朱浩，項菲

（1.中國 信息通信研究院，北京 100191；2. 國家 計算 機(jī)網(wǎng) 絡(luò)應(yīng) 急處理協(xié)調(diào)中心， 北京 100029）

運(yùn)營技術(shù)廣角

5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

朱浩1，項菲2

（1.中國 信息通信研究院，北京 100191；2. 國家 計算 機(jī)網(wǎng) 絡(luò)應(yīng) 急處理協(xié)調(diào)中心， 北京 100029）

隨著 5G 愿景和概念逐漸地清晰，業(yè)界越發(fā)意識到網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展對 5G 系統(tǒng)的重要價值。 5G 網(wǎng)絡(luò)旨在以高性能和高效能為目標(biāo)重構(gòu)全網(wǎng)架構(gòu)和服務(wù)體系，支撐 5G 指標(biāo)和場景，滿足高效運(yùn)營的要求。引入了“自頂向下”的設(shè)計方法，從 5G 場景與需求與網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn)映射分 析 入手，梳理了 5G 架構(gòu) 發(fā) 展 方向，描述 5G 概 要 級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和基礎(chǔ)設(shè)施框架，并對不同 功能平面的架構(gòu)方案具體展開，提出 5G 網(wǎng)絡(luò) 核 心功能——網(wǎng)絡(luò)切 片 ，在 最后對 5G 網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化推進(jìn)節(jié)奏進(jìn)行了總結(jié)。 提出的架構(gòu)方案能匹配 5G 業(yè)務(wù)和運(yùn)營 需求，對 5G 網(wǎng)絡(luò) 后續(xù)研究工作具有推動作用。

5G；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；功能重構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)切片；標(biāo)準(zhǔn)化

1 引言

隨著4G技術(shù)成熟并廣泛商用，移動通信開始朝著面向2020 年及未來的，5G 的發(fā)展階段邁進(jìn)。最早于 2012 年，國際電 信 聯(lián) 盟 （International Telecommunications Union，ITU）開 始組 織 全 球 業(yè) 界 啟 動 5G 愿 景［1］、流 量 預(yù) 測［2］和 未 來 技 術(shù) 趨 勢［3］等前期研究，提出 5G 將在大幅 提 升 “以 人為中心 ”的 移 動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)體驗的同時，全面支持“以物為中心”的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，實現(xiàn)人與人、人與物以及物與物的智能互聯(lián)的總體愿 景。以 ITU 的 5G 前期研究成果為指引，來自全球移動通信產(chǎn)業(yè)不同領(lǐng)域的研發(fā)力量逐步聚集，全面啟動5G關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)工作。

METIS （Mobile and Wireless Communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society）是 歐 盟 第 7 期 框 架計劃下，由多家電信制造商、運(yùn)營商、科研機(jī)構(gòu)和高校共同啟 動 的 5G 科 研 項 目［4］，已 初 步 完 成 了 5G 需 求 、應(yīng) 用 場 景 和系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)方案梳理。2013 年底，歐盟啟動了規(guī)模 更 大 的 5G 科 研 項 目 5G-PPP［5］（5G public-private partnership）整 合 METIS 工 作 ，旨 在 加 速 歐 盟 5G 研 究 和 創(chuàng)新，項目大致包括需求研究、系統(tǒng)研發(fā)與優(yōu)化以及大規(guī)模試驗驗證與標(biāo)準(zhǔn)化 3個階段。NGMN 旨在凝聚網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商針對 5G 候選技術(shù)和評估方案的共識，通過下設(shè)的愿景、需求、技術(shù) 及 架 構(gòu)、頻譜 4 個 工 作組，以全面 分 析 5G 的 關(guān) 鍵業(yè) 務(wù) 、應(yīng) 用 場 景 和 技 術(shù) 要 求［6］。為 推 動 5G 研 發(fā) ，中 國 成 立IMT-2020（5G）推進(jìn)組，集中國內(nèi)產(chǎn)學(xué)研用優(yōu)勢單位，共同開展 5G 策略、需求、技術(shù)、頻譜、標(biāo)準(zhǔn) 、知 識 產(chǎn) 權(quán)研究及 國 際合作。推進(jìn)組指出 5G 系統(tǒng)內(nèi)涵更加廣泛，其概念擴(kuò)展為“標(biāo) 志 性 能 力 指 標(biāo) ”和 “一 組 關(guān) 鍵 技 術(shù) ”［7］。

