中国联通5G网络演进白皮书.pdf

中国联通 5G 网络演进 白皮书 中国联通 5G 网络演进 白皮书 中国联通 2016 年 9 月 中国联通 2016 年 9 月 I 目 录 1 引言引言.1 2 5G 网络发展驱动力及现网挑战网络发展驱动力及现网挑战.2 2.1 行业及市场发展需求行业及市场发展需求.2 2.1.1 业务发展驱动.2 2.1.2 技术发展驱动.3 2.1.3 市场竞争驱动.5 2.2 中国联通现网挑战分析中国联通现网挑战分析.7 2.2.1 网络架构挑战.7 2.2.2 传输承载挑战.7 2.2.3 无线接入挑战.9 3 中国联通中国联通 5G 网络演进趋势网络演进趋势.11 3.1 融合化网络融合化网络.11 3.1.1 固移融合.11 3.1.2 接入融合.12 3.2 灵活化网络灵活化网络.13 3.3 弹性化网络弹性化网络.14 3.4 智能化网络智能化网络.16 3.4.1 智能化 RAN.16 3.4.2 业务感知与优化.17 3.4.3 网络能力开放.18 4 中国联通中国联通 5G 网络演进规划网络演进规划.20 4.1 中国联通中国联通 5G 网络架构网络架构.20 4.2 中国联通中国联通 5G 网络网络 DC 部署规划部署规划.21 4.3 中国联通中国联通 5G 网络实施战略规划网络实施战略规划.21 5 总结和展望总结和展望.25 1 中国联通中国联通 5G 网络网络演进演进白皮书白皮书 1 引言 随着移动业务蓬勃发展、用户体验需求日益凸显，未来 5G 网络对网络建设和运营提出了新的要求：高速率、低时延、高可靠性的传输能力，超量用户的接入能力，具备融合性、灵活性、智能化、可扩展性和高效性的网络运营，以及轻量化低成本的建网和运营。5G 时代网络演进和技术革新将开启新的征程。2015 年被称作“5G 元年”。国内外通信标准化组织，以 ITU、3GPP、IMT-2020、CCSA 等为代表，主要围绕 5G 技术总体网络设计、网络架构、无线关键技术及器件展开研究。现阶段，主要讨论内容包括：推进需求（连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延高可靠），应用场景（增强的移动宽带（eMBB）、超大连接的机器类通信(mMTC)和超可靠低时延通信(URLLC)），关键技术（大规模天线阵列、超密集组网、新型多址、全频谱接入等无线关键技术，以及 SDN、NFV 等网络关键技术）以及技术路线（5G 新空口和 4G 演进两大路线）。本白皮书将探讨 5G 网络发展趋势，提出中国联通的 5G 网络愿景，给出分阶段网络部署规划。2 2 5G 网络发展驱动力及现网挑战 2.1 行业及市场发展需求 2.1.1 业务发展驱动 多样化多样化 业务需求差异大，需要网络针对不同业务提供专有的通信途径；业务需求变化快，需要网络针对不同的通信需求实现自动灵活的配置；业务需求个性化，需要网络运营能够更贴近用户，实现无缝对接，让用户能够直接向运营商网络表达个性需求，并且由网络实现这些自定义功能；适应未知业务，5G 网络应能够通过调整自身配置以适应新业务的部署需求，即网络需要具备前向兼容性。图 1 业务需求量 大容量大容量 2K 移动视频已逐渐成为移动终端的主流配置，高速率大带宽 4K、VR/AR等新业务业已不断涌现。宽带视频等业务对网络大容量提出了更高的要求。高速率通信，需要网络具有更高的频谱利用率和无线接入新技术的支撑；大带宽通信，需要网络采用高频段的宽裕频谱；关注单用户体验，需要网络能够针对单个用户进行高效的资源调度，且需兼顾通信公平性；热点区域通信，需要网络能够高密度组网，并且无线接入点之间能够高效协同工作。大连接大连接 3 当前通信市场人与人之间的连接，逐步向人与物、物与物之间的连接演进；连接数量将由亿级向千亿级跳跃式增长。咨询机构预测“2020 年 IoT总连接将达到 300 亿，市场空间达到 1.7 万亿美金”。大量用户连接要求，需要网络具有丰富的多址资源，以及相应的地址分配与调度能力。图 2 物联网连接数量增长预测图 低功耗低功耗 在运营商面向万物互联转型的时代，低功耗和低成本的业务是未来物联网的主要部分。