5G網(wǎng)絡(luò)需求及架構(gòu)分析研究

王文成，畢健有，王浩年

（遼寧郵電規(guī)劃設(shè)計院有限公司，遼寧 沈陽 110179）

1 概述

根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)需求及架構(gòu)的不同，5G網(wǎng)絡(luò)根據(jù)自身架構(gòu)特點(diǎn)不僅大大提高了現(xiàn)有垂直行業(yè)務(wù)提供能力，而且也為新興業(yè)務(wù)打下堅實(shí)基礎(chǔ)。5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展不僅要發(fā)展自身的特點(diǎn)，而且還要與現(xiàn)網(wǎng)其他頻段協(xié)同發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不同于以往網(wǎng)絡(luò)，需要更廣更深入地了解5G網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求，這樣才能讓5G網(wǎng)絡(luò)更加適應(yīng)業(yè)務(wù)需求，更加適應(yīng)業(yè)務(wù)流程，以較高的性價比來滿足用戶需求。

2 5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求

2.1 總體需求

一是根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)商用情況來看，大部分5G網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品基本應(yīng)用于四個場景中，未來5G網(wǎng)絡(luò)的主要應(yīng)用也會圍繞這四個場景進(jìn)行發(fā)展：場景一主要是地鐵隧道、高鐵車站等需要覆蓋連續(xù)的廣覆蓋場景；場景二主要是辦公樓、廣場、步行街、居民小區(qū)等高容量場景；場景三主要是智慧抄表、智慧城市監(jiān)控、智能監(jiān)測等超大連接數(shù)場景；場景四主要是自動駕駛、工業(yè)自動操作等要求超低時延和超高可靠場景。根據(jù)這四類場景的發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及產(chǎn)品也隨之更新。

二是由于5G網(wǎng)絡(luò)與之前網(wǎng)絡(luò)的不同，根據(jù)5G技術(shù)自身的特點(diǎn)，會出現(xiàn)新的業(yè)務(wù)需求。5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的最突出的特點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)了生活中萬事萬物的相互連通，在相互連通過程中融合了各種各式各樣的內(nèi)容。5G的出現(xiàn)會促使新的生活模式，新的生活習(xí)慣的產(chǎn)生。為此，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)及技術(shù)發(fā)展過程中需要充分做好技術(shù)分析與5G業(yè)務(wù)開發(fā)工作，隨時追蹤相關(guān)變化隨時調(diào)整。

三是5G的發(fā)展促進(jìn)了各行各業(yè)的融合發(fā)展?，F(xiàn)階段在5G技術(shù)的支持下，各行各業(yè)隨著時代的發(fā)展，變革的腳步進(jìn)一步加快，特別是跨行業(yè)間的融合發(fā)展更加深入。5G+物聯(lián)網(wǎng)將在人們的生活工作中出現(xiàn)，提高人們生活品質(zhì)，使人們的生活走向智能化和數(shù)字化。在工業(yè)發(fā)展上，智能化操作管理將貫穿整個生產(chǎn)流程。

2.2 新網(wǎng)絡(luò)，新需求

從整個產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢看，3GPP標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)步入后5G網(wǎng)絡(luò)時代，而云計算、邊緣計算等技術(shù)在通信技術(shù)行業(yè)的日益成熟及成功又驅(qū)使移動網(wǎng)絡(luò)采用新的實(shí)現(xiàn)方式及新的商業(yè)模式，同時軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展也啟發(fā)人們對移動通信技術(shù)架構(gòu)及不同業(yè)務(wù)部署進(jìn)行重新思考。

從當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)看，M2M的興起以及智能終端的普及，不同無線通信業(yè)務(wù)需求的快速發(fā)展及高清視頻的出現(xiàn)導(dǎo)致無線流量的增長及無線設(shè)備配置的提高。

5G網(wǎng)絡(luò)作為一個全新網(wǎng)絡(luò)，伴隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展應(yīng)運(yùn)而生。下面從用戶服務(wù)、運(yùn)營服務(wù)、業(yè)務(wù)服務(wù)等多維度，從網(wǎng)絡(luò)側(cè)分析5G網(wǎng)絡(luò)最為關(guān)鍵的需求。

2.3 用戶服務(wù)的需求

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)作為新興技術(shù)，支持多元化業(yè)務(wù)，5G新用戶的體驗(yàn)必定體現(xiàn)了不同技術(shù)的交織和融匯。為此，5G網(wǎng)絡(luò)也為現(xiàn)代技術(shù)發(fā)展提供了技術(shù)支持。5G用戶服務(wù)需求如下：

①任何時間、任何地點(diǎn)的接入；②網(wǎng)絡(luò)社會化，對海量、高密度終端設(shè)備的接入要求；③接入無關(guān)性，高效滿足5G時代豐富應(yīng)用和終端對接入能力的要求；④網(wǎng)絡(luò)安全可靠。