隨著研究和交流的不斷深入，業(yè)界對 5G 業(yè)務(wù)場景與關(guān)鍵指標(biāo)的共識逐步收斂。ITU 規(guī)劃了 5G 所涵蓋三大應(yīng)用場景：增強(qiáng)移動寬帶、海量機(jī)器類通信和超高可靠低時延通信，同時為適應(yīng)業(yè)務(wù)場景的差異化要求，在關(guān)鍵能力指標(biāo)方面，除了傳統(tǒng)的峰值速率、移動性、時延和頻譜效率之外，ITU 還提出了用戶體驗速率、連接數(shù)密度、流量密度和能效4 個新增關(guān)鍵能力指標(biāo)。具體而言，5G 用戶體驗速率高至1 Gbit／s，能夠支持移動虛擬現(xiàn)實等極致業(yè)務(wù)體驗；5G 峰值速率 可 達(dá) 10～20 Gbit／s，流 量 密 度 可 達(dá) 10 Mbit／（s·m2），能 夠 支 持未 來 千 倍 流量 增 長 ；5G 連接 數(shù) 密 度 可達(dá) 100 萬 個／km2，支 持海量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備接入；5G 傳輸時延將至毫秒量級，滿足車聯(lián) 網(wǎng) 和 工 業(yè) 控 制 的 嚴(yán) 格 要 求 ；5G 能 夠 提 供 500 km／h 的 移動速度（如高鐵環(huán)境）下順暢的用戶體驗。最后，為了保證對頻譜和能 源 的 有 效 利 用 ，5G 的頻 譜 效 率 將 比 4G 提高3～5 倍，能 效 將 比 4G 提升 100 倍 。

與之前歷代移動通信系統(tǒng)以多址接入技術(shù)革新為換代標(biāo)志不同，5G 內(nèi)涵更加廣泛，由空口多址技術(shù)向端到端網(wǎng)絡(luò)延伸。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施將成為支撐關(guān)鍵能力指標(biāo)、滿足多場景部署要求和實現(xiàn)高效運(yùn)營的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，與新型無線空口技術(shù)共同推進(jìn) 5G 發(fā)展。當(dāng)前，相比于無線側(cè)較清晰的 5G 空口系統(tǒng)框架和專題研究方向，面向網(wǎng)絡(luò)的研究還處 于 概 念 澄 清［8］、需 求 收 集［9］和 通 用 框 架 討 論［10，11］的 初 始 階段，有待于與 5G 場景與能力指標(biāo)進(jìn)一步對應(yīng)澄清，提出具體的架構(gòu)設(shè)計思路和技術(shù)方向。

綜 上 ，本 文 采 用 “top-down（自 頂 向 下 ）”的 設(shè) 計 方 法 ，從5G 場景與關(guān)鍵 KPI需求對現(xiàn)網(wǎng)的挑戰(zhàn) 分 析 入手，梳理 5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向，概要級架構(gòu)和基于“云”的基礎(chǔ)設(shè)施框架，進(jìn)而針對框架內(nèi)不同功能平面提出具體的架構(gòu)方案。重點(diǎn)闡述了 5G 網(wǎng)絡(luò)的核心服務(wù)功能——網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)。最后，本文簡要介紹了業(yè)界針對 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和切片技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化方面的推進(jìn)情況。