据统计，物联网中 60%的数据价值将来自于 LPWA（低功率广覆盖）网络。低功耗设备要求，需要网络具有更高的能效，通信中尽可能降低终端的功耗。终端低功耗和低成本是 IoT 市场快速发展的源动力，特别是低功耗的目标对终端和核心网都提出了新的技术需求和挑战。终端的省电，主要体现在工作状态下省电和空闲状态下省电两方面。低时延低时延 未来自动驾驶、毫秒级工业控制及远程医疗等业务，要求网络具备端到端超低时延，是对网络架构的极大挑战。超低的端到端通信时延，需要网络支持本地化通信，以减少不必要的信令交互及数据回传所带来的时延开销；超低空口时延，需要网络具备高效无线资源调度及反馈能力，在低时延条件下确保通信的可靠性；超低传输时延，需要传输网络能够实现动态自适应的快速数据转发。2.1.2 技术发展驱动 4 信息通信技术（信息通信技术（ICT）融合发展）融合发展已已趋势趋势，云计算云计算/分布式技术逐步成熟分布式技术逐步成熟 在目前阶段，融合了新技术、新理念、新趋势的产业发展链条逐步服务于新涌现的业务需求。在云计算、大数据、社交化、移动化、物联网的驱动下，不仅催生出了新的解决方案和产品，也对现存的传统产业模式/产业链条发起了冲击。为了更好适应这一趋势，所有技术层面的演进都指向了一个聚焦点ICT 技术的融合重整。IT/CT 设备综合各自优势和应用场景，面对纷繁复杂的 IT/CT 业务需求，从设备和技术层面搭建了为各个业务分支提供服务的平台，并逐渐变得不可或缺。云计算作为一种 IT 技术，提供了便捷的、可随时访问计算资源共享池的模式，包括网络、服务器、存储、应用和服务，并且这些资源具备快速部署的能力，需要较少的交互和维护。根据 Gartner 技术成熟度曲线，一项 IT 技术的发展衰落轨迹大致可分为技术萌芽期、期望膨胀期、幻想破灭期、复苏期、平稳成熟期。如图 3 所示，云计算处产业链已逐步破除破灭期的瓶颈，迈向越发成熟的阶段。产业链日趋均衡，为数据的计算、存储提供了赖以支撑的基础。图 3 Gartner 技术成熟度曲线 由于客观环境条件制约，国外和国内的产业发展阶段有所差异，国内市场的总体量远小于国际水平。按照国际市场的发展趋势预计，国内市场将会迎来较高速的增长期，并且由于基数较小，2014-2017 年复合平均增长率（CAGR）有望达到 30%。对于基础电信运营商而言，具备得天独厚的优势向 IaaS（基础设施即服务）发展，通过集中化-分布式部署的 IDC 机房，提供满足自身运营的基础云设施需求，在此基础上获得按需自助服务、广泛的网络访问、资源池、快速弹性、可监控可测量，从而适应未来网络降低 CAPEX 和 OPEX 的要求。此外，云 5 平台具备的统一编排、可配置资源的优势，也为电信网络软件定义化提供了天然的承载平台。后期的大数据整合、分析，在云化平台上也有良好的应用前景。芯片处理能力、终端能力增强芯片处理能力、终端能力增强 随着智能终端的普及和用户需求的不断发掘，终端芯片和能力都有了飞速的发展。从 3GPP 的标准化历程来看，终端可以支持的频带数组合增多、物理层功能不断增强、支持的特性极速增长，当然也伴随着计算存储资源的叠加和更多的和网络互动能力。终端的发展主要有两个方向：芯片处理能力极强的高端终端和芯片能力化简的物联网类型终端。高性能处理器的应用使得复杂的基带运算成为可能，为未来的更高性能调制解调/编译码提供了硬件基础；而简化的物联网类型终端在面对大连接物联网场景下，提供了长寿命省电的解决方案，在面对低时延要求的物联网场景下，提供了专用性极强的芯片解决方案。终端能力的分化和发展，不仅适应了可预见的需求，同时也为未来网络应用场景做好技术储备。2.1.3 市场竞争驱动 传统电信运营商业务正在受到猛烈冲击，尤其是 OTT 企业对传统运营商的挤压非常明显，这些业务使得运营商原来的短信、话音、甚至包括国际电话业务都受到了很大挑战。比如腾讯微信、QQ 占用运营商信令资源非常大，原来的一些机制不太适合传统运营商的网络设计。同时运营商之间的竞争也趋于白热化。可以发现国内运营商为了应对移动互联网时代的到来及各方面的的挑战，都提出了相应的战略、策略和战术并加以执行。