1、1Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G5G 网络架构5G 网络架构顶层设计理念2Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G3Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5GContents5G 原生云化架构 - 满足多样化商业需
2、求的关键 5G将强化电信生态系统1.1 网络架构演进的需求1.2 商业需求驱动5G架构变革端到端网络切片 - 统一物理设施支撑多种垂直行业 利用云重构无线接入网络3.1 多连接技术是使能高速传输与高可靠性的关键3.2 移动云引擎原生云化新核心网架构4.1 用户面/控制面分离简化核心网络4.2 灵活的组件化网络使能多业务需求4.3 统一数据库管理自服务敏捷运维结论：原生云化架构是5G创新的基础040508091316184Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G5G 原生
3、云化架构 - 满足多样化商业需求的关键为了更好的面向数字化的世界，服务数字化的社会，全球范围内的运营商都在进行数字化转型。运营商数字化转型的目标在于为其企业客户、消费者提供 ROADS (Real-time, On-Demand, All online, DIY, Social) 体验，这需要通过端到端协同整体架构才能够实现，需要在各个环节都实现敏捷，自动化和智能化。运营商的网络、运营系统、业务的全面云化是必要条件和实现手段。 在同一套物理基础设上基于不同的业务需求生成逻辑隔离的独立运行的网络切片，通过基于数据中心的云化架构支撑多种应用场景。 利用 CloudRAN 对无线接入网络进行重构，满
4、足 5G时代多技术连接以及 RAN 功能按需部署的需求。 通过控制面和用户面（CP/UP）分离，功能模块化以及统一的数据库管理技术简化核心网络架构，实现网络功能的按需配置。 基于应用驱动来自动的生成，维护，终止网络切片服务，利用敏捷的网络运维降低运营商的运营成本。“全面云化”将带来硬件资源池化、软件架构分布化、部署自动化的系统优势。在全面云化的战略下，运营商网络将转型为“以数据中心为中心”的架构，所有的网络功能和业务应用都运行在云数据中心上，即原生云化（Cloud-Native）的架构。5G 时代将以一张物理的基础网络支撑多种不同的商业需求，云化的端到端网络架构通过以下几个方面实现上述需求：5
5、Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G5G 将强化电信生态系统5G 时代新的通信需求对现有网络提出了包括技术上的，商业模式上的种种挑战，需要下一代移动网络来满足。ITU 将 5G 时代的主要移动网络业务划分 为 三 类：eMBB（Enhanced Mobile Broadband）, uRLLC(Ultra - reliable and Low- latency Communications)以 及 mMTC（Massive Machine Type Communic
6、ations）。eMBB 聚 焦 对 带宽有极高需求的业务，例如高清视频，虚拟现实 / 增强现实等等，满足人们对于数字化生活的需求；uRLLC 聚焦对时延极其敏感的业务，例如自动驾驶 / 辅助驾驶，mMTCMassive Machine Type CommunicationsuRLLCUltra-reliable and Low-latency CommunicationsFuture IMT10GbpseMBBEnhanced Mobile Broadband3D Video, UHD ScreenWork and play in the cloudAugmented realityIndu
7、stry automationMission criticalapplicationsSelf driving carSmart Home/BuildingSmart CityITU-R WP5D1million/km21ms远程控制等，满足人们对于数字化工业的需求；mMTC 则覆盖对于联接密度要求较高的场景，例如智慧城市，智能农业，满足人们对于数字化社会的需求。移动网络业务范畴的扩展，也将丰富电信网络的生态环境。很多传统行业例如汽车，医疗，能源，市政系统等等都将参与到电信生态环境的建设中。5G 是人类将数字化从个人娱乐为主，推向全联接社会的奇点，是移动通信行业的机遇，也对现有移动通信技术提出