2 5G網(wǎng)絡(luò)概要級框架

2.1 5G 需求與網(wǎng)絡(luò)功能映射

5G 愿景定義了 更豐富的業(yè)務(wù)場 景和全新的業(yè) 務(wù)指標(biāo)，5G 系統(tǒng)不能囿于單純的空口技術(shù)換代和峰值速 率提升，需要將需求與能力指標(biāo)要求向網(wǎng)絡(luò)側(cè)推演，明確現(xiàn)網(wǎng)挑戰(zhàn)和發(fā)展方向，通過網(wǎng)絡(luò)側(cè)的創(chuàng)新提供支撐，見表 1。

指標(biāo)方面，首先，業(yè)務(wù)速率隨用戶移動和覆蓋變化而改變是移動通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)常識，無法提供穩(wěn)定的體驗速率支持，需要改變傳統(tǒng)的“終端—基站”一對一傳輸機(jī)制，引入聯(lián)合多站點(diǎn)協(xié)同來平滑和保證速率。其次，毫秒級時延是另一個挑戰(zhàn)，當(dāng)前網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)服務(wù)器一般部署在網(wǎng)絡(luò)中心，受限于光傳輸速率，網(wǎng)內(nèi)傳輸時延大多是百毫秒量 級，遠(yuǎn)超 5G 時延要 求，需要 盡可能將網(wǎng) 關(guān)和業(yè)務(wù)服務(wù)器下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，此外，4G 定義的實時業(yè)務(wù)切換 中 斷 時 間 （＜300 ms）也 無 法 滿 足 5G 高 實 時 性 業(yè) 務(wù) 要求，這意味需要引入更高效的切換機(jī)制。最后，現(xiàn)網(wǎng)限于中心轉(zhuǎn)發(fā)和單一控制的功能機(jī)制，在高吞吐量和大連接的背景下會造成更大的擁塞和過載風(fēng)險，這要求 5G 網(wǎng)絡(luò)控制功能更靈活，流量分布更均衡。

運(yùn)營能效方面，4G 網(wǎng)絡(luò)主要定位在互聯(lián)網(wǎng)接入管道，長期形成了重建設(shè)、輕運(yùn)維的定式，簡單化的運(yùn)營手段難以適應(yīng) 5G 物聯(lián)網(wǎng)和垂直行業(yè)高度差異化的要求。與此 同時，基于專用硬件的剛性網(wǎng)絡(luò)設(shè)備平臺資源利用率低，不具備動態(tài)擴(kuò)縮容能力。這要求網(wǎng)絡(luò)側(cè)需要引入互聯(lián)網(wǎng)靈活快速的服務(wù)理念和更彈性的基礎(chǔ)設(shè)施平臺。

表1 5G 愿景、現(xiàn)網(wǎng)挑戰(zhàn)與架構(gòu)演進(jìn)方向映射

2.2 網(wǎng)絡(luò)邏輯功能框架

5G 網(wǎng)絡(luò)采用基于功能平面的框架設(shè)計， 將傳統(tǒng)與網(wǎng)元綁定的網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行抽離和重組，重新劃分為 3個功能平面：接入平面、控制平面和數(shù)據(jù)平面（如圖 1 所示）。網(wǎng)絡(luò)功能在平面內(nèi)聚合程度更高，平面間解耦更充分。其中，控制平面主要負(fù)責(zé)生成信令控制、網(wǎng)管指令和業(yè)務(wù)編排邏輯，接入平面和數(shù)據(jù)平面主要負(fù)責(zé)執(zhí)行控制命令，實現(xiàn)對業(yè)務(wù)流在接入網(wǎng)的接入與核心網(wǎng)內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)。各平面的功能概述如下。

（1）接入平面

涵蓋各種類型的基站和無線接入設(shè)備，通過增強(qiáng)的異構(gòu)基站間交互機(jī)制構(gòu)建綜合的站間拓?fù)?，通過站間實時的信息交互與資源共享實現(xiàn)更高效的協(xié)同控制，滿足不同業(yè)務(wù)場景的需求。

（2）控制平面

為 5G 新 空 口 和 傳 統(tǒng) 空 口 （LTE、Wi-Fi等 ）提 供 統(tǒng) 一 的網(wǎng)絡(luò)接口?？刂泼婀δ芊纸獬杉?xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)功能（network function，NF）組件，按照業(yè) 務(wù) 場景特 性 定 制專用 的 網(wǎng) 絡(luò)服 務(wù) ，并在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)資源管控和能力開放。