OTT 企业与运营商的竞争企业与运营商的竞争 移动互联网时代，OTT 企业必然是革电信运营商命的利器，四大盈利模式分别为内容、广告、电商 以及增值服务。OTT 企业目前已将电信运营商的主业“话音业务”不断打压，三大电信运营商的话音业务未来的空间有限，同时也打压了电信运营商数据业务中的主力军“SMS”和“MMS”(短信和彩信)，外国电信运营商的经验也是在 OTT 企业的打压下逐步放弃“话音业务”（免费），将精力放在流量业务上。因而移动互联网时代，对电信运营商形成最大挑战的是 OTT企业与电信运营商间的竞争。6 图 4 生态级、平台级互联网公司主导在线时长 运营商与运营商之间的竞争运营商与运营商之间的竞争 当期国内电信市场已经从激烈拼杀的人口红利竞争全面转向数据红利和信息红利的竞争。前期单纯依靠用户数增加无法满足运营商的持续增长收益，运营商陷入了增量不增收的怪圈。当前国内运营商推出更优惠的套餐，吸引用户流量增长，但流量单价持续降低，同样无法带来运营商的收益增长。2016 年运营商加快物联网发展，物联网已经成为 4G、宽带后运营商新的竞争焦点。中国移动通过产业合作力争在 2016 年发展 1 亿物联网连接。中国联通和 Jasper 于 2015年 8 月合作推出物联网管理平台后，2016 年 1 月平台用户接近 500 万，计划平台用户 2016 年将达到 20003000 万。中国电信希望物联网在未来 3-5 年成为规模可比肩传统移动业务的新市场，计划2016年销售1000万台以上的物联网终端。未来运营商除在传统语音、数据等领域基础上，在物联网领域竞争将日趋白热化。术业有专攻，电信运营商利用自身在管道中的运营优势、网络优势和能力优势，构建其它竞争对手不能模仿和不可复制的智能管道模式，不能不说是一种转型的选择。当然只做智能管道提供者模式有一个关键条件，那就是成为控制型的智能管道供应商，并且成为移动互联网行业发展必备的通道。控制型智能管道必须为移动互联网的业务流程提供精准服务(如计费和 CRM)、提供基础架构支持和高价连接功能，从而到达一方面让以专业打败其它电信运营商，另一方面力争让所有的 OTT 企业都把我们的智能管道当做最基础的运营平台。7 2.2 中国联通现网挑战分析 2.2.1 网络架构挑战 传统的移动网络所承载的业务是相对单一的，比如：2G 时代的语音和短信，3G 时代的 web 业务，4G 时代的各种智能终端 APP。因此传统网络架构在设计之初也只考虑到如何能够更好的承载单一业务，这也就导致了当现有移动网络中涌现出很多新业务的时候，增加任何新功能都需要在现有架构的基础上进行增强。例如：为支持 NB-IoT 业务需要升级基站，MME，GW 等功能，同时需要重新定义不同网元之间的接口，由此在现有网络架构上增加新业务的难度十分巨大。在 5G 时代，将会有更加多样化的业务需求，比如：eMBB 业务的峰值速率要求 10Gbps 以上，mMTC 业务要求百万的连接密度，uMTC 业务要求时延为ms 级别，eV2X 对用户的移动性提出了 500km/h 的高速要求。这种多样化的业务需求已经无法用传统一个架构适应所有需求的设计理念来实现，需要网络架构能够针对不同的业务需求进行灵活的适配。其次，传统核心网设备由于软硬件耦合度高，网元功能固化，开发耗时较长、代价大，且功能定制繁琐，无法满足新一代网络架构虚拟化，池组化的特点，而复杂固化的网络架构直接导致了复杂的业务上线流程，无疑也加剧业务部署的难度，拖延业务应用实施的时间，延长运营商的业务创新周期。如何通过全面云化的网络架构，承载灵活，模块化的网络功能，实现更为便捷的业务上线，也是5G 时代亟需解决的问题。最后，随着“API 经济”概念的提出，运营商实现网络即服务、开放网络能力是网络发展的重要趋势。由于计算资源、存储能力等客观条件的限制，以及未来随着 HTTPS 等加密技术的使用，通过传统的 3/4 层甚至更高的 7 层解析已无法实现对 OTT 业务流量的解析，需要运营商与第三方业务提供商进行深度合作；而且，传统网络体系相对封闭，网络能力难以抽象、封装和对外开放，不能充分利用运营商的网络资源优势，使得运营商成为了单一的管道提供商，投资回报率逐渐降低，业务模式和盈利模式单一，无法满足第三方业务提供商个性化的业务需求，也无法和第三方建立紧密的合作关系，难以满足未来网络业务创新和可持续发展的需要。