2.4 運(yùn)營服務(wù)的需求

5G網(wǎng)絡(luò)將會是一個多網(wǎng)絡(luò)、多層次、多域的巨量網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理需要具備彈性、自動化、智能化能力。①向高容量、高帶寬、高彈性（靈活可靠）和低時延的目標(biāo)繼續(xù)提升；②網(wǎng)絡(luò)資源智能高效利用；③多網(wǎng)并存下的自動化、智能化管理和用戶體驗(yàn)無差性；④節(jié)約能耗，降低成本，提高收入。

2.5 業(yè)務(wù)服務(wù)的需求

5G將幫助人們真正進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)社會，人們的生活方方面面都與網(wǎng)絡(luò)息息相關(guān)，除了對原有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的需求，新服務(wù)新業(yè)務(wù)也將會層出不窮。

①是對原有網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（如語音）的繼承、提升、創(chuàng)新；②更豐富的業(yè)務(wù)模式，如虛擬運(yùn)營等；③提升用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流處理的功能、性能和智能；④靈活的新業(yè)務(wù)部署，結(jié)合用戶信息、網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及拓?fù)溥M(jìn)行內(nèi)容的分發(fā)。

此外，從產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)角度來說，還要求網(wǎng)絡(luò)能力可以向全產(chǎn)業(yè)鏈不同參與者開放，自由定制5G關(guān)鍵能力需求。

3 5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向

首先根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，實(shí)時了解掌握5G技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)及各行業(yè)發(fā)展?fàn)顩r。在現(xiàn)代科技發(fā)展過程中，不僅僅是技術(shù)上的競爭，更是各個業(yè)務(wù)發(fā)展應(yīng)用的競爭。在5G網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)建設(shè)過程中，加強(qiáng)5G核心技術(shù)的研發(fā)和技術(shù)突破。同時加強(qiáng)5G設(shè)備生產(chǎn)廠家、各通信廠家及單位的共同協(xié)同發(fā)展，為后續(xù)做準(zhǔn)備。

其次不同行業(yè)需要相互溝通，協(xié)調(diào)創(chuàng)新發(fā)展。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的成熟商用，隨之而來的是新模式、新業(yè)務(wù)的快速興起，在此期間，要做好垂直各行業(yè)的各項需求分析研究，及時發(fā)現(xiàn)業(yè)務(wù)新的增長點(diǎn)。在分析研究過程中，需要著重開展對垂直行業(yè)的5G網(wǎng)絡(luò)相關(guān)技術(shù)研究與實(shí)驗(yàn)，大力發(fā)揮5G相關(guān)技術(shù)對各行業(yè)的支撐作用[1]。

4 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)

4.1 三大場景對承載網(wǎng)的需求

大容量場景要求單用戶10 Gbps吞吐量：超高下載速率，超大帶寬需求，超高時鐘精度，要求網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加扁平化，網(wǎng)絡(luò)虛擬化，網(wǎng)絡(luò)可編程化。

大連接場景要求106/km2連接數(shù)：超大海量連接數(shù)量，時延和帶寬大小要求較低。

超低時延場景要求空口時延為1毫秒，端到端時延要求為5毫秒：超低時延要求，前傳承載。

4.2 5G業(yè)務(wù)差異化的切片需求

隨著5G網(wǎng)絡(luò)的逐步部署和商用，運(yùn)營商也從傳統(tǒng)移動互聯(lián)網(wǎng)市場逐步轉(zhuǎn)向新興垂直行業(yè)市場，而垂直行業(yè)市場的個性化要求差異明顯，這些個性化差異化的業(yè)務(wù)需求從而催生出網(wǎng)絡(luò)切片。網(wǎng)絡(luò)切片按需組網(wǎng)，為了降低各運(yùn)營商的建設(shè)成本，5G網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)施資源共享，使物理設(shè)施統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)同一設(shè)備服務(wù)多種網(wǎng)絡(luò)。

根據(jù)現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求，5G網(wǎng)絡(luò)切片實(shí)現(xiàn)的目的在于通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)服務(wù)于不同行業(yè)的業(yè)務(wù)，針對不同業(yè)務(wù)需求，服務(wù)類型特點(diǎn)不同，確保業(yè)務(wù)需求服務(wù)的質(zhì)量[2]。

5 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特點(diǎn)

5.1 5G RAN功能重新劃分

5G時代帶寬需求高達(dá)數(shù)百Gbps到Tbps，需要引入eCPRI降低傳輸帶寬。基帶部分功能上移，大幅降低光纖帶寬需求。采用集中控制面設(shè)置，可以提高業(yè)務(wù)的處理能力和靈活的擴(kuò)展。通過采用MEC邊緣計算等技術(shù)，滿足uRLLC業(yè)務(wù)對超低時延的需求，如圖1所示。