（3）數(shù)據(jù)平面

核心網(wǎng)網(wǎng)關(guān)下沉到城域網(wǎng)匯聚層，采取分布式部署，整合分組轉(zhuǎn)發(fā)、內(nèi)容緩存和業(yè)務(wù)流加速能力，在控制平面的統(tǒng)一調(diào)度下，完成業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)和邊緣處理。

圖1 5G 網(wǎng)絡(luò)概 要 級 系 統(tǒng) 框 架

2.3 基礎(chǔ)設(shè)施平臺

5G 網(wǎng)絡(luò)將改變傳統(tǒng)基于專用硬件的剛性基礎(chǔ)設(shè)施平臺 ，引 入 互 聯(lián) 網(wǎng) 中 云 計 算 、虛 擬 化 和 軟 件 定 義 網(wǎng) 絡(luò) （software defined networking，SDN）等 技 術(shù) 理 念 ，構(gòu) 建 跨 功 能 平 面 統(tǒng)一資源管理架構(gòu)和多業(yè)務(wù)承載資源平面，全面解決傳輸服務(wù)質(zhì)量、資源可擴(kuò)展性、組網(wǎng)靈活性等基礎(chǔ)性問題。

網(wǎng)絡(luò)虛擬化實現(xiàn)對底層資源的統(tǒng)一“池化管理”，向上提供相互隔離的有資源保證的多租戶網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，是網(wǎng)絡(luò)資源管理的核心技術(shù)。引入這一技術(shù)理念，底層基礎(chǔ)設(shè)施能為上層租戶提供一個充分自控的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，允許用戶自定義編址、自定義拓?fù)?、自定義轉(zhuǎn)發(fā)以及自定義協(xié)議，徹底打開基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能力。

引入軟件定義網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)理念，在控制平面，通過對網(wǎng)絡(luò)、計算和存儲資源的統(tǒng)一軟件編排和動態(tài)調(diào)配，在電信網(wǎng)中實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源與編程能力的銜接；在數(shù)據(jù)平面，通過對網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)行為進(jìn)行抽象，實現(xiàn)利用高級語言對多種轉(zhuǎn)發(fā)平臺進(jìn)行靈活的轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議和轉(zhuǎn)發(fā)流程定制，實現(xiàn)面向上層應(yīng)用和性能要求的資源優(yōu)化配置。

3 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)方向

3.1 接入平面——異構(gòu)站間協(xié)同組網(wǎng)

面向不同的應(yīng)用場景，無線接入網(wǎng)由孤立管道轉(zhuǎn)向支持異構(gòu)基站多樣（集中或分布式）的協(xié)作，靈活利用有線和無線連接實現(xiàn)回傳，提升小區(qū)邊緣協(xié)同處理效率，優(yōu)化邊緣用戶體驗速率。圖2描繪了涉及的組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)。

（1）C-RAN

集中式 C-RAN 組網(wǎng)是未來無 線 接入網(wǎng)演 進(jìn) 的 重要方向。在滿足一定的前傳和回傳網(wǎng)絡(luò)的條件下，可以有效提升移動性和干擾協(xié)調(diào)的能力，重點(diǎn)適用于熱點(diǎn)高容量場景布網(wǎng)。面向 5G 的 C-RAN 部署架構(gòu)中，遠(yuǎn)端無 線處理單元（remote radio unit，RRU）匯 聚 小 范 圍 內(nèi) RRU 信 號 經(jīng) 部 分基帶處理后進(jìn)行前端數(shù)據(jù)傳輸，可支持小范圍內(nèi)物理層級別的協(xié)作化算法。池化的基帶處理中心（BBU 池）集中部署移動性管理，多 RAT 管理，慢速干擾管理，基 帶用戶 面處理等功能， 實現(xiàn)跨多個 RRU 間的大范圍控制 協(xié)調(diào)。利用BBU／RRU 接口 重構(gòu)技術(shù)，可以平衡 高實時性 和 傳 輸網(wǎng)絡(luò)性能要求。

