《華為：5G網絡架構頂層設計理念報告（19頁）.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關《華為：5G網絡架構頂層設計理念報告（19頁）.pdf（19頁珍藏版）》請在三個皮匠報告上搜索。

1、1Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G5G 網絡架構5G 網絡架構頂層設計理念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 原生云化架構 - 滿足多樣化商業需

2、求的關鍵 5G將強化電信生態系統1.1 網絡架構演進的需求1.2 商業需求驅動5G架構變革端到端網絡切片 - 統一物理設施支撐多種垂直行業 利用云重構無線接入網絡3.1 多連接技術是使能高速傳輸與高可靠性的關鍵3.2 移動云引擎原生云化新核心網架構4.1 用戶面/控制面分離簡化核心網絡4.2 靈活的組件化網絡使能多業務需求4.3 統一數據庫管理自服務敏捷運維結論：原生云化架構是5G創新的基礎040508091316184Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G5G 原生

3、云化架構 - 滿足多樣化商業需求的關鍵為了更好的面向數字化的世界，服務數字化的社會，全球范圍內的運營商都在進行數字化轉型。運營商數字化轉型的目標在于為其企業客戶、消費者提供 ROADS (Real-time, On-Demand, All online, DIY, Social) 體驗，這需要通過端到端協同整體架構才能夠實現，需要在各個環節都實現敏捷，自動化和智能化。運營商的網絡、運營系統、業務的全面云化是必要條件和實現手段。 在同一套物理基礎設上基于不同的業務需求生成邏輯隔離的獨立運行的網絡切片，通過基于數據中心的云化架構支撐多種應用場景。 利用 CloudRAN 對無線接入網絡進行重構，滿

4、足 5G時代多技術連接以及 RAN 功能按需部署的需求。 通過控制面和用戶面（CP/UP）分離，功能模塊化以及統一的數據庫管理技術簡化核心網絡架構，實現網絡功能的按需配置。 基于應用驅動來自動的生成，維護，終止網絡切片服務，利用敏捷的網絡運維降低運營商的運營成本?！叭嬖苹睂碛布Y源池化、軟件架構分布化、部署自動化的系統優勢。在全面云化的戰略下，運營商網絡將轉型為“以數據中心為中心”的架構，所有的網絡功能和業務應用都運行在云數據中心上，即原生云化（Cloud-Native）的架構。5G 時代將以一張物理的基礎網絡支撐多種不同的商業需求，云化的端到端網絡架構通過以下幾個方面實現上述需求：5

5、Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G5G 將強化電信生態系統5G 時代新的通信需求對現有網絡提出了包括技術上的，商業模式上的種種挑戰，需要下一代移動網絡來滿足。ITU 將 5G 時代的主要移動網絡業務劃分 為 三 類：eMBB（Enhanced Mobile Broadband）, uRLLC(Ultra - reliable and Low- latency Communications)以 及 mMTC（Massive Machine Type Communic

6、ations）。eMBB 聚 焦 對 帶寬有極高需求的業務，例如高清視頻，虛擬現實 / 增強現實等等，滿足人們對于數字化生活的需求；uRLLC 聚焦對時延極其敏感的業務，例如自動駕駛 / 輔助駕駛，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遠程控制等，滿足人們對于數字化工業的需求；mMTC 則覆蓋對于聯接密度要求較高的場景，例如智慧城市，智能農業，滿足人們對于數字化社會的需求。移動網絡業務范疇的擴展，也將豐富電信網絡的生態環境。很多傳統行業例如汽車，醫療，能源，市政系統等等都將參與到電信生態環境的建設中。5G 是人類將數字化從個人娛樂為主，推向全聯接社會的奇點，是移動通信行業的機遇，也對現有移動通信技術提出

8、了挑戰。6Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5GA. 網絡架構演進的需求現有的移動網絡架構是為語音通信以及常規的 MBB 業務而設計，而且經歷了3GPP 各個版本的升級，網元眾多，接口復雜，其靈活性不足以支撐 5G 時代的多業務場景。網絡架構變革的驅動力如下：多業務，多制式，多站點形態的復雜組網5G 網絡需要能夠承載 KPI 各不相同的多種不同業務，需要滿足 5G，LTE，WiFi共存的多制式接入，需要協同宏站，小站，微站不同站點形態。在架構設計中，如何靈活的滿足接入

