5G无线网络技术架构

工程部123

未来20年，人类社会将迎来数字化社会的下一波浪潮，这一浪潮将呈现出四大发展趋势：第一，互联网化将融汇于人们的思维方式之中；第二，移动网络和无线终端带来的便利将成为人们基本的生存方式，无边界、无约束的工作方式将成为一种新的企业组织形态；第三，依靠互联网、云计算、大数据，人类可以发挥全世界人和机器的智慧形成一种崭新的、互联的、分享的智慧；最后，社交媒体与互联网的深度融合，使得全球消费者的行为和喜好呈现出趋同性，大数据的挖掘和提炼直接有益于人们的日常生活。

ICT基础设施转型是商业变革和业务转型的核心驱动力，它不仅仅是提高效率的工具，更重要的是推动社会的经济发展。5G无线网络则是ICT基础设施转型的关键基石，它将致力为数字社会的下一波浪潮提供更宽、更智能的信息管道支撑，将使宽带连接无处不在，使消费者与世界实现“零距离”沟通。5G无线网络的研究在全世界受到广泛关注。

二
5G的挑战和需求

5G无线网络将提供各种各样、不同质量要求的服务和应用。

面向以人为主的通信，5G无线将提供超过10 Gbit/s用户数据速率的实时可视通信及全息多媒体交互，这种极致的终端用户体验就好像是在使用固定光纤网络一样。这种虚拟现实的高媒体通信要求超大的通信带宽和亚毫秒级的超低时延。

以物为主的通信，如智慧城市、车联网、智能手表等，对5G网络的设计和性能要求走向另一个极端。如机对机通信（M2M）的消息交换要求非常低的数据速率，对时延不敏感，而工业自动化应用中，低时延和高可靠性又是其关键的需求。物联网的差异化场景要求网络的性能必须具有灵活性：时延从1 ms到数秒、每小区在线连接数从数百到数百万、占空忙闲比从0到数天、信令占比从低于1%到几乎100%。

不同的场景对未来5G网络的要求各不相同，这些需求可主要从3个性能维度来区分：吞吐量、时延和连接数。很显然，5G网络将比现有的网络更复杂，其流量模型也将在空间和时间维度变得极其不规则。

为了满足这些多样化的应用要求，5G网络设计面临很多重大的设计挑战。



图1  5G广泛的业务和场景需求

浸入式体验：要求1 Gbit/s甚至更高的速率以支持多屏超高清视频或虚拟现实应用。

光纤固网体验：要求10 Gbit/s的速率支持移动云服务。

零时延体验：要求小于1 ms的时延支持实时控制和车联网通信。

无缝切换体验：要求在不同无线接入之间的切换不超过10 ms保证无缝服务。

海量连接永久在线体验：要求不仅能接入50亿人类，还要能接入数十亿的应用、上千亿的物体。

合理的耗电和节能要求，每比特传输能量消耗要比现在低1000倍。

软件定义网络和云计算技术可以按需建立定制化的虚拟网络，提供有服务质量保障、低成本、低能耗的可靠服务。

三
基于定制化的5G网络架构

对于5G网络的憧憬是美好的，但5G网络仍存在不少问题需要解决。数据流量激增、大量的终端设备和用户零距离体验等对整网的容量、用户的传输速率和时延提出了更高的要求，与此同时，无线网络变得更加复杂，解决不同场景问题的技术也更加复杂，无线网络需要将多种技术统一地融合成一个整体。另一方面，全新的业务模式层出不穷，目前尚不存在一套针对不同场景的通用解决方案，面对复杂的网络接入和业务场景，无线网络需要灵活的基于业务感知的自适应、自优化能力。

为此，需要一个面向5G的网络架构来通盘考虑并解决上述挑战。

本文提出了一种新的基于定制化的无线网络MyNET。MyNET具备多方开放合作的能力，这种能力的支撑需要基于新的5G特性，包括网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）。图2概括了未来5G无线网络的基本框架。



图2  基于定制化的5G无线网络框架

1、云在网中

网络功能虚拟化的本质是把IT领域的云计算扩展到CT领域的一种技术。为了能够实现可定制化的5G无线网络和灵活的控制/管理架构，网络节点需要设计成具备NFV功能，以提供充分的灵活性。具备NFV功能的网络节点可以认为是一种包含各种功能单元的功能容器，其中的功能单元可以按需配置。通用的5G无线网络资源池将会被融合到通信网络资源，包括支持NFV功能的服务器、网络节点、数据中心资源等。

2、无线网络联合

未来，各种小小的无线网络会以共址或非连续的方式共存，未来5G网络需要为用户提供世界范围的一致的用户体验，无论用户通过哪个网络接入。这需要无线网络运营商之间展开比3 G/4G网络更深入的合作。

3、而向逻辑功能的设计原则

面向逻辑功能的设计原则意味着首先要识别出基本的逻辑功能，然后根据需要把它们放到网络中。这种设计原则既适用于数据面也适用于控制面。如图2所示，可以定义多种逻辑控制功能然后把它们放到多个功能单元容器中。

四
基于定制化的关键技术






五