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5G网络架构的探讨
作者：阳旭艳 李海涛
来源：《无线互联科技》2016年第06期
摘 要：根据NGMN 5G白皮书对5G愿景的描述，文章从5G的设计原则、5G的组件、5G网络切片等方面分析了5G网络架构中涉及的关键问题。其中，对5G系统架构及网络组件进行了重点阐述，希望对今后5G网络的设计和部署起到引导作用。
关键词：5G网络架构；5G设计原则；5G无线接入技术；网络切片；NGMN
5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统。5G将满足人们超高流量密度，超高连接数密度，超高移动性的需求，能够为用户提供高清视频、虚拟现实、增强现实、云桌面、在线游戏等极致业务体验。5G将与其他无线移动通信技术密切结合，构成新一代无所不在的移动信息网络，满足未来10年移动互联网流量增加1000倍的发展需求。然而，并不是所有的应用都需要相同的网络性能，因此5G将放弃完全统一的网络设计，使用嵌入式的和可扩展式的设计方案，通过多种商业模式和合作模式为用户提供更加广泛的应用。利用虚拟化的可编程网络，运营商可以为网络设计模块化的功能，从而实现网络的按需部署。5G网络是一种多形态网络，它由新的增强型无线接入技术、可灵活部署的网络功能以及端到端的网络编排等功能来共同驱动。
1 网络挑战与技术发展趋势
移动通信产业生态的变化使未来移动通信不再仅仅追求更高速率、更大带宽、更强能力的空中接口技术，而是以用户为中心的智能弹性网络。未来，人们之间的通信速率可以在任何时间、任何地点达到1Gbit/s，峰值速率甚至能到达50 Gbit/s（下行）。此外，用户还能获得更高的移动数据容量（1000 倍）、更长的电池使用寿命、更低的功耗的设备（10倍以上）、更多的终端连接设备（100倍）、更低的时延（小于1ms）以及在500 km/h 高速行驶的火车上体验类似于静止的通信体验。5G 网络将是一个完整的无线通信系统，没有任何限制，因此，也有人将5G 网络称为真正的无线世界或者世界级无线网。
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5G蜂窝网络架构分析
作者：夏巍
来源：《电子技术与软件工程》2017年第24期
摘 要
面向5G的移动通信演进过程中，业务需求迅速增长，网络部署愈发异构密集。传统SON只关注短时间网络动态变化，从而进行网络自适应调整。5G中的SON 将更多地着眼于网络长时间动态变化所带来的低效问题，减少网络规划和配置的成本开销。本文着重探讨这一问题。
【关键词】5G 网络架构 SON
1 5G蜂窝网络架构的背景和意义
LTE-A由3GPP组织提出。该组织与MT-2000移动通信系统（UMTS）的标准化有关。
IMT-Advanced系统必须符合ITU的所有具体要求，如峰值频谱效率，用户场，延迟控制平面和切换中断时间。一些要求太复杂，无法在现实环境中进行评估，因此我们需要一种模拟方法来评估这些要求。这些要求包括信元频谱效率，用户信元频谱效率，移动性效率和IP语音（VoIP）功能。在3GPP组织成立之前，区域标准化机构描述了移动通信。这种操作模式不会影响调整工作的标准化，而且效率低下。为了更好地协调各个领域，每个国家都建立了一个3GPP组织来协调UMTS标准。 3GPP组织基本上是针对全球标准体系。3GPP开始，3GPP的主要任务是提出3G移动系统的全球规范。下半年，各种规格的3GPP负责维护，开发，审核。审查规范后，组织成员根据实际情况进入实际情况。5G移动通信系统，自2020年以来，新一代移动通信系统就是满足移动互联网发展的需要，旨在实现更高的频谱效率和能效。未来5G移动通信系统大大提高了网络环境，智能感知，自动调整和优化的网络运行灵活性。信息网络环境的未来很可能发生在各种类型的变化中。5G和LTE，用于LTE-A等系统都是重要的区别，5G网络成为更广泛的合作其他类型的无线技术，有必要考虑网络节点密度和类型上述所有5G系统设计都大幅度增加了一个重要指标。