9、需求的差異化，是十分重要的挑戰。多連接技術的協同LTE 的長期演進也屬于 5G 網絡的一部分，同時 WiFi 作為移動網絡的補充也會長期存在，上述幾種聯接技術將與 5G 新空口一同接入到 5G 網絡。根據用戶設備的流量需求，移動性需求等協同多聯接技術，提供足夠的傳輸吞吐量以及移動的連續性。業務錨點的按需部署5G 網絡架構將基于接入站點以及三級數據中心的層次進行設計，根據不同的業務需求，光纖資源以及網絡資源的分布，RAN 的實時資源，非實時資源可以部署在站點側也可以部署在接入云側，業務網關可以部署在接入云側或者核心網側。網絡功能的靈活編排不同業務對于網絡功能的需求不同，eMBB 業務需要大吞吐率

10、調度，uRLLC 需要超低時延及超高可靠性保障，在業務上線時，網絡需要能夠根據業務特點，靈活的編排網絡能力，這將極大的簡化網絡功能，提高網絡效率。更短的業務上線時間豐富的業務拓展了移動網絡的生態環境，但也帶來了業務部署的復雜度，為了滿足新業務的快速部署需求，需要有新的網絡設計，上線，運維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. 商業需求驅動 5G 架構變革5G 的網絡架構將是由業務驅動的，架構設計原則基于如何更靈活，高效的滿足不同業務對移

11、動網絡的需求。在底層物理設施的 SDN，NFV 技術支撐下，5G 網絡實現了接入網絡，傳輸網絡以及核心網絡的全面云化，云化是 5G 網絡架構更好的承載多種不同業務的基礎，是端到端網絡切片，業務錨點的按需部署，網絡功能模塊化等關鍵特性的使能技術。接入網絡側由站點與移動云引擎構成，對實時性以及計算資源要求較高的 RAN 實時資源與協同多業務，多制式，多站點形態復雜組網以及多連接技術的 RAN 非實時資源根據業務需求，組網情況進行按需部署。核心網絡側的統一數據庫包含動態的策略數據，半靜態的用戶數據以及靜態的網絡數據，網絡將根據這些數據進行相應的策略控制。模塊化的控制面及可編程的用戶面使得網絡功能的可

12、編排成為可能，網絡將根據業務的不同需求選擇相應的控制面 / 用戶面功能。傳輸側則由 SDN 控制器以及底層的轉發節點組成，SDN 控制器根據網絡的拓撲以及具體的業務需求生成特定的數據轉發路徑。網絡能力使能面進行網絡能力的抽象及分析，提供給網絡進行優化或以 API 的形式開放給第三方。在網絡架構的頂層是端到端的切片管理，網絡資源管理功能，基于這些功能進行切片的自動化管理以及網絡資源的自治。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端到端網絡切片 - 統一物理設施支撐多種垂直行業端到端的網絡切片是5G網絡支撐多業務的基礎， 也是5G網絡架構演進的關鍵技術。得益于虛擬化技術以及 SDN 技術，未來的網絡架構的底層物理設施將是站點加三層數據中心的組網模式。

15、站點將包含 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態，承載 RAN 的實時功能，由于對這部分功能對于計算能力以及實時性要求較高， 因此需要由專用硬件來承載。 三層云化的數據中心由計算及存儲資源組成，最靠近基站側的是中心機房數據中心，第二層為城域數據中心，最高層為大區數據中心，每層數據中心之間由傳輸網絡連接。根據不同的業務需求，網絡在統一的底層物理設施基礎上通過虛擬化生成相應的網絡拓撲以及網絡功能，為每一個特定業務類型生成的一系列網絡功能的組合即為一個網絡切片，每一個網絡切片在物理上是源自統一的網絡基礎設施上，這樣大大降低了運營商運營多個不同業務類型的建網成本

16、；而在邏輯上又是隔離的，邏輯的獨立性滿足了每一類業務功能定制，獨立運維的需求。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以上圖為例，eMBB, uRLLC 以及 mMTC三個獨立的切片承載于同一套底層物理設施之上。在 eMBB 切片中，對帶寬有很高的要求，可以在城域機房的移動云引擎中部署緩存服務器 Cache，使業務更貼近用戶，降低骨干網的帶寬需求并提高用戶體驗。在 uRLLC 切片中，自動駕駛 / 輔助駕駛，遠程控制等場景對網絡有著極為苛刻的時延要求，因此需要將 RAN 的實時處理及非實時處理功能單元部署在更靠近用戶的站點側，并在 CO 機房的移動云引擎中部利用云重構無線接入網絡在向 RAN2020 的演進過程中，在接