（2）D-RAN

能 適應(yīng) 多 種 回 傳條 件 的 分 布 式 D-RAN 組 網(wǎng) 是 5G 接入網(wǎng)另一重要方向。在 D-RAN 組網(wǎng)架構(gòu)中，每個站點(diǎn)都有完整的協(xié)議處理功能。站點(diǎn)間根據(jù)回傳條件，靈活選擇分布式多層 次 協(xié)作方式 來 適 應(yīng)性能 要 求 。D-RAN 能 對 時 延及其抖動進(jìn)行自適應(yīng)，基站不必依賴對端站點(diǎn)的協(xié)作數(shù)據(jù)，也可正常工作。分布式組網(wǎng)適用于作為連續(xù)廣域覆蓋以及低時延等的場景組網(wǎng)。

圖2 異構(gòu)站間組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)

（3）無線 mesh 網(wǎng)絡(luò)

作為有線組網(wǎng)的補(bǔ)充，無線 mesh 網(wǎng)絡(luò)利用無線信道組織站間回傳網(wǎng)絡(luò)，提供接入能力的延伸。無線 mesh 網(wǎng)絡(luò)能夠聚合末端節(jié)點(diǎn)（基站和終端），構(gòu)建高效、即插即用的基站間無線傳輸網(wǎng)絡(luò)，提高基站間的協(xié)調(diào)能力和效率，降低中心化架構(gòu)下數(shù)據(jù)傳輸與信令交互的時延，提供更加動態(tài)、靈活的回傳選擇，支撐高動態(tài)性要求場景，實現(xiàn)易部署、易維護(hù)的輕型網(wǎng)絡(luò)。

3.2 數(shù)據(jù)平面——網(wǎng)關(guān)與業(yè)務(wù)下沉

如 圖 3 中 （a）部 分 所 示 ，通 過 現(xiàn) 有 網(wǎng) 關(guān) 設(shè) 備 內(nèi) 的 控 制功能和轉(zhuǎn)發(fā)功能分離，實現(xiàn)網(wǎng)關(guān)設(shè)備的簡化和下沉部署，支持“業(yè)務(wù)進(jìn)管道”，提供更低的業(yè)務(wù)時延和更高的流量調(diào)度靈活性。

通過網(wǎng)關(guān)控制承載分離，將會話和連接控制功能從網(wǎng)關(guān)中抽離，簡化后的網(wǎng)關(guān)下沉到匯聚層，專注于流量轉(zhuǎn)發(fā)與業(yè)務(wù)流加速處理，更充分地利用管道資源，提升用戶帶寬，并逐步推進(jìn)固定和移動網(wǎng)關(guān)功能和設(shè)備形態(tài)逐漸歸一，形成面向多業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載平臺。

IP 錨點(diǎn)下沉使移動網(wǎng)絡(luò)具備層三組大網(wǎng)的能力，因此應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫可以隨著網(wǎng)關(guān)設(shè)備一同下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，使互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、云計算服務(wù)和媒體流緩存部署在高度分布的環(huán)境中，推動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與網(wǎng)絡(luò)能力融合，更好地支持 5G 低時延和高帶寬業(yè)務(wù)的要求。

3.3 控制平面——網(wǎng)絡(luò)控制功能重構(gòu)

網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)發(fā)功能下沉的同時，抽離的轉(zhuǎn)發(fā)控制功能（NF-U）整合到控制平面中，并對原本與信令面網(wǎng)元綁定的控制功能（NF-C）進(jìn)行組件化拆分，以基于服務(wù)調(diào)用的方式進(jìn)行重構(gòu)，實現(xiàn)可按業(yè)務(wù)場景構(gòu)造專用架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，滿足 5G 差異化 服 務(wù)需求，如圖 3 中 （b）所示?？?制 功能重構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下方面。

