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5G网络架构设计

发布时间:2019-10-11  阅读次数:19

5G网络架构设计包括系统设计和组网设计两 个方面。系统设计重点考虑逻辑功能实现以及不 同功能之间的信息交互过程,构建功能平面划分 更合理的统一的端到端网络逻辑架构。组网设计 聚焦设备平台和网络部署的实现方案,以充分发 挥基于SDN/NFV技术的新型基础设施环境在组 网灵活性和安全性方面的潜力。
1、5G系统设计:逻辑视图与功能视图
如下图所示,5G网络逻辑视图由3个功能平面 构成:接入平面,控制平面和转发平面。


接入平面引入多站点协作、多连接机制和 多制式融合技术,构建更灵活的接入网拓扑; 控制平面基于可重构的集中的网络控制功能,提供按需的接入、移动性和会话管理,支持精 细化资源管控和全面能力开放;转发平面具备 分布式的数据转发和处理功能,提供更动态的 锚点设置,以及更丰富的业务链处理能力。
在整体逻辑架构基础上,5G网络采用模块化 功能设计模式,并通过“功能组件”的组合,构建 满足不同应用场景需求的专用逻辑网络。5G网络以 控制功能为核心,以网络接入和转发功能为基础资 源,向上提供管理编排和网络开放的服务,形成三 层网络功能视图,如下图所示,其中:


管理编排层:由用户数据、管理编排和能力 开放三部分功能组成。用户数据功能存储用户签 约、业务策略和网络状态等信息。管理编排功能 基于网络功能虚拟化技术,实现网络功能的按需 编排和网络切片的按需创建。能力开放功能提供 对网络信息的统一收集和封装,并通过API开放 给第三方。
网络控制层:实现网络控制功能重构及模块 化。主要的功能模块包括:无线资源集中分配、 多接入统一管控、移动性管理、会话管理、安全 管理和流量疏导等。上述功能组件按管理编排层的指示,在网络控制层中进行组合,实现对资源 层的灵活调度。
网络资源层:包括接入侧功能和网络侧功 能。接入侧包括中心单元(CU)和分布单元 (DU)两级功能单元,CU主要提供接入侧的业 务汇聚功能;DU主要为终端提供数据接入点, 包含射频和部分信号处理功能。网络侧重点实现 数据转发、流量优化和内容服务等功能。基于分 布式锚点和灵活的转发路径设置,数据包被引导 至相应的处理节点,实现高效转发和丰富的数据 处理,如深度包检测,内容计费和流量压缩等。
2、5G组网设计:平台视图与组网视图
5G基础设施平台将更多的选择由基于通用 硬件架构的数据中心构成支持5G网络的高性能转 发要求和电信级的管理要求,并以网络切片为实 例,实现移动网络的定制化部署。
引入SDN/NFV技术(如下图所示),5G硬 件平台支持虚拟化资源的动态配置和高效调度, 在广域网层面,NFV编排器可实现跨数据中心的 功能部署和资源调度,SDN控制器负责不同层级 数据中心之间的广域互连。城域网以下可部署单 个数据中心,中心内部使用统一的NFVI基础设 施层,实现软硬件解耦,利用SDN控制器实现数 据中心内部的资源调度。


NFV/SDN技术在接入网平台的应用是业界 聚焦探索的重要方向。利用平台虚拟化技术,可 以在同一基站平台上同时承载多个不同类型的无线接入方案,并能完成接入网逻辑实体的实时动 态的功能迁移和资源伸缩。利用网络虚拟化技 术,可以实现RAN内部各功能实体动态无缝连 接,便于配置客户所需的接入网边缘业务模式。 另外,针对RAN侧加速器资源配置和虚拟化平台 间高速大带宽信息交互能力的特殊要求,虚拟化 管理与编排技术需要进行相应的扩展。
SDN/NFV技术融合将提升5G进一步组大 网的能力:NFV技术实现底层物理资源到虚拟 化资源的映射,构造虚拟机(VM),加载网 络逻辑功能(VNF);虚拟化系统实现对虚拟 化基础设施平台的统一管理和资源的动态重配 置;SDN技术则实现虚拟机间的逻辑连接,构 建承载信令和数据流的通路。最终实现接入网 和核心网功能单元动态连接,配置端到端的业 务链,实现灵活组网。
如下图所示,一般来说,5G组网功能元素可 分为四个层次:


中心级:以控制、管理和调度职能为核 心,例如虚拟化功能编排、广域数据中心互连和 BOSS系统等,可按需部署于全国节点,实现网 络总体的监控和维护。
汇聚级:主要包括控制面网络功能,例如移 动性管理、会话管理、用户数据和策略等。可按 需部署于省分一级网络。
区域级:主要功能包括数据面网关功能,重 点承载业务数据流,可部署于地市一级。移动边 缘计算功能、业务链功能和部分控制面网络功能 也可以下沉到这一级。
接入级:包含无线接入网的CU和DU功能, CU可部署在回传网络的接入层或者汇聚层;DU 部署在用户近端。CU和DU间通过增强的低时延 传输网络实现多点协作化功能,支持分离或一体 化站点的灵活组网。
借助于模块化的功能设计和高效的NFV/ SDN平台。在5G组网实现中,上述组网功能元素 部署位置无需与实际地理位置严格绑定,而是可 以根据每个运营商的网络规划、业务需求、流量 优化、用户体验和传输成本等因素综合考虑,对 不同层级的功能加以灵活整合,实现多数据中心 和跨地理区域的功能部署。