18、入網側引入 CloudRAN 架構，構建實時功能與非實時資源的靈活部署，功能模塊化，協同彈性化，RAN 切片化的能力。CloudRAN可以通過移動云引擎 MCE(Mobile Cloud Engine) 將實時功能（RAN Real time）與非實時功能（RAN Non-Real Time）根據不同的業務需求以及網絡的傳輸資源配置進行靈活的編排，實現 RAN 的系統性云化。署相應的服務器（V2X Server）及業務網關，城域及區域數據中心中只部署控制面相關的功能。在 mMTC 切片中，對于大多數 MTC 場景，網絡中交互的數據量較小，信令交互的頻率也較低，因此可以將移動云引擎部署在城域數據

19、中心，將其他功能以及應用服務器部署在區域數據中心，釋放 CO 機房的資源，降低運營商開銷。10Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5GRAN Real Time 功能主要包含接入網絡的調度、鏈路適配、功率控制、干擾協同、重傳、調制編碼等。這部分處理對于定時、處理實時性要求高，計算量大，當前硬件加速器處理的規格和能效遠高于通用處理器，因此仍需要采用專用硬件實現，并部署在靠近業務的站點中。而 RAN Non- Real Time 功能主要包括小區間切換、小區選擇與重選、用戶

20、面加密、多連接匯聚等處理，這部分功能的實時要求低，時延可以寬松至數十毫秒，適合進行集中化部署，并可以采用通用處理器進行處理，可以根據具體業務要求部署在MCE 中或站點中。MCE 的引入，將使能基于大區域的時間、頻段、空間及協同各種處理能力的多維度復雜管理。使 CloudRAN 能夠支持 4G，4.5G，5G，WIFI 等多種不同制式，及宏站，小站，微站等多種不同站點形態的協同與調度。云化的網絡功能可以按需部署到無線匯聚點、骨干匯聚點，甚至核心匯聚點等不同的節點上，實現網絡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. 多連接技術是使能高速傳輸與高可靠性的關鍵多技術連接將成為新架構下的原生能力，CloudRAN 的多連接能力在統

22、一架構下的無縫部署，是無線接入網部署能力的巨大飛躍。在當前網絡碎片化，頻譜、末端部署場景多樣化的條件下，提升速率并降低時延，最終增強用戶體驗。高速率數據的可靠提供，不能僅僅依賴一個頻段一個制式的連接。在網絡異構的條件下下，基于 LTE 和5G 的網絡能力，充分利用高頻的高帶寬和速率，低頻的覆蓋和可靠移動性，以及可獲取的 WiFi 資源，通過多連接（Multi- Connectivity）技術給用戶以最佳的覆蓋和網絡速率。在某些需要大帶寬或者高連續性的場景下，一個用戶需要同時并發多個連接，例如同時接入5G，LTE，WiFi 以獲得多個數據流聚合帶來的高帶寬；或者用戶在接入 5G高頻小站的場景中，

23、需要通過同時接入 LTE 來保持移動中的連續性。在 多 技 術 連 接 場 景 中， 以CloudRAN 為數據連接的錨點將會大大降低傳輸迂回。在傳統架構中，如果以 BTS 作為數據流的連接錨點，即 LTE，5G，WiFi 的數據都先匯聚到其中一種連接制式的非實時處理功能模塊中，再分別流向各接入點。在CloudRAN 架構中，根據場景的需求可以將不同制式接入點的非實時功能集中到MCE中， 即以MCE作為錨點，數據流直接通過 MCE 傳輸至各接入點，避免了傳輸迂回，可以減少 15%的傳輸投資以及 10ms 的時延。12Network Architecture-A High Level View