8、了挑战。6Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5GA. 网络架构演进的需求现有的移动网络架构是为语音通信以及常规的 MBB 业务而设计，而且经历了3GPP 各个版本的升级，网元众多，接口复杂，其灵活性不足以支撑 5G 时代的多业务场景。网络架构变革的驱动力如下：多业务，多制式，多站点形态的复杂组网5G 网络需要能够承载 KPI 各不相同的多种不同业务，需要满足 5G，LTE，WiFi共存的多制式接入，需要协同宏站，小站，微站不同站点形态。在架构设计中，如何灵活的满足接入
9、需求的差异化，是十分重要的挑战。多连接技术的协同LTE 的长期演进也属于 5G 网络的一部分，同时 WiFi 作为移动网络的补充也会长期存在，上述几种联接技术将与 5G 新空口一同接入到 5G 网络。根据用户设备的流量需求，移动性需求等协同多联接技术，提供足够的传输吞吐量以及移动的连续性。业务锚点的按需部署5G 网络架构将基于接入站点以及三级数据中心的层次进行设计，根据不同的业务需求，光纤资源以及网络资源的分布，RAN 的实时资源，非实时资源可以部署在站点侧也可以部署在接入云侧，业务网关可以部署在接入云侧或者核心网侧。网络功能的灵活编排不同业务对于网络功能的需求不同，eMBB 业务需要大吞吐率
10、调度，uRLLC 需要超低时延及超高可靠性保障，在业务上线时，网络需要能够根据业务特点，灵活的编排网络能力，这将极大的简化网络功能，提高网络效率。更短的业务上线时间丰富的业务拓展了移动网络的生态环境，但也带来了业务部署的复杂度，为了满足新业务的快速部署需求，需要有新的网络设计，上线，运维等一整套生命周期管理流程。7Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5GB. 商业需求驱动 5G 架构变革5G 的网络架构将是由业务驱动的，架构设计原则基于如何更灵活，高效的满足不同业务对移
11、动网络的需求。在底层物理设施的 SDN，NFV 技术支撑下，5G 网络实现了接入网络，传输网络以及核心网络的全面云化，云化是 5G 网络架构更好的承载多种不同业务的基础，是端到端网络切片，业务锚点的按需部署，网络功能模块化等关键特性的使能技术。接入网络侧由站点与移动云引擎构成，对实时性以及计算资源要求较高的 RAN 实时资源与协同多业务，多制式，多站点形态复杂组网以及多连接技术的 RAN 非实时资源根据业务需求，组网情况进行按需部署。核心网络侧的统一数据库包含动态的策略数据，半静态的用户数据以及静态的网络数据，网络将根据这些数据进行相应的策略控制。模块化的控制面及可编程的用户面使得网络功能的可
12、编排成为可能，网络将根据业务的不同需求选择相应的控制面 / 用户面功能。传输侧则由 SDN 控制器以及底层的转发节点组成，SDN 控制器根据网络的拓扑以及具体的业务需求生成特定的数据转发路径。网络能力使能面进行网络能力的抽象及分析，提供给网络进行优化或以 API 的形式开放给第三方。在网络架构的顶层是端到端的切片管理，网络资源管理功能，基于这些功能进行切片的自动化管理以及网络资源的自治。Service Oriented Core (SOC)Security Mgmt.Service ComponentService CtrlComposable Control Function （CP）MMC
13、trl Plane ServiceSMServicePolicy Mgmt.ComponenteGTPProgrammable Data Forwarding (UP) GW-UGW-UGW-UGW-UUnified DatabasePolicy DataUser DataEnable PlaneNetwork Service EnablerAnalyticsComplex Event ProcessE2E Management PlaneSlicing ManagementResource ManagementmMTCeMBBuRLLCSDNController5GRAN Real Time