2.2.2 传输承载挑战 移动网络和固网资源隔离，无法互联互通并实现资源共享和动态分配移动网络和固网资源隔离，无法互联互通并实现资源共享和动态分配 8 图 5 中国联通传送网络现状 目前由于业务需求的不同，运营商在城域通过建设多张网络来承载不同的业务。就联通而言，基于 UTN 的移动回传网络专门承载移动语音及数据业务，而IP 城域网用于承载家庭客户的互联网宽带以及互联网专线业务，如图 5 所示。目前 IP 城域网的网络负载潮汐效应明显，利用率最高时能够达到 70%-80%，业务质量不能保证，用户体验相对较差；而对于移动回传网络，为了保证移动语音及数据业务的高质量，却始终保持轻载。移动网络与固网的物理隔离，无法通过统一的调度和管控方式，实现两张网络的资源共享和动态分配，在一定程度上造成了资源的浪费。此外，就无线业务承载方式而言，无线接入业务采用基站接入到移动回传网络，而移动接入业务则采用室内室外 WiFi 热点接入到 IP 城域网，相同的业务诉求却需要通过完全隔离的网络资源来实现，因此很难保证相同的业务质量和体验。移动接入及核心网与移动回传网无信息交互，造成资源浪费移动接入及核心网与移动回传网无信息交互，造成资源浪费 目前的移动回传网络只是作为基站与移动核心网之间的传输管道，根据无线侧接入业务的带宽需求，提前规划移动回传网的网络容量，因此造成以下不足：回传网络提供硬管道，无法根据无线侧需求动态调整带宽。回传网络提供硬管道，无法根据无线侧需求动态调整带宽。移动回传网络不能根据用户接入数量以及基站接入需求对带宽进行动态调整，尤其部分区域的潮汐效应明显，使得回传网络的带宽能力与用户接入带宽需求之间形成裂谷，从而造成移动回传网络的网络资源浪费。跨域信息缺乏交互，无法根据无线业务类型提供端到端的服务质量保证。跨域信息缺乏交互，无法根据无线业务类型提供端到端的服务质量保证。目前移动回传网络能够提供丰富的 QoS 保证，但由于与无线厂家的 QoS 参数以及等级划分不一致，导致承载网的 QoS 始终未能开通，因此无法根据业务类型 9 为其提供相应的服务保证。面对 5G 更低时延、更高用户体验的指标要求以及多样化的业务需求，迫切需要能够根据不同的业务提供相应的网络能力，从而实现网络资源的充分利用，并保证业务质量，提高用户体验。2.2.3 无线接入挑战 未来的网络是一个多模，多频，多形态共存的复杂网络，干扰大，切换频繁，未来的网络是一个多模，多频，多形态共存的复杂网络，干扰大，切换频繁，网络信令负载重，用户体验不均匀，小区中心和小区边缘体验差异大网络信令负载重，用户体验不均匀，小区中心和小区边缘体验差异大 随着移动用户数的持续增长和新业务、新需求的不断出现，移动通信网络需要不断演进升级，即从 2G 到 3G，4G 直至现在的 5G。比较理想的状态是新的网络部署后，原有网络的用户可以逐步平滑迁移至新网络，这样原有的频谱资源可以重耕用于新网络，降低网络运营的复杂度（网络间的互操作，OAM 系统管理等），进一步提升频谱利用率和网络整体性能。然而，在网络实际部署中，低版本网络上的部分用户难以迁移，退网困难，运营商往往需要同时维护多张网络的运营。以联通现网为例，需要运营维护 900MHz 频段的 GSM，2.1GHz 频段的 WCDMA，1.8GHz 频段的 LTE FDD（1.8GHz）以及 2.6GHz 频段的 TD-LTE等 4 张网络。随着 5G 时代的到来，运营商部署的网络将成倍增长，例如 5G 新空口和基于 LTE 演进的 5G 网络，叠加 3.5GHz 频段和可能的 6GHz 以上频段。此外，联通的无线网络设备形态多样，从传统宏站，分布式基站到 Pico，Micro，Small Cell，relay 等多种形态并存，形成了多模、多频、多层的复杂网络。