5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

韓璐

【摘要】5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已經(jīng)成為我國較為先進(jìn)的移動(dòng)通信技術(shù)，2019年11月1日三大運(yùn)營商的5G商用套餐正式上線，標(biāo)志著我國正式進(jìn)入了5G網(wǎng)絡(luò)商用時(shí)代。近兩年5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展迅速，在各行業(yè)領(lǐng)域中都顯示出重要的應(yīng)用價(jià)值，而5G無線網(wǎng)絡(luò)更是覆蓋當(dāng)前眾多場景當(dāng)中，越來越高的頻段要求以及業(yè)務(wù)需求導(dǎo)致5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，基站數(shù)量和部署密度更是逐年增加，在這種情況下，必須要加強(qiáng)5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展的研究，以便可以為5G無線網(wǎng)絡(luò)的提供技術(shù)支撐?；诖?，本文就5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展進(jìn)行了分析。

【關(guān)鍵詞】5G;無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu);標(biāo)準(zhǔn)化

中圖分類號(hào)：TN929? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.011.006

3G、4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展時(shí)國際上都制定了相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，從而使其發(fā)展方向也有著較為嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)要求，近幾年隨著5G的發(fā)展以及商用價(jià)值的不斷提高，其標(biāo)準(zhǔn)化要求也越來越高，再加上當(dāng)前5G無線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋場景越來越來越多，因此必須推動(dòng)5G無線網(wǎng)路架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展，從而有效推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)不斷走向成熟。

1. 5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

國際上多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化組織如ITU、NGMN聯(lián)盟等都已經(jīng)開始進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)及其架構(gòu)的研究工作。其中3GPP作為移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)最主要的制定方，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)將是其國際組織的重點(diǎn)工作，GPP的5G新無線接入技術(shù)（NR）架構(gòu)如下圖1所示。從圖中可看出，gNB基站為終端提供NG的用戶面（UP）和控制面（CP），eLTEeNB（升級(jí)后的LTE基站）為終端提供E-UTRA的用戶面和控制面，在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范里會(huì)同時(shí)提供NR和E-UTRA的用戶面和控制面。gNB之間、eLTEeNB之間、NR與eLTEeNB之間通過Xn接口互連。基站與核心側(cè)網(wǎng)關(guān)（NG-CP/UPGW）通過NG接口實(shí)現(xiàn)多對(duì)多連接。

5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有以下特點(diǎn)，一是高度的智能性，其實(shí)現(xiàn)了承載和控制相分離，并且支持用戶面和控制面獨(dú)立擴(kuò)展和演進(jìn)，在集中控制的基礎(chǔ)上還可以按照多種場景的實(shí)際特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)智能化的管理;二是網(wǎng)元和架構(gòu)配置的靈活性，物理節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)絡(luò)功能解耦，物理網(wǎng)元配置則可靈活采取多種手段，因而可以按照根據(jù)應(yīng)用場景的實(shí)際情況進(jìn)行靈活配置;三是建設(shè)和運(yùn)維成本的高效性，就目前來看，5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和運(yùn)維成本的數(shù)目較高，要想實(shí)現(xiàn)商用創(chuàng)造更大的價(jià)值，還需要在5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)的設(shè)計(jì)中關(guān)注建設(shè)和運(yùn)維成本。

2. 5G網(wǎng)絡(luò)概要級(jí)框架

2.1 5G需求與網(wǎng)絡(luò)功能映射

2.1.1 指標(biāo)方面

在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，業(yè)務(wù)速率會(huì)隨著用戶移動(dòng)和覆蓋變化而不斷的改變，導(dǎo)致其無法給用戶提供一個(gè)較為未定的體驗(yàn)速率，因此需要改變傳統(tǒng)的“終端一基站”一對(duì)一傳輸機(jī)制，主要就是引入聯(lián)合多站點(diǎn)協(xié)同來平滑和保證速率。毫秒級(jí)時(shí)延也是5G技術(shù)發(fā)展的重要需要，目前在光傳輸速率的限制下，網(wǎng)內(nèi)傳輸時(shí)延大多是百毫秒量級(jí)，因此需要將網(wǎng)關(guān)和業(yè)務(wù)服務(wù)器下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，并引人更高效的切換機(jī)制;除此以外，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(huì)造成更大的擁塞和過載風(fēng)險(xiǎn)，這要求5G網(wǎng)絡(luò)控制功能更靈活，流量分布更均衡。

2.1.2 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。因此，在5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中還需要引入互聯(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(tái)，提高其運(yùn)營能效，促進(jìn)其標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展的加快。

2.2 5G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(jì)，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(gè)功能平面，一是接入平面，該平面中主要包括了各種類型的基站和無線接入設(shè)備，其中綜合的站間拓?fù)錁?gòu)建主要是通過增強(qiáng)的異構(gòu)基站間交互機(jī)制來實(shí)現(xiàn)，站間實(shí)時(shí)的信息交互與資源共享則是能夠?qū)崿F(xiàn)有效的協(xié)同控制，然后以此來使用不同場景下的業(yè)務(wù)需求;

