍。
指标方面，业务速率随用户移动和覆盖变化而改变无法提供稳定的体验速率支持，需要改变传统的“终端-基站”一对一传输机制，引入联合多站点协同来平滑和保证速率。
其次，毫秒级时延是另一个挑战，当前网关和业务服务器一般部署在网络中心，受限于光传输速率，网内传输时延大多是百毫秒量级，远超5G时延要求，需要尽可能将网关和业务服务器下沉到网络边缘，此外，4G定义的实时业务切换中断时间（<300 ms）也无法满足5G高实时性业务要求，这意味着5G需要引入更高效的切换机制。
最后，现网限于中心转发和单一控制的功能机制，在高吞吐量和大连接的背景下会造成更大的拥塞和过载风险，这要求5G网络控制功能更灵活，流量分布更均衡。
运营能效方面，4G网络主要定位在互联网接入管道，长期形成了重建设、轻运维的定式，简单化的运营手段难以适应5G物联网和垂直行业高度差异化的要求。了解到，中科院的这份5G调研报告指出，与此同时，基于专用硬件的刚性网络设备平台资源利用率低，不具备动态扩缩容能力。这要求网络侧需要引入互联网灵活快速的服务理念和更弹性的基础设施平台。
与之前历代移动通信系统以多址接入技术革新为换代标志不同，5G内涵更加广泛，由空口多址技术向端到端网络延伸。网络基础设施将成为支撑关键能力指标、满足多场景部署要求和实现高效运营的关键环节，与新型无线空口技术共同推进5G发展。
当前，相比于无线侧较清晰的5G空口系统框架和专题研究方向，面向网络的研究还处于概念澄清、需求收集和通用框架讨论的初始阶段，有待于与5G场景与能力指标进一步对应澄清，提出具体的架构设计思路和技术方向。
二
5G路标（发展路线图）
三
5G网络框架
Network Softwarization
①Automation mechanism for the configuration and maintaining of network equipment and network components.
②Rationale: optimization of costs and processes; enabling of self-management.
③Related Terms: NFV, NaaS, LINEP, Slice
1、网络逻辑功能框架
5G网络采用基于功能平面的框架设计，将传统与网元绑定的网络功能进行抽离和重组，重新划分为3个功能平面：接入平面、控制平面和数据平面。网络功能在平面内聚合程度更高，平面间解祸更充分。其中，控制平面主要负责生成信令控制、网管指令和业务编排逻辑，接入平面和数据平面主要负责执行控制命令，实现对业务流在接入网的接入与核心网内的转发。各平面的功能概述如下。
（1）接入平面
涵盖各种类型的基站和无线接入设备，通过增强的异构基站间交互机制构建综合的站间拓扑，通过站间实时的信息交互与资源共享实现更高效的协同控制，满足不同业务场景的需求。
（2）控制平面
为5G新空口和传统空口（LTE等）提供统一的网络接口。控制面功能分解成细粒度的网络功能（NF）组件，按照业务场景特性定制专用的网络服务，并在此基础上实现精细化网络资源管控和能力开放。
（3）数据平面
核心网网关下沉到城域网汇聚层，采取分布式部署，整合分组转发、内容缓存和业务流加速能力，在控制平面的统一调度下，完成业务数据流转发和边缘处理。
2、基础设施平台
5G网络将改变传统基于专用硬件的刚性基础设施平台，引入互联网中云计算、NFV和SDN等技术理念，构建跨功能平面统一资源管理架构和多业务承载资源平面，全面解决传输服务质量、资源可扩展性、组网灵活性等基础性问题。
网络虚拟化实现对底层资源的统一“池化管理”，向上提供相互隔离的有资源保证的多租户网络环境，是网络资源管理的核心技术。引入这一技术理念，底层基础设施能为上层租户提供一个充分自控的虚拟专用网络环境，允许用户自定义编址、自定义拓扑、自定义转发以及自定义协议，彻底打开基础网络能力。
引入软件定义网络的技术理念，在控制平面，通过对网络、计算和存储资源的统一软件编排和动态调配，在电信网中实现网络资源与编程能力的衔接;在数据平面，通过对网络的转发行为进行抽象，实现利用高级语言对多种转发平台进行灵活的转发协议和转发流程定制，实现面向上层应用和性能要求的资源优化配置。
四
5G所采用的技术及其发展现状
1、SDN、NFV、ICN在5G中的应用现状
下图是一个5G的愿景图，包括感知层、虚拟资源池、可编程基础化设施。从图中可以看出SDN、NFV、ICN在整个架构中的位置，都属于可编程基础化设施。SDN、NFV属于虚拟化层；ICN作为新路由的技术之一。
2、端到端网络切片在5G中的应用现状
网络切片利用虚拟化技术将通用的网络基础设施资源根据场景需求虚拟化为多个专用虚拟网络。每个切片都可独立按照业务场景的需要和话务模型进行网络功能的定制剪裁和相应网络资源的编排管理，是5G网络架构的实例化。网络切片打通了业务场景、网络功能和基础设施平台间的适配接口。
通过网络功能和协议定制，网络切片为不同业务场景提供所匹配的网络功能。例如，热点高容量场景下的C-RAN架构，物联网场景下的轻量化移动性管理和非IP承载功能等。了解到，中科院的这份5G调研报告指出，同时，网络切片使网络资源与部署位置解耦，支持切片资源动态扩容缩容调整，提高网络服务的灵活性和资源利用率。切片的资源隔离特性增强整体网络健壮性和可靠性。
一个切片的生命周期包括创建、管理和撤销3个部分。运营商首先根据业务场景需求匹配网络切片模板，切片模板包含对所需的网络功能组件，组件交互接口以及所需网络资源的描述；上线时由服务引擎导入并解析模板，向资源平面申请网络资源，并在申请到的资源上实现虚拟网络功能和接口的实例化与服务编排，将切片迁移到运行态。网络切片可以实现运行态中快速功能升级和资源调整，在业务下线时及时撤销和回收资源。
针对网络切片的研究主要在3GPP和ETSI NFV产业推进组进行，3GPP重点研究网络切片对网络功能（如接入选择、移动性、连接和计费等）的影响，ETSI NFV产业推进组则主要研究虚拟化网络资源的生命周期管理。
当前，通用硬件的性能和虚拟化平台的稳定性仍是网络切片技术全面商用的瓶颈，运营商也正通过概念验证和小范围部署的方法稳步推进技术成熟。
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发表于 2016-12-26 09:44:31