图 6 多模多频多层的混合网络 多模，多频，多小区，多形态的无线网络带来了如下挑战：干扰大干扰大：同频组网本身带来的小区间干扰问题；随着网络容量的倍增，要求站点分裂，小区半径将减小，干扰急剧增加 体验差体验差：多制式之间互操作频繁，严重影响用户业务体验；用户移动过程中，多小区造成切换频繁，不仅连续性体验差，网络信令负载也成倍增长 效率低效率低：频谱利用效率低，多制式对应的多频段频谱一般采用静态配置，10 很难根据业务的特征灵活动态共享频谱，导致频谱利用率下降；站点的增加带来小区干扰的增加，使得站点的使用效率低，100%增量的投资只能获得 5070%的容量收益 运维困难运维困难：网络拓扑复杂，配置和优化的工作量巨大，例如邻区配置不仅要考虑同频同制式邻区，还要考虑异频异制式邻区甚至同频同制式异形态邻区；每增加一种制式，运维的复杂度增加超过一倍，例如网络部署前需要精密的网络规划，考虑现存的多种制式网络；设备形态众多，设备配置管理和维护均非常复杂。11 3 中国联通 5G 网络演进趋势 3.1 融合化网络 3.1.1 固移融合 5G 时代，运营商需要一个统一运营、统一部署和统一操作的网络架构，RAN侧、承载网侧、核心网侧充分协同，有效利用网络资源，打破不同专业之间物理资源隔离的现状，改变跨域之间信息无交互的状态，从而实现运营商“云、管、端”全业务的控制与运营。因此，固移融合将成为 5G 网络发展的重要趋势之一，移动接入和固定接入的相似性将使得固网和移动网逐渐趋于融合的。移动基站的密度和带宽需求与固定接入网越来越接近，目标接入速率也逐渐趋同 移动和固定接入的站点设置趋同驱动，组网模式光纤化集中式，使得移动和固定接入网络在网络架构上趋于一致 移动和固定接入网络共享站址机房、光纤光缆管道资源等，各运营商网络规划中也明确提出综合业务接入点作为各类业务接入的综合节点 图 7 5G 城域网架构 移动和固定接入在带宽需求、网络架构、基础资源共享等方面的技术发展趋势逐渐趋同。因此，随着 5G 网络的演进，以统一超宽带连接为契机，打破固移网络壁垒，在综合接入网利用 xPON、WiFi 以及 3G/4G/5G 技术实现互相补充以 12 及业务的广覆盖，并采用同一张城域网实现全业务的 IP 化承载，利用 SDN/NFV技术对统一的物理网络进行切片，从而将多种业务有效耦合在统一的网络资源上，实现移动回传、大客户专线、固定宽带接入以及 DC 互联等业务的综合承载，实现基于 IP/TDM/以太网等多种传送协议的业务的统一承载。同时，利用 SDN 控制器实现对带宽资源的统一调度、业务的灵活配置、各层资源的实时监控、智能化跨层协作、端到端的 OAM 管理，从而最大程度降低成本、优化网络，实现网络资源有效共享。3.1.2 接入融合 对于现有的2/3/4G网络，升级的网络和低版本的网络间（如LTE和WCDMA）往往采用互操作的方式，即在一定的网络选择策略下，通过判定 UE 接收到的导频功率，选择 UE 接入和服务的网络。这种异制式间互操作的方法无法充分利用运营商已部署的网络资源，也限制了用户可以达到的体验速率。此外，从保护网络投资的角度，近两年我国才开始大规模部署 LTE 网络，在未来几年 LTE 网络仍会是运营商的主要承载接入网，仍会持续演进和扩容。因此，在 5G 时代，多接入制式的融合网络是非常重要的研究方向。接入网层面接入网层面 在无线接入侧，实现融合化网络的关键技术是考虑如何将 5G 和 4G 紧密融合，如 5G 和 4G 的紧耦合、双连接甚至载波聚合操作。接入融合一方面可以提升 5G 网络的覆盖和峰值速率等 KPI 指标，另一方面可以尽量减少网络间复杂的互操作流程。图 8 接入融合示意图接入网 双连接可以支持非理想的回传，适合不同接入技术异站址的场景，但对终端的接收机有要求；载波聚合在 MAC 层聚合用户数据，需要考虑不同接入技术协议 MAC 包的分组和处理，对站间同步和回传网络都有较高要求。无论采用双连接还是载波聚合操作，接入融合可以通过进行控制面和用户面的分离，进而实现 13 控制面的锚点选择，一般选择覆盖范围更大的制式作为控制面锚点，用户面数据可以由多制式承载，实现用户面的多制式融合。核心网层面核心网层面 接入融合不仅体现在接入网层面，也体现在核心网层面，从数据和控制信息的承载、无线资源分配管理到核心网的计费、鉴权，一体化做到真正的多网络融合。目前 EPC 可以满足 5G 的部分需求，例如可以支持 eMBB 业务和 mMTC 业务。