圖1 5G RAN功能重新劃分

在5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)中，如果用戶層面DU和控制層面CU不在同一架構(gòu)，可以大大提高網(wǎng)絡(luò)性能，以及負(fù)載均衡處理和實(shí)時性處理優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)各項功能。CU內(nèi)基站的移動性管理在一個CU內(nèi)實(shí)現(xiàn)，簡化了基站間移動性管理的復(fù)雜度。CU集中部署實(shí)現(xiàn)RAN的集中。CU包括PDCP和RRC的功能；CU集中的意義——虛擬化分離、RRC POOLING和本地業(yè)務(wù)結(jié)合。RNC在MAC層面分割（LOWMAC、HIGHMAC），包括rnc是pdcp/rrc-rlc-高層mac[3]。

5.2 5G RAN部署方式

對于5G網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)ITU-T明確指出，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將采用控制層面CU和用戶層面DU分離結(jié)構(gòu)。而在實(shí)際現(xiàn)網(wǎng)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)組網(wǎng)過程中，會根據(jù)實(shí)際情況來確定組網(wǎng)結(jié)構(gòu)是分離結(jié)構(gòu)還是不分離結(jié)構(gòu)。將用戶面和控制面分開的部署方式將使5G的承載網(wǎng)和傳送網(wǎng)被重新定義劃分，其中，AAU和用戶面之間歸屬于前傳段；用戶面和控制面之間歸屬于中傳段；控制面之上歸屬于回傳段。根據(jù)目前技術(shù)發(fā)展，現(xiàn)階段針對5G網(wǎng)絡(luò)的 RAN的部署架構(gòu)主要包括D-RAN、C-RAN、CU云化部署三種方式[4]。

在5G網(wǎng)絡(luò)RAN部署方式中，D-RAN部署為傳統(tǒng)方式部署，D-RAN組網(wǎng)簡單，部署清晰；在C-RAN部署過程中，需要將BBU集中安置，C-RAN部署方式可節(jié)省站點(diǎn)機(jī)房；CU云化部署方式可以實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的邊緣計算和5G網(wǎng)絡(luò)的智能化維護(hù)。C-RAN部署、D-RAN部署和CU云化部署這三種方式也應(yīng)根據(jù)具體場景合理選擇，如圖2所示。

圖2 5G網(wǎng)絡(luò)RAN部署方式

5.3 5G網(wǎng)絡(luò)云化

5G網(wǎng)絡(luò)要云化，現(xiàn)在有些能力可以上到云端去，通過云端來集中處理。5G云化需要有接入云和控制云，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的集約化管理，能夠更好地調(diào)動網(wǎng)絡(luò)資源。這里包括將來支持SDN和NFV。5G網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)不等于現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡(luò)被淘汰。如何實(shí)現(xiàn)多個移動網(wǎng)絡(luò)協(xié)同，也需要利用云能力來處理。

5G網(wǎng)絡(luò)云化，包括核心網(wǎng)云化、接入云化以及控制云化，接入和控制云化能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集約化管理和更高效的網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)用。多個移動網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同，也需要網(wǎng)絡(luò)云化。

5.4 5G核心網(wǎng)下沉

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展及業(yè)務(wù)需求，5G核心網(wǎng)伴隨業(yè)務(wù)需求的變化將會慢慢被弱化，5G網(wǎng)絡(luò)中的各種多功能將以更加扁平化方式實(shí)現(xiàn)，而且還會把更多5G網(wǎng)絡(luò)上的不同功能下沉到基站側(cè)，其中，包括媒體業(yè)務(wù)的分發(fā)，也包含對信令流程的重新規(guī)劃設(shè)計等[5]。

核心網(wǎng)下沉需要滿足某些特殊業(yè)務(wù)需求，由于業(yè)務(wù)對帶寬和時延的要求不同，云業(yè)務(wù)處理將逐步采用分布式部署，比如工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和車聯(lián)網(wǎng)所應(yīng)用的超低時延業(yè)務(wù)及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的AR/VR業(yè)務(wù)等。弱化5G核心網(wǎng)的主要目的是要簡化5G網(wǎng)絡(luò)的整個系統(tǒng)流程設(shè)計，簡化信令流程、降低時延，增加5G網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方式，特別是用戶層面或控制層面的單獨(dú)獨(dú)立部署會大大提高5G網(wǎng)絡(luò)的處理能力。

6 結(jié)束語

根據(jù)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)已成為當(dāng)代主流，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及相關(guān)特性改變了人們生活中所涉及的各行各業(yè)的發(fā)展。5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)使人們生活方式有了大大的不同，特別是人們對生活質(zhì)量的要求漸漸提高，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可進(jìn)一步提升各行業(yè)的用戶體驗(yàn)。5G網(wǎng)絡(luò)滿足了當(dāng)今時代人們生活工作中各行業(yè)的應(yīng)用需求，支持當(dāng)今社會的和諧創(chuàng)新發(fā)展?！?/p>