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5G网络架构设计与标准化进展

2016-05-05 04:53
人在旅途20
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  随着5G愿景和概念逐渐地清晰,业界越发意识到网络技术发展对5G系统的重要价值。5G网络旨在以高性能和高效能为目标重构全网架构和服务体系,支撑5G指标和场景,满足高效运营的要求。

  本文引入了“自顶向下”的设计方法,从5G场景与需求与网络挑战映射分析入手,梳理了5G架构发展方向,描述5G概要级网络架构和基础设施框架,并对不同功能平面的架构方案具体展开,提出5G网络核心功能—网络切片,在最后对5G网络标准化推进节奏进行了总结,提出的架构方案能匹配5G业务和运营需求,对5G网络后续研究工作具有推动作用。

  1、5G网络概要级框架

  1)5G需求与网络功能映射

  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,见表1。

 

  表1 5G愿景、现网挑战与架构演进方向映射

  (1)指标方面

  首先,业务速率随用户移动和覆盖变化而改变是移动通信系统的基础常识,无法提供稳定的体验速率支持,需要改变传统的“终端一基站”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,这意味需要引人更高效的切换机制;

  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。

  (2)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。

  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。

  2)5G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(如图1所示)。

  

  图1 5G网络概要级系统框架

  网络功能在平面内聚合程度更高,平面间解藕更充分。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。

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