14、WIFILTECloudRANMobile Cloud Engine (MCE)RAN Non-Real TimeACMulti-RAT Access Mgmt.GW-UApplicationcRRCcRRM8Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G端到端网络切片 - 统一物理设施支撑多种垂直行业端到端的网络切片是5G网络支撑多业务的基础， 也是5G网络架构演进的关键技术。得益于虚拟化技术以及 SDN 技术，未来的网络架构的底层物理设施将是站点加三层数据中心的组网模式。
15、站点将包含 5G，LTE，WiFi 等不同的接入制式以及宏站，小站及微站等不同的接入形态，承载 RAN 的实时功能，由于对这部分功能对于计算能力以及实时性要求较高， 因此需要由专用硬件来承载。 三层云化的数据中心由计算及存储资源组成，最靠近基站侧的是中心机房数据中心，第二层为城域数据中心，最高层为大区数据中心，每层数据中心之间由传输网络连接。根据不同的业务需求，网络在统一的底层物理设施基础上通过虚拟化生成相应的网络拓扑以及网络功能，为每一个特定业务类型生成的一系列网络功能的组合即为一个网络切片，每一个网络切片在物理上是源自统一的网络基础设施上，这样大大降低了运营商运营多个不同业务类型的建网成本
16、；而在逻辑上又是隔离的，逻辑的独立性满足了每一类业务功能定制，独立运维的需求。eMBB SlicingRAN-RTMCERAN-NRTCacheACCPUP5GWIFILTEuRLLC SlicingRAN-RTRAN-NRTCP5GLTEmMTC SlicingRAN-RTMCERAN-NRTCPIOT ServerUP5GWIFILTERAN-NRTCacheMCECPSwitchPhysical InfrastructureSwitchRANCentral Office DCLocal DCRegional DC9Network Architecture-A High Level Vie
17、w 5G Network Architecture-A High Level View 5G以上图为例，eMBB, uRLLC 以及 mMTC三个独立的切片承载于同一套底层物理设施之上。在 eMBB 切片中，对带宽有很高的要求，可以在城域机房的移动云引擎中部署缓存服务器 Cache，使业务更贴近用户，降低骨干网的带宽需求并提高用户体验。在 uRLLC 切片中，自动驾驶 / 辅助驾驶，远程控制等场景对网络有着极为苛刻的时延要求，因此需要将 RAN 的实时处理及非实时处理功能单元部署在更靠近用户的站点侧，并在 CO 机房的移动云引擎中部利用云重构无线接入网络在向 RAN2020 的演进过程中，在接
18、入网侧引入 CloudRAN 架构，构建实时功能与非实时资源的灵活部署，功能模块化，协同弹性化，RAN 切片化的能力。CloudRAN可以通过移动云引擎 MCE(Mobile Cloud Engine) 将实时功能（RAN Real time）与非实时功能（RAN Non-Real Time）根据不同的业务需求以及网络的传输资源配置进行灵活的编排，实现 RAN 的系统性云化。署相应的服务器（V2X Server）及业务网关，城域及区域数据中心中只部署控制面相关的功能。在 mMTC 切片中，对于大多数 MTC 场景，网络中交互的数据量较小，信令交互的频率也较低，因此可以将移动云引擎部署在城域数据
19、中心，将其他功能以及应用服务器部署在区域数据中心，释放 CO 机房的资源，降低运营商开销。10Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5GRAN Real Time 功能主要包含接入网络的调度、链路适配、功率控制、干扰协同、重传、调制编码等。这部分处理对于定时、处理实时性要求高，计算量大，当前硬件加速器处理的规格和能效远高于通用处理器，因此仍需要采用专用硬件实现，并部署在靠近业务的站点中。而 RAN Non- Real Time 功能主要包括小区间切换、小区选择与重选、用户