· 控制面功能模塊化：梳理控制面信令流程，形成有限數(shù)量的高度內(nèi)聚的功能模塊作為重構(gòu)組件基礎(chǔ)，并按應(yīng)用場景標(biāo)記必選和可選的組件。

· 狀態(tài)與邏輯處理分離：對用戶移動性、會話和簽約等狀態(tài)信息的存儲和邏輯進(jìn)行解耦，定義統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫功能組件，實現(xiàn)統(tǒng)一調(diào)用，提高系統(tǒng)的頑健性和數(shù)據(jù)完整性。

· 基于服務(wù)的組件調(diào)用：按照接入終端類型和對應(yīng)的業(yè)務(wù)場景，采用服務(wù)聚合的設(shè)計思路，服務(wù)引擎選擇所需的功能組件和協(xié)議（如針對物聯(lián)網(wǎng)的低移動性功能），組合業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建場景專用的網(wǎng)絡(luò)，服務(wù)引擎能支持局部架構(gòu)更新和組件共享，并向第三方開放組網(wǎng)能力。

圖3 核心網(wǎng)功能重構(gòu)

4 5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)——端到端網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)切片利用虛擬化技術(shù)將通用的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源根據(jù)場景需求虛擬化為多個專用虛擬網(wǎng)絡(luò)。每個切片都可獨(dú)立按照業(yè)務(wù)場景的需要和話務(wù)模型進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)功能的定制剪裁和相應(yīng)網(wǎng)絡(luò)資源的編排管理，是 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的實例化。

網(wǎng)絡(luò)切片打通了業(yè)務(wù)場景、網(wǎng)絡(luò)功能和基礎(chǔ)設(shè)施平臺間的適配接口。通過網(wǎng)絡(luò)功能和協(xié)議定制，網(wǎng)絡(luò)切片為不同業(yè)務(wù)場景提供所匹配的網(wǎng)絡(luò)功能。例如，熱點(diǎn)高容量場景下的 C-RAN 架構(gòu)，物 聯(lián)網(wǎng)場景下 的輕量化 移 動性管理和非 IP 承載功能等。同時，網(wǎng)絡(luò)切片使網(wǎng)絡(luò)資源與部署位置解耦，支持切片資源動態(tài)擴(kuò)容縮容調(diào)整，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的靈活性和資源利用率。切片的資源隔離特性增強(qiáng)整體網(wǎng)絡(luò)健壯性和可靠性。

一個切片的生命周期包括創(chuàng)建、管理和撤銷3個部分。如圖 4所示，運(yùn)營商首先根據(jù)業(yè)務(wù)場景需求匹配網(wǎng)絡(luò)切片模板，切片模板包含對所需的網(wǎng)絡(luò)功能組件，組件交互接口以及所需網(wǎng)絡(luò)資源的描述；上線時由服務(wù)引擎導(dǎo)入并解析模板，向資源平面申請網(wǎng)絡(luò)資源，并在申請到的資源上實現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能和接口的實例化與服務(wù)編排，將切片遷移到運(yùn)行態(tài)。網(wǎng)絡(luò)切片可以實現(xiàn)運(yùn)行態(tài)中快速功能升級和資源調(diào)整，在業(yè)務(wù)下線時及時撤銷和回收資源。

圖4 網(wǎng)絡(luò)切片創(chuàng)建過程

針 對 網(wǎng) 絡(luò) 切 片 的 研 究 主 要 在 3GPP （3rd Generation PartnershipProject）和 ETSINFV（EuropeanTelecommunications Standards Institute Network Functions Virtualization）產(chǎn) 業(yè) 推進(jìn)組進(jìn)行，3GPP 重點(diǎn)研究網(wǎng)絡(luò)切片對網(wǎng)絡(luò)功能（如接入選擇 、移 動 性 、連 接 和 計 費(fèi) 等 ）的 影 響 ，ETSI NFV 產(chǎn) 業(yè) 推 進(jìn) 組則主要研究虛擬化網(wǎng)絡(luò)資源的生命周期管理。當(dāng)前，通用硬件的性能和虛擬化平臺的穩(wěn)定性仍是網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)全面商用的瓶頸，運(yùn)營商也正通過概念驗證和小范圍部署的方法穩(wěn)步推進(jìn)技術(shù)成熟。