24、5G Network Architecture-A High Level View 5GMobile Cloud Engine（MCE）是 CloudRAN 的集中控制管理邏輯實體，包含了RAN 的非實時功能，WiFi 的 AC，以及下移的 GW，與業務相關的應用分發實體（APP）和 Cache。RAN 的非實時功能部分包含通用的控制面（cRRC），便于多連接和新技術的快速引入；集中資源管理模塊（cRRM），高效協同異構網下的資源；云化的集中SON功能 （cSON） 對網絡容量， 覆蓋， 和傳輸資源基于大區級優化， 并實施切片的管理。 B. 移動云引擎MCE 可以運行在專用平臺和 COTS 通

25、用平臺上，承載于Cloud OS 和 COTS 的云基礎設施之上，具備電信級容災能力，具備原生云架構的按需部署（On-Demand Deployment），靈 活 擴 容（Scale-in and Scale-Out）， 特 性 獨 立 升 級（Independent Feature Upgrade）等特點。13Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G原生云化新核心網架構現有網絡中網關集成了用戶面以及控制面的部分功能，在 5G 時代，眾多對時延要求較高的業務需要網關下移

26、到城域甚至是中心機房，也就是網關節點數量 20-30 倍的增加，如果保持現有的網關架構，則必然會由于網關業務配置的復雜性，顯著增加運營商網絡的 CAPEX 和 OPEX。同時如果控制面訂閱了位置、RAT 信息的時間上報，則會產生較多信令在站點、分布式網關、網絡控制面功能之間迂回。數量眾多的分布式網關，會對集中化的控制面網元帶來明顯的接口鏈路負擔和切換更新信令負荷。A. 用戶面 / 控制面分離簡化核心網絡因此需要對網關的控制面及用戶面進行分離，通過剝離網關復雜的控制邏輯，將控制邏輯功能集成到融合的控制面。不僅可以有效降低分布式部署帶來成本壓力，也同時化解信令路由迂回和接口負擔問題。此外，控制面

27、/ 用戶面分離還能夠支持轉發面和控制面獨立伸縮，進一步提升了網絡架構的彈性和靈活性，方便控制邏輯集中，更加容易定制網絡分片，服務多樣化行業應用；控制轉發演進解耦，避免控制面的演進帶來轉發面頻繁升級?？刂泼?/ 用戶面分離首先要做到功能輕量化，剝離復雜控制邏輯功能并集中到模塊化的控制面中；其次要對保留的核心基本轉發面功能進行建模，定義出通用轉發面模型和對象化的接口，以實現轉發面可編程，支持良好的擴展性?？刂泼媾c用戶面分離后，兩者之間的接口可以采用 GTP 增強型協議，控制面基于用戶接入類型、簽約信息等，決策出針對用戶的業務對象和原子動作的編排內容，經GTP 增強接口發送給轉發面，轉發面基于業務特

28、性向控制面發送事件通知等消息。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. 靈活的組件化網絡使能多業務需求在 5G 時代，移動網絡將會承載多種不同的業務，eMBB, uRLLC 以及 mMTC 中每一種主要場景對于網絡的控制功能要求都不相同，在現有的邏輯控制功能緊耦合的移動網絡中，無法做到為某一種特定

29、的業務類型定制控制功能組合，因此所有不同的業務將共用同一套邏輯控制功能，眾多控制功能間的緊耦合性以及復雜接口給業務的上線，網絡的運維帶來了極大的困難。靈活，可定制的組件化控制功能將是下一代移動網絡的必要特性。在面向業務的 5G 網絡架構中，可以將邏輯控制功能抽象成為獨立的網絡功能組件，這些獨立的網絡功能組件可以根據業務需求靈活的組合。網絡功能組件和其他組件在邏輯功能上解耦，并且網絡功能支持中立化接口，可以通過相同的接口消息向其它網絡功能調用者提供服務，將多個耦合接口轉變為單一接口從而減少了接口數量。網絡功能管理框架提供網絡功能的注冊，發現，監控等管理功能，其相互獨立的特性確保了在新增或升級網絡

30、功能的過程中現有的網絡服務不受影響。相比現有的緊耦合網絡控制功能，組件化的控制面架構通過網絡功能的靈活編排及即插即用大大簡化了新業務的拓展及上線，為 5G 網絡端到端切片的使能奠定了架構基礎。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. 統一數據庫管理為了能夠滿足功能虛擬化后的網絡可靠性需求，需要實現跨數據中心的用戶數據，策略數據等網絡數據狀態信息的快速故障恢復。傳統的基于 N+1 備份的容災機制依靠私有的信令交互實現狀態信息的同步，這導致了系統的復雜和低效，也不利于異廠家間產品的交互。CP NodesCP NodesUser DataPolicy dataBig Dat