20、面加密、多连接汇聚等处理，这部分功能的实时要求低，时延可以宽松至数十毫秒，适合进行集中化部署，并可以采用通用处理器进行处理，可以根据具体业务要求部署在MCE 中或站点中。MCE 的引入，将使能基于大区域的时间、频段、空间及协同各种处理能力的多维度复杂管理。使 CloudRAN 能够支持 4G，4.5G，5G，WIFI 等多种不同制式，及宏站，小站，微站等多种不同站点形态的协同与调度。云化的网络功能可以按需部署到无线汇聚点、骨干汇聚点，甚至核心汇聚点等不同的节点上，实现网络的最大效率和最大能力。RAN-Non Real TimeMobile Cloud EngineCacheGWRAN-Real
21、 TimeRAN-Real TimeRAN-Real TimeMarco (5G<E)IPIPIPIPSmall CellRRU RRUAAUCloud BBWiFi APACCommon Network Architecture across Different Technologies & Layers 11Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5GA. 多连接技术是使能高速传输与高可靠性的关键多技术连接将成为新架构下的原生能力，CloudRAN 的多连接能力在统
22、一架构下的无缝部署，是无线接入网部署能力的巨大飞跃。在当前网络碎片化，频谱、末端部署场景多样化的条件下，提升速率并降低时延，最终增强用户体验。高速率数据的可靠提供，不能仅仅依赖一个频段一个制式的连接。在网络异构的条件下下，基于 LTE 和5G 的网络能力，充分利用高频的高带宽和速率，低频的覆盖和可靠移动性，以及可获取的 WiFi 资源，通过多连接（Multi- Connectivity）技术给用户以最佳的覆盖和网络速率。在某些需要大带宽或者高连续性的场景下，一个用户需要同时并发多个连接，例如同时接入5G，LTE，WiFi 以获得多个数据流聚合带来的高带宽；或者用户在接入 5G高频小站的场景中，
23、需要通过同时接入 LTE 来保持移动中的连续性。在 多 技 术 连 接 场 景 中， 以CloudRAN 为数据连接的锚点将会大大降低传输迂回。在传统架构中，如果以 BTS 作为数据流的连接锚点，即 LTE，5G，WiFi 的数据都先汇聚到其中一种连接制式的非实时处理功能模块中，再分别流向各接入点。在CloudRAN 架构中，根据场景的需求可以将不同制式接入点的非实时功能集中到MCE中， 即以MCE作为锚点，数据流直接通过 MCE 传输至各接入点，避免了传输迂回，可以减少 15%的传输投资以及 10ms 的时延。12Network Architecture-A High Level View
24、5G Network Architecture-A High Level View 5GMobile Cloud Engine（MCE）是 CloudRAN 的集中控制管理逻辑实体，包含了RAN 的非实时功能，WiFi 的 AC，以及下移的 GW，与业务相关的应用分发实体（APP）和 Cache。RAN 的非实时功能部分包含通用的控制面（cRRC），便于多连接和新技术的快速引入；集中资源管理模块（cRRM），高效协同异构网下的资源；云化的集中SON功能 （cSON） 对网络容量， 覆盖， 和传输资源基于大区级优化， 并实施切片的管理。 B. 移动云引擎MCE 可以运行在专用平台和 COTS 通
25、用平台上，承载于Cloud OS 和 COTS 的云基础设施之上，具备电信级容灾能力，具备原生云架构的按需部署（On-Demand Deployment），灵 活 扩 容（Scale-in and Scale-Out）， 特 性 独 立 升 级（Independent Feature Upgrade）等特点。13Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G原生云化新核心网架构现有网络中网关集成了用户面以及控制面的部分功能，在 5G 时代，众多对时延要求较高的业务需要网关下移
26、到城域甚至是中心机房，也就是网关节点数量 20-30 倍的增加，如果保持现有的网关架构，则必然会由于网关业务配置的复杂性，显著增加运营商网络的 CAPEX 和 OPEX。同时如果控制面订阅了位置、RAT 信息的时间上报，则会产生较多信令在站点、分布式网关、网络控制面功能之间迂回。数量众多的分布式网关，会对集中化的控制面网元带来明显的接口链路负担和切换更新信令负荷。A. 用户面 / 控制面分离简化核心网络因此需要对网关的控制面及用户面进行分离，通过剥离网关复杂的控制逻辑，将控制逻辑功能集成到融合的控制面。不仅可以有效降低分布式部署带来成本压力，也同时化解信令路由迂回和接口负担问题。此外，控制面