5G网络架构分析
5G可以分三种应用场景：增强移动宽带（eMBB）、低时延高可靠网络（URLLC）、海量大连接（mMTC）。各场景在移动性、计费、安全、策略控制、延时、可靠性等方面有各不相同的要求，使得原有4G网络架构已经不能满足5G网络需求，5G网络架构采用革命性的网络架构。文章对5G网络架构进行了详细分析，为后期5G网络搭建提供一定基础。
标签：网络架构；网络切片；雾计算；SDN/NFV
1 5G需求对网络架构挑战
5G技术相较于4G技术具有更高的性能指标，涵盖从低速到高速（0.1～1Gbps）用户体验速率、高密度连接数（100万/km2）、移动性（500km/小时）、毫秒级数据时延及最高峰值速率达10Gbps。其中，用户体验速率、连接数密度和时延为5G最基本的三个性能指标。
在4G及其以前移动网络，网络主要服务于移动手机终端。在5G时代，移动网络需要服务于各种类型和需求的终端设备。5G可以分三种应用场景：增强移动宽带（eMBB）、低时延高可靠网络（URLLC）、海量大连接（mMTC）。他们都需要不同类型的网络，在移动性、安全性、用户策略控制、延时、可靠性等方面有各不相同的要求，这样使得5G网络架构相较于4G网络更复杂。
2 5G网络架构及单元介绍
2.1 5G网络架构介绍
在5G网络架构设计中，总体思路是接入网设备集中化、协作化，大规模部署C-RAN，在控制面信令处理方面可以极大减少信令交互时延，滿足未来移动通信对低时延高可靠性业务的需求。在业务层面，C-RAN结构可以实现网络中的负荷分担，缓解部分场景中存在的话务潮汐分布对网络资源的消耗实现网络资源的最大化利用，从而节省网络建设投资。
2016年11月中国移动研究院联合国内外部分设备上和芯片厂商发布了“迈向5G C-RAN：需求、架构与挑战”白皮书。其中写到，“面向5G，基于集中/分布单元CU/DU（Centralized Unit/Distributed Unit）的两级架构也已经被业界所认可，这一网络架构与无线云化的结合，构成了5G C-RAN的两个基本要素”。下图1所示为5G网络架构图。
5G网络接口
1、 NG接口
1.1、NG接口总叙
1.1.1、NG接口设计原则
NG-RAN架构由一组gNB和ng-eNB组成，这些gNB和ng-eNB通过NG接口连接到5GC，
NG是一个逻辑接口。
NG接口规范的一般原则如下：
- NG接口需要时一个开放的接口;
- NG接口支持NG-RAN和5GC之间的信令信息交换;
- 从逻辑角度来看，NG是NG-RAN节点和5GC节点之间的点对点接口。 即使在NG-RAN
和5GC之间没有物理直接连接的情况下，点对点逻辑接口也是可行的。
- NG接口支持控制平面和用户平面分离;
- NG接口分离无线网络层和传输网络层;
- NG接口是未来的证据，可以满足不同的新要求，支持新服务和新功能;
- NG接口与可能的NG-RAN部署变体分离;
- NG应用协议支持模块化过程设计，并使用允许优化编码/解码效率的语法。
1.1.2、NG接口功能
NG接口支持：
- 建立，维护和释放PDU会话的NG-RAN部分的程序;
- 执行RAT内切换和RAT间切换的过程;
- 用于用户特定信令管理的协议级别上的每个UE的分离;
- UE与AMF之间的NAS信令消息的传输;
- 分组数据流的资源预留机制。
1.2、NG用户面接口
NG用户平面接口（NG-U）是NG接入网和UPF之间的接口。 NG接口的用户面协议栈
如下图所示。传输网络层建立在IP传输上，GTP-U用于UDP / IP之上，以承载NG-RAN节点
和UPF之间的用户平面PDU。
NG用户面接口协议栈
NG用户面接口在NG-RAN节点和UPF之间提供无保证(UDP)的用户平面PDU传送
1.3、NG控制面接口
NG控制平面接口（NG-C）位于NG-RAN和AMF之间。 NG接口的控制平面协议栈如下
图所示。 传输网络层建立在IP传输之上。 为了可靠地传输信令消息，在IP之上添加SCTP。
应用层信令协议称为NGAP（NG应用协议）。 SCTP层提供有保证的应用层消息传递。 在传