EPC 现有的网元可以支持 5G 的早期部署，后续随着 5G 标准的不断完善和新业务的出现，引入 5G 专用的核心网，5G 新核心网和 EPC 进行紧密耦合（例如不同的网络切片由不同的核心网支持），并尽量减少无线接入网和核心网间不必要的接口。图 9 接入融合示意图核心网 3.2 灵活化网络 未来 5G 网络是以 SDN/NFV 技术实现的灵活软网络，结合云计算、大数据、网络能力开放技术，实现控制转发面的解耦以及具备按需组网能力，以适配多样化的业务需求。随着 5G 时代的到来，各种类型的终端、业务、OTT 合作模式将千差万别，未来网络基于用户、业务粒度的数据流量将存在很大差异，且与 OTT公司的后向合作需求很大，需要计算、存储、网络传输资源之间的灵活化调整和协同。如图 10 所示，灵活化网络需要做到对各 DC 资源的统一管理，通过虚拟化技术对网络功能模块进行快速建立，打造跨多级 DC 的网络切片。在 5G 网络中，网元概念将被弱化，取而代之的是虚拟机中运行的各种功能模块，这些功能模块从原有网元功能中剥离出来，进行优化、增强后，通过 NFV 技术来实现。功能EPCLTE5GCNS1eX2EPCLTE5GCNS1eX25G New CoreNew Interface 14 模块可以是自有能力或第三方 APP，模块划分粒度根据业务的需要自由定义（如以移动管理、会话管理、存储、鉴权等作为不同功能模块），不同用户可根据特定的需要调用不同的功能模块，形成不同的网络切片，实现个性化服务，典型的网络切片种类包括但不限于 eMBB、物联网、企业网、关键通信网络等。图 10 5G 灵活化软网络的切片能力 NFV 和 SDN 技术的使用使得未来 5G 移动网络的云化成为可能，多级数据中心的资源以资源池的方式供同一网络中的不同模块使用，形成按需的网络部署能力。同一网络中的不同功能模块利用虚拟化技术集中部署到各级数据中心，通过虚拟化层将硬件资源抽象为计算、存储和网络虚拟化资源，实现了底层物理资源归一化、可共享，上层网络功能在不同物理资源之间迁移的目标。利用 NFV技术在通用硬件平台上实现未来 5G 网络中的各种功能，并在各级数据中心进行部署，不再是传统网络部署在地理上的集中化，而是实现硬件资源高度可共享，达到真正意义的控制功能集中化。3.3 弹性化网络 弹性化的网络不仅是出于节省网络资源、降低网络建设投资成本的考虑，更是出于提高部署效率、提升用户体验的需要。5G 弹性化网络的发展趋势可以分为以下两个大的方面：从网络网络容量容量的角度来看，弹性化的要求是用户容量、数据容量的灵活伸缩，以提高网络部署效率、降低部署成本 从网络网络业务流业务流路径路径的角度来看，弹性化的要求在于多元化灵活可选的业 15 务流向，以合理利用网络资源，同时提升用户体验 面对传统网络设备固化、扩缩容不灵活的挑战，传统核心网关控制面与转发面分离，并能各自独立扩缩容成为弹性化 5G 网络的重要发展趋势之一。通过控制面与用户面的分离，运营商可根据实际业务需求，灵活选择控制面或用户面的部署与容量调整，大幅降低网络部署成本。如此便不再有紧耦合情况下控制面与用户面的“木桶效应”，即满足“短板”的要求一般会将造成设备投资的浪费。此外，运营商还可根据实际业务需求，在不影响现网用户的前提下，实现网络节点的新增、删除、更新等操作，大幅度提高网络部署效率。面对传统网络竖井化单一业务流向造成传输和核心网负担过重的挑战，多元化、多级的业务流向也是弹性化 5G 网络的必然选择。在 5G 网络中，控制面网关将专注于网络策略管理，包括安全认证、移动性管理、会话管理、计费管理等，采用统一的控制策略，保证灵活的流量调度和连接管理，实现对转发面的可编程控制。若将转发面网关部署在靠近本地接入网侧，可实现本地流量卸载，降低传输网压力，满足低时延业务的需求，提升用户体验。另外，本地化部署的转发面网关可与移动边缘计算（Mobile-Edge Computing，MEC）的功能实体共同部署，实现网络能力与运营商业务、第三方业务的有机结合。若将转发面网关部署在网络核心位置处，可支持用户漫游业务，并减少本地网络与归属地网络间的接口数，更能满足业务连续性的需求。但是，低层级业务部署在降低主干传输负担和核心网负担（相应的成本也会降低）的同时，也意味着更大数量的低层级服务器等设备的需求，会一定程度上抬高设备投资。