5 5G網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

（1）ITU

ITU 于 2015 年 啟動 5G 國際 標(biāo)準(zhǔn)制定 的 準(zhǔn) 備工作，首先開展 5G 技術(shù)性能需求和評估方法研究，明確候選技術(shù)的 具 體 性 能 需 求 和 評 估 指 標(biāo) ， 形 成 提 交 模 板 ；2017 年ITU-R 發(fā)出征集 IMT-2020 技術(shù)方案的 正 式 通 知 及 邀 請 函 ，并 啟 動 5G 候 選 技 術(shù) 征 集；2018 年 底 啟 動 5G 技 術(shù) 評 估 及標(biāo)準(zhǔn)化；計劃在 2020 年底形成商用能力。

（2）IEEE

作 為 IEEE 3G／4G 標(biāo) 準(zhǔn) 的 制 定 機(jī) 構(gòu) ，IEEE 802 標(biāo) 準(zhǔn) 委員會結(jié)合自身優(yōu)勢，積極推進(jìn)下一代無線局域網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)（IEEE 802.11ax）研 制 ，并 希 望 將 其 整 合 至 5G 技 術(shù) 體 系 。

IEEE 通信學(xué) 會也在積極探索 5G 標(biāo)準(zhǔn)化工作 思路，目前計劃成立信道建模、下一代前傳接口、基于云的移動核心網(wǎng)和無線分析 4 個研究組，深入開展 5G 技術(shù)研究。

（3）3GPP

全 球業(yè)界普遍 認(rèn)可將 在 3GPP 制 定統(tǒng) 一的 5G 標(biāo) 準(zhǔn) 。從 2015 年初開始，3GPP 已啟動 5G 相關(guān)議題討論 ，初步確定了 5G 工作時間表。

3GPP 5G 研 究 預(yù) 計 將 包 含 3 個 版 本 ：R14、R15、R16。具 體 而 言 ，R14 主 要 開 展 5G 系 統(tǒng) 框 架 和 關(guān) 鍵 技 術(shù)研 究 ；R15 作 為 第 一 個 版 本 的 5G 標(biāo) 準(zhǔn) ，滿 足 部 分 5G 需求 ， 例 如 5G 增 強(qiáng) 移 動 寬 帶 業(yè) 務(wù) 的 標(biāo) 準(zhǔn) ；R16 完 成 全 部標(biāo) 準(zhǔn) 化 工 作 ，于 2020 年 初 向 ITU 提 交 候 選 方 案 。3GPP無 線 接 入 網(wǎng) 工 作 組 （RAN）計 劃 在 2016 年 3 月 啟 動 5G技術(shù)研究工作。

3GPP 業(yè) 務(wù) 需 求 工 作 組 （SA1）最 早 于 2015 年 啟 動“Smarter”研 究 課 題 ，該 課 題 將 于 2016 一 季 度 前 完 成 標(biāo) 準(zhǔn)化，目前已形成 4 個業(yè)務(wù)場景繼續(xù)后續(xù)工作，見表 2。

3GPP 系 統(tǒng) 架 構(gòu) 工 作 組 （SA2）于 2015 年 底 正 式 啟 動 5G網(wǎng) 絡(luò) 架 構(gòu) 的 研 究 課 題 “NextGen”［12］立 項 書 明 確 了 5G 架 構(gòu)的基本功能愿景，包括：