二是控制平面，該平面主要是為5G新空口和傳統(tǒng)空口提供統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)接口，在實(shí)際應(yīng)用中海會(huì)按照不同業(yè)務(wù)場景的不同特點(diǎn)來定制專屬的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，以此還能夠?qū)崿F(xiàn)精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)資源管控和能力開放;

三是數(shù)據(jù)平面，在控制平面的統(tǒng)一調(diào)度下，數(shù)據(jù)平面的核心網(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，最終完成了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的邊緣處理以及流轉(zhuǎn)發(fā)等等。

3. 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的部署狀態(tài)

3.1 SA/NSA標(biāo)準(zhǔn)

3GPP對(duì)SA/NSA等不同類型的架構(gòu)也有著不同的要求，以O(shè)ption3/3a/3x為例，其屬于非獨(dú)立組網(wǎng)方案，即EN-DC，這時(shí)候需要將LTE基站看做是控制面并將其接入到EPC網(wǎng)絡(luò)中，這時(shí)候需要將NR看作一個(gè)全新的在載波，用戶通過gNB就可以開始發(fā)送。其在實(shí)際應(yīng)用中還需要確?；局g傳輸寬帶必須要滿足LTE的峰值流量。連接5G核心網(wǎng)的NSA網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如下圖2所示。

3.2 CU/DU分離標(biāo)準(zhǔn)

5G的gNB在當(dāng)前標(biāo)準(zhǔn)中也支持CU/DU兩種部署方案，就CU/DU結(jié)構(gòu)來貨，其中CU中包含了5G中的上層功能，DU中則是涵蓋了底層的協(xié)議棧位，在此基礎(chǔ)上還需要綜合考慮多個(gè)方面的內(nèi)容進(jìn)行相應(yīng)的研究。在高層劃分上，CU主要是控制無線資源，然后在去DU中完成多媒體接入和物理層功能，其所具備的傳輸效果更加的穩(wěn)定，即使出現(xiàn)傳輸錯(cuò)誤的情況也看可以重新進(jìn)行修復(fù)工作，確?？刂泼姘蹇梢园l(fā)出正確的指令。

4. 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展

4.1 ITU

ITU最開始是在2012年的時(shí)候首次提出的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)展研究，并于2015年開展了相關(guān)的技術(shù)性研究。在其研究期間還提出了5G網(wǎng)絡(luò)的未來需求，并以此為依據(jù)制定了相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)模板，然后開始向全世界征集5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的技術(shù)方案，該活動(dòng)一直持續(xù)到2017年，之后還正式啟動(dòng)了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)選拔技術(shù)的方案。

4.2 IEEE

IEEE是國際標(biāo)準(zhǔn)的4G網(wǎng)絡(luò)的研究機(jī)構(gòu)，自5G網(wǎng)絡(luò)研發(fā)之初，該組織也開始結(jié)合自身的實(shí)際進(jìn)行了無線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域的5G網(wǎng)絡(luò)研究，并通過專業(yè)化的制定標(biāo)準(zhǔn)為5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化發(fā)展制定了科學(xué)的方法，由此開始了信道建模、前傳接口以及無線核心網(wǎng)、無線網(wǎng)等領(lǐng)域的研究，從而為5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化研究奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4.3 3GPP

3GPP從2015年就開始正式加入5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架標(biāo)準(zhǔn)化研究工作中（如下圖3所示），目前其對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化研究主要有三個(gè)版本，一是R14版本，其主要針對(duì)的是5G網(wǎng)絡(luò)的總體框架以及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用;二是R15版本，其主要是在滿足用戶需求的基礎(chǔ)上制定5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn);三是R16版本，其主要是針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)行相應(yīng)的規(guī)范。

除此之外，3GPP的SA2針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究工作企業(yè)的了一些成果，其也對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)在未來發(fā)展的前景進(jìn)行了規(guī)劃一是實(shí)現(xiàn)數(shù)量數(shù)據(jù)流量的處理，解決設(shè)備快速增長的問題;二是融入一些先進(jìn)技術(shù)，進(jìn)一步降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營成本，提高網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)轉(zhuǎn)效率與運(yùn)轉(zhuǎn)質(zhì)量。

5. 結(jié)語

綜上所述，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的普及，其覆蓋場景也越來越多，加強(qiáng)對(duì)5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化研究也受到該行業(yè)專家學(xué)者的重視，同時(shí)其所具有的高效率、低延時(shí)和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)能夠有效推動(dòng)移動(dòng)通信的進(jìn)一步發(fā)展，為無線網(wǎng)絡(luò)開辟了新的發(fā)展契機(jī)，因此必須要重視起5G無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)化研究，從而推動(dòng)現(xiàn)代移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的高水平發(fā)展。

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