弹性化的多级网络，可以使部署成本和用户体验的权衡更加灵活、更加合理，大幅提高资源利用率。图 11 5G 网络控制面与转发面分离示意图 如图 11 所示，通过 SDN 技术的使用，控制面和转发面将分离，控制面功能可按需集中和分级部署，同时，控制面通过 NFV 技术可实现 SDN 控制器，向下控制用户层的各转发节点，向上提供编程能力及大数据分析能力，由运营商或第 16 三方根据实际要求提供跨域的端到端数据传输保障。对于数据转发面，转发面网关 VGW-U 与 MEC 功能实体共同部署，在 VGW-C 的集中调度下，实现动态业务链（Service Chain）技术，即通过隧道封装的方式，实现数据流在不同应用间进行正确的路由，针对本地化、低时延和高带宽业务（如车联网、VR、4K 视频等）提供优化的服务运行环境，降低时延并节省传输资源。同时，可提供相应的计费服务、感知用户的移动，并且可以通过虚拟机迁移技术实现内嵌应用在不同位置间的迁移。3.4 智能化网络 5G 网络的智能化主要体现在智能化的 RAN，智能化的感知技术，以及网络能力开放功能的不断增强和演进。其中，智能化的 RAN 主要体现在以用户为中心的设计理念，是智能化网络的出发点，它将改变传统的以小区作为设计基础的理念，通过在 RAN 侧针对用户层面进行优化设计，实现无线侧以用户为中心的智能控制管理，资源配置和灵活部署；网络感知技术是运营商了解其网络信息和内容，实现网络智能化的前提和基础，网络感知能力制约着网络智能化的服务能力；网络能力开放是智能化网络的核心，是网络内部信息和外部需求的分析处理和管理中心，也是联通网络内部能力信息和外部需求的纽带，通过将通信网络中蕴含的价值与外部需求相结合，可以最大化网络的服务能力，实现网络的服务能力向精细化、智能化演进。3.4.1 智能化 RAN 在服务用户这一理念的驱动下，结合无线侧的智能管理，提出控制面适度上移、用户面部分下沉、多节点有效服务用户这一主线，将智能化理念贯彻到无线接入层面，以用户为收敛目标构建整个网络，从而满足5G网络高效的设计目标。智能化控制面设计智能化控制面设计 在密集组网的前提下，如果按照 LTE 系统的基本机制，高移动性带来的频繁切换问题难以克服。5G 网络的智能化控制面主要考虑以单个用户作为设计锚点，尽量弱化单一小区级的概念，而将控制面功能适度上移，在 5G 基本架构的中央单元（Central Unit）中集成部分控制面功能，适度屏蔽频繁切换带来的信令负荷。即从小区为中心的设计理念，转向以用户为中心的智能控制管理，从控制面做到网随终端、网络服务终端，从而达到降低功耗和提升用户感知的目的。智能化资源配置智能化资源配置 17 传统 LTE 网络物理小区-用户的映射束缚了资源分配的范围，5G 网络需尝试从系统设计层面弱化小区级别的参数，通过采用用户级别的设置，使得多个物理节点可以灵活服务同一个用户，从而更充分利用空口资源。RAN 空口协议的设计和划分，不仅需要考虑灵活性，更要兼顾可用性，保证用户资源的实时调配，创造以用户为中心的实际感知效果。灵活部署方式灵活部署方式 集中-分布式架构将在5G网络中进一步广泛应用。CU和DU（Distributed Unit）的分离部署，大大提升了网络的适配性，可以在面对不同的部署场景、回传条件时，采取不同的部署策略。这同时也为控制面功能上移提供架构层面的合理性。同时，DU 可以根据需要灵活承担部分的调度功能和用户面的部分功能，这也为灵活组网带来更多的可能性。3.4.2 业务感知与优化 在现有协议栈中，基站对于应用层信息不可知（无法根据上层信息有效调度无线资源），且应用层对基站信息亦不可知（应用层无法根据下层无线信息做适配）。面对这种传统的“哑管道”网络管控能力不足，资费模式单一的挑战，需要通过内容感知技术来加强网络对业务内容的理解。通过 5G 智能化网络的内容感知能力，可以从技术和商业模式上实现对业务和用户的差异化服务，增加网络的业务黏性和用户黏性。业务感知按感知节点的位置，主要可以分为 CN 侧感知和 RAN 侧感知两种方式。CN 侧感知，设备能力较强，可承担对计算、存储等能力要求较高的 DPI和 HTTPS 加密数据提取等任务。