32、aAnalyticsIP networkCP NodesData CenterData CenterMicro-DCSubscriber/policy DataContext/network DataDBDBDBDB在數據信息和控制邏輯分離的基礎上，網絡狀態信息可以集中在統一的數據庫中，任何網絡功能都可以通過標準接口與元數據模型進行訪問，并將相關的動態用戶數據信息保存至本地。同時得益于分布式數據庫的同步技術，網絡狀態信息能夠實現跨數據中心的實時備份。在服務管理框架的支持下，統一的數據庫簡化了組件化控制面功能獲取網絡信息的流程，減少了同步數據所需要的信令開銷。16Network Architec

33、ture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G自服務敏捷運維網絡架構演進的重要目標和驅動力之一是為了能夠通過移動網絡更好的承載多種不同的業務類型，而端到端的網絡切片則是實現這一目標的基礎使能技術，在 5G 時代，同一張網絡中將會同時存在若干個邏輯隔離的網絡切片，每一個網絡切片都將擁有特定的拓撲結構，網絡功能以及資源分配模型，如果向當前的網絡一樣采用人工配置的方式對網絡進行設計，部署，對運營商的運維系統將帶來極大的挑戰。5G 網絡將提供自服務的敏捷運營能力，能夠根據業務需求自動的生成，維護，終止網絡切片服務，

34、降低運營商的運營成本。第三方垂直行業可以在運營商的運營平臺輸入對移動網絡切片的需求，運營商根據網絡當前狀態分析客戶的需求是否可以滿足。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為生成網絡切片，在 Service Order 流程完成后，運營商將不同的業務需求映射為對網絡的需求，并選擇組件化的

36、網絡功能。再根據業務特性以及數據中心的部署情況確定邏輯網絡功能部署節點，并定義其連接關系，即軟件定義邏輯拓撲（SDT）。網絡切片的拓撲定義完成后，端到端的協議亦可被定義，即實現軟件定義協議（SDP）。同時根據業務要求，對邏輯拓撲中的邏輯連接分配網絡資源，即實現軟件定義的資源 分 配 (SDRA)。 SDT, SDP 以 及 SDRA 是 Service Oriented Network Auto Creation(SONAC) 的三個關鍵功能。18Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Leve

37、l View 5G結論：原生云化架構是 5G 創新的基礎現有網絡中，運營商逐漸采用SDN，NFV 技術實現了 ICT 網絡設備硬件的虛擬化，但在軟件架構、運營模式上，還是沿襲了傳統方式。5G 網絡需要在虛擬化的積累和成果上，進行進一步的革新，應用云化的理念，實現真正意義的網絡功能定制化，網絡部署按需化以及網絡運維自動化。 構建以數據中心為基礎的統一物理網絡，將硬件資源池化，包括部分接入網絡設備以及核心網絡設備，從而實現資源的最大共享，改變傳統的一個應用一個硬件的“煙囪”架構。并在統一的物理網絡基礎上通過端到端的切片技術為不同的業務提供邏輯隔離的虛擬專用切片網絡，使運營商能夠大大降低支撐專有業務

38、的網絡建設復雜度。以 Mobile Cloud Engine 為核心構建云化的接入網絡 CloudRAN，通過多技術連接匯聚不同制式，不同頻段，不同站點形態的接入能力，最大化網絡效率；通過網絡功能的靈活部署實現基于業務特點的定制化網絡。使運營商能夠從容迎接未來的多樣性和不確定性挑戰?；?CU 分離，組件化控制面，可編程用戶面以及統一數據庫的 5G 核心網，能夠簡化信令交互，使能網關的分布式與下移，并針對應用特點組合相應的網絡功能，支撐運營商構建靈活可定制的網絡切片。面向服務的網絡自創建（SONAC）功能通過軟件定義拓撲，軟件定義協議以及軟件定義資源分配實現 5G 網絡的全自動化，即所有的業務部署、資源調度以及故障處理均基于網絡數據的分析自動進行。19Network Architecture-A High Level View 5G Network Architecture-A High Level View 5G