27、/ 用户面分离还能够支持转发面和控制面独立伸缩，进一步提升了网络架构的弹性和灵活性，方便控制逻辑集中，更加容易定制网络分片，服务多样化行业应用；控制转发演进解耦，避免控制面的演进带来转发面频繁升级。控制面 / 用户面分离首先要做到功能轻量化，剥离复杂控制逻辑功能并集中到模块化的控制面中；其次要对保留的核心基本转发面功能进行建模，定义出通用转发面模型和对象化的接口，以实现转发面可编程，支持良好的扩展性。控制面与用户面分离后，两者之间的接口可以采用 GTP 增强型协议，控制面基于用户接入类型、签约信息等，决策出针对用户的业务对象和原子动作的编排内容，经GTP 增强接口发送给转发面，转发面基于业务特
28、性向控制面发送事件通知等消息。TREESOC-CPSOC-UPSOC-UPSOC-UPSOC-UPMESHGW-UGW-UGW-UGW-UMMEPCRFAAADHCPGW-CGW-CGW-CGW-C14Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5GB. 灵活的组件化网络使能多业务需求在 5G 时代，移动网络将会承载多种不同的业务，eMBB, uRLLC 以及 mMTC 中每一种主要场景对于网络的控制功能要求都不相同，在现有的逻辑控制功能紧耦合的移动网络中，无法做到为某一种特定
29、的业务类型定制控制功能组合，因此所有不同的业务将共用同一套逻辑控制功能，众多控制功能间的紧耦合性以及复杂接口给业务的上线，网络的运维带来了极大的困难。灵活，可定制的组件化控制功能将是下一代移动网络的必要特性。在面向业务的 5G 网络架构中，可以将逻辑控制功能抽象成为独立的网络功能组件，这些独立的网络功能组件可以根据业务需求灵活的组合。网络功能组件和其他组件在逻辑功能上解耦，并且网络功能支持中立化接口，可以通过相同的接口消息向其它网络功能调用者提供服务，将多个耦合接口转变为单一接口从而减少了接口数量。网络功能管理框架提供网络功能的注册，发现，监控等管理功能，其相互独立的特性确保了在新增或升级网络
30、功能的过程中现有的网络服务不受影响。相比现有的紧耦合网络控制功能，组件化的控制面架构通过网络功能的灵活编排及即插即用大大简化了新业务的拓展及上线，为 5G 网络端到端切片的使能奠定了架构基础。Composed CP ServiceExternalInterfaceFunctionMM ServiceSM ServiceServices(LCS)CP Service ControllerCP Component Service DataServiceService-Oriented Control FunctionUser Data Mgmt.SecurityMgmt.Bearer Mgmt.P
31、olicy Mgmt.Compt.()Service Mgmt. Framework15Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5GC. 统一数据库管理为了能够满足功能虚拟化后的网络可靠性需求，需要实现跨数据中心的用户数据，策略数据等网络数据状态信息的快速故障恢复。传统的基于 N+1 备份的容灾机制依靠私有的信令交互实现状态信息的同步，这导致了系统的复杂和低效，也不利于异厂家间产品的交互。CP NodesCP NodesUser DataPolicy dataBig Dat
32、aAnalyticsIP networkCP NodesData CenterData CenterMicro-DCSubscriber/policy DataContext/network DataDBDBDBDB在数据信息和控制逻辑分离的基础上，网络状态信息可以集中在统一的数据库中，任何网络功能都可以通过标准接口与元数据模型进行访问，并将相关的动态用户数据信息保存至本地。同时得益于分布式数据库的同步技术，网络状态信息能够实现跨数据中心的实时备份。在服务管理框架的支持下，统一的数据库简化了组件化控制面功能获取网络信息的流程，减少了同步数据所需要的信令开销。16Network Architec