· 有能力處理移動流量、設(shè)備數(shù)快速增長；

·允許核心網(wǎng)和接入網(wǎng)各自演進(jìn)；

· 支持如 NFV、SDN 等技術(shù)，降低網(wǎng)絡(luò)成本，提高運(yùn)維效率、能效，靈活支持新業(yè)務(wù)。

SA2 計 劃 在 2018 年 輸 出 第 一 版 的 5G 網(wǎng) 絡(luò) 架 構(gòu) 標(biāo) 準(zhǔn) ，并于 2019 年中完成面向商用的完備規(guī)范版本。 目前，SA2正在進(jìn)行 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需求和關(guān)鍵特性的梳理，篩選出第一階段重點(diǎn)研究的關(guān)鍵功能和使能技術(shù)（見表 2）。R14 階段后續(xù)工作將聚焦這些關(guān)鍵特性，開展架構(gòu)設(shè)計、技術(shù)方案和標(biāo)準(zhǔn)化評估工作。

表2 3GPP R14 5G 網(wǎng) 絡(luò) 架 構(gòu) 關(guān) 鍵 功 能 和 使 能 技 術(shù)

6 結(jié)束語

隨著 5G 路線圖的逐漸清晰，5G 網(wǎng)絡(luò)一方面需要支撐新型空口或 LTE 空口技術(shù)的演進(jìn)，另一方面也提供對端到端網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)重新設(shè)計的契機(jī)。隨著移動終端代替固定設(shè)備成為主流，移動性支持將成為網(wǎng)絡(luò)的原生屬性加以“端到端”考量。

新型 5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不再僅僅作為互聯(lián)網(wǎng)的一種接入網(wǎng)選項，而是以移動性為基礎(chǔ)來推動電信網(wǎng)絡(luò)的接入、連接能力與業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)的計算、存儲能力全面融合。5G 時代網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營不僅要繼續(xù)高質(zhì)量的滿足傳統(tǒng)移動互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展要求，同時還要向新的業(yè)務(wù)領(lǐng)域應(yīng)用滲透，快速、持續(xù)、高質(zhì)量地為不同垂直行業(yè)的用戶交付信息的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。 5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展不必拘泥于革命或演進(jìn)的選擇，而是由兩種設(shè)計思想共同作用的合力來推動。

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［12］SID S2-153703：proposal for study on a next generation system architecture，3GPP SA2 meeting#111 ［EB／OL］.［2016-01-12］. http：／www.3gpp.org／ftp／tsg_sa／WG2_Arch／TSGS2_111_Chengdu／Docs／S2-153703.zip.

Architecture design and standardization progress of 5G network

ZHU Hao1，XIANG Fei2
1.China Academy of Information and Communication Technology，Beijing 100191，China 2.National Computer Network Emergency Response Coordination Center，Beijing 100029，China

The industry has been more and more aware of the important value of network technologies to the 5G system since the vision and the concept of 5G has become clear and focused.Taking higher performance and efficiency as its objective，5G network is about to reconstruct the entire architecture and service provision system to meet the demands of 5G KPIs，scenarios and operations.A top-down design method was introduced which firstly identified the relationships between 5G requirements and technology challenge on legacy network and deduced the development direction of 5G architecture，then the 5G high-level framework of network architecture and infrastructure were raised and the architecture solution for each network function plane and the key network service named as network slicing were proposed in detail.Finally，the standardization progress in main SDOs was summarized.The solution raised can match the 5G service and operational requirements and give an active impetus to the subsequent 5G network research.

5G，network architecture，function reconstruction，network slicing，standardization

The National Science and Technology Major Project （No.2014ZX03002004）

TN929.5

：A

10.11959／j.issn.1000-0801.2016127

朱浩（1982-），男，中國信息通信研究院技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)研究所工程師，主要從事無線移動通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)領(lǐng)域的新技術(shù)研究和國際標(biāo)準(zhǔn)化工作， 主 要 負(fù)責(zé) 5G 網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)研究和標(biāo)準(zhǔn)化等方面的工作。

項菲（1982-），女，博士，國家計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急技術(shù)處理協(xié)調(diào)中心工程師，主要研究方向為大數(shù)據(jù)、云計算等，發(fā)表多篇技術(shù)論文。

2016-01-12；

2016-04-07

項 菲 ，frey207@sina.com

“新一代寬帶無線移動通信網(wǎng)”國家科技重大專項基金資助項目（No.2014ZX03002004）