33、ture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G自服务敏捷运维网络架构演进的重要目标和驱动力之一是为了能够通过移动网络更好的承载多种不同的业务类型，而端到端的网络切片则是实现这一目标的基础使能技术，在 5G 时代，同一张网络中将会同时存在若干个逻辑隔离的网络切片，每一个网络切片都将拥有特定的拓扑结构，网络功能以及资源分配模型，如果向当前的网络一样采用人工配置的方式对网络进行设计，部署，对运营商的运维系统将带来极大的挑战。5G 网络将提供自服务的敏捷运营能力，能够根据业务需求自动的生成，维护，终止网络切片服务，
34、降低运营商的运营成本。第三方垂直行业可以在运营商的运营平台输入对移动网络切片的需求，运营商根据网络当前状态分析客户的需求是否可以满足。17Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5GVoiceuMTC SlicemMTC SlicePhysical InfrastructureeMBB SliceService OrderNetwork Slice Deployment NG EMS(NE Data Configure)NFVO（Virtual Resource Deplo
35、y） SONACService RequestBlueprintNetwork RequestFunction & FeatureMobilitySessionAccessChargingQOSSlice 3UPCPCDNDRANCRANAPPSlice 2UPCPCDNDRANCRANAPPSlice 1 UPCPCDNDRANCRANAPPCOLDCRDCNFVO OSS SOC CRANLocal DCRegion DC Central Office DCRANSwitch为生成网络切片，在 Service Order 流程完成后，运营商将不同的业务需求映射为对网络的需求，并选择组件化的
36、网络功能。再根据业务特性以及数据中心的部署情况确定逻辑网络功能部署节点，并定义其连接关系，即软件定义逻辑拓扑（SDT）。网络切片的拓扑定义完成后，端到端的协议亦可被定义，即实现软件定义协议（SDP）。同时根据业务要求，对逻辑拓扑中的逻辑连接分配网络资源，即实现软件定义的资源 分 配 (SDRA)。 SDT, SDP 以 及 SDRA 是 Service Oriented Network Auto Creation(SONAC) 的三个关键功能。18Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Leve
37、l View 5G结论：原生云化架构是 5G 创新的基础现有网络中，运营商逐渐采用SDN，NFV 技术实现了 ICT 网络设备硬件的虚拟化，但在软件架构、运营模式上，还是沿袭了传统方式。5G 网络需要在虚拟化的积累和成果上，进行进一步的革新，应用云化的理念，实现真正意义的网络功能定制化，网络部署按需化以及网络运维自动化。 构建以数据中心为基础的统一物理网络，将硬件资源池化，包括部分接入网络设备以及核心网络设备，从而实现资源的最大共享，改变传统的一个应用一个硬件的“烟囱”架构。并在统一的物理网络基础上通过端到端的切片技术为不同的业务提供逻辑隔离的虚拟专用切片网络，使运营商能够大大降低支撑专有业务
38、的网络建设复杂度。以 Mobile Cloud Engine 为核心构建云化的接入网络 CloudRAN，通过多技术连接汇聚不同制式，不同频段，不同站点形态的接入能力，最大化网络效率；通过网络功能的灵活部署实现基于业务特点的定制化网络。使运营商能够从容迎接未来的多样性和不确定性挑战。基于 CU 分离，组件化控制面，可编程用户面以及统一数据库的 5G 核心网，能够简化信令交互，使能网关的分布式与下移，并针对应用特点组合相应的网络功能，支撑运营商构建灵活可定制的网络切片。面向服务的网络自创建（SONAC）功能通过软件定义拓扑，软件定义协议以及软件定义资源分配实现 5G 网络的全自动化，即所有的业务部署、资源调度以及故障处理均基于网络数据的分析自动进行。19Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G
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