此外，由于核心网具有全局数据视角，还可提供全网用户和设备的业务级大数据分析能力。与 CN 侧感知相比，RAN 侧的业务感知更加分布化，可以让服务更靠近用户，服务时延更低。另外，由于 RAN侧还拥有无线信息和无线资源管控能力，能够以无线资源的粒度提升业务级 QoS。图 12 基于 MEC 智能业务感知的协议栈 PDCPRLC空口MAC空口PHYUERLC空口MACeNodeBUDP/TCPIPL1、L2L1、L2内容服务器(D)GW-UGTP-UUDP/TCPIPL1、L2IP空口PHYTCPDASH/HTTPL1、L2IPTCPDASH/HTTPPDCPGTP-UIPIT域移动网域 18 图 12 为基于 MEC 内容服务器的 RAN 侧内容感知方案。MEC 具备对 GTP-U数据流的解析能力，以实现 GTP 分组的封装及解封装操作。在上行数据方向，MEC 对来自基站的 GTP 分组进行解封装，以获取相应的 IP 业务数据包，并根据规则将其转发至本地内容服务器。在下行数据方向，MEC 将来自本地内容服务器的 IP 数据包封装至正确的 GTP 隧道，以便移动终端能够通过基站进行接收。MEC 为上下层信息的跨层交互提供了接口，且为大量 SPI/DPI、报头增强以及优化算法提供了基于 X86 通用服务器的计算能力。3.4.3 网络能力开放 5G 网络能力开放将具有更加丰富的内涵，除了 4G 网络定义的网络内部信息、QOS 控制、网络监控能力、网络基础服务能力等方面能力的对外开放外，网络虚拟化、SDN 技术、以及大数据分析能力的引入，也为 5G 网络提供了更为丰富的可以开放的网络能力，比如：网络切片的编排管理能力等。基于 5G 网络能力开放场景，中国联通提出了 5G 网络能力开放三域架构的愿景图，包含业务域，平台域和网络域，如图 13 所示。图 13 网络能力开放三域架构愿景图 其中，平台域是实现网络能力开放的大脑和核心，是连接网络内部能力和外部需求的纽带，也是真正实现网络智能化的关键。平台域需要具备第三方业务的签约管理，对业务域的 API 开放和计费功能，以及对网络域的能力编排和能力调度功能。构建具有良好的互通能力，管理能力和开放能力的平台域是 5G 网络终端用户第三方业务提供商运营商自营业务BSS/OSSMANO网络切片网络切片网络切片服务编排网络调度API管理和开放业务域平台域网络域虚拟运营商计费能力签约管理大数据分析平台MEC 19 能力开放的重要研究内容。网络域包含了运营商的 BSS/OSS、MANO、网络切片和网元实体、MEC、大数据分析平台等网络要素实体。其中，BSS/OSS 和 MANO 能力的结合实现对网络切片的统一编排管理，以及对平台域的能力开放。网元实体实现具体的网络控制能力，监控能力，网络信息，以及网络基本服务能力的开放。大数据分析平台实现对网络基础数据的大数据分析，并将分析结果上报给平台域进行对外开放。业务域包含了所有可以和网络有交互能力的个人和企业，可以是第三方业务提供商、虚拟运营商、终端用户，或是运营商的自营业务等。业务域既可以向平台域输入网络能力的需求信息，并接受平台域提供的网络能力，也可以向平台域提供网络域需求的能力信息，实现反向的能力开放。20 4 中国联通 5G 网络演进规划 4.1 中国联通 5G 网络架构 中国联通提出的 5G 智能化云协同网络将是构建在 NFV 和 SDN 技术之上的满足万物互联、超低时延、超高速率、灵活可靠等特性的网络，全面体现了网络全面体现了网络融合化、灵活化、弹性化、智能化的新阶段要求融合化、灵活化、弹性化、智能化的新阶段要求，全力拥抱 ICT 技术发展趋势和应用迸发浪潮。如图 14 所示，愿景中的 5G 网络具备虚拟化、组件化、可编排等功能，各种不同的业务场景由不同的网络切片来负责，接入网、传输网和核心网之间进行跨域管理和编排，实现从专用的电信网络到通用网络平台的转变。具体来说，中国联通 5G 智能化云协同网络由“基础设施平台层”和“业务使能及应用层”组成。其中，“基础设施平台层”包括：物理资源域物理资源域：由通用的计算、存储和网络硬件等构成，所有硬件的物理资源都可以通过虚拟化的方式分配使用；虚拟资源域虚拟资源域：物理资源域通过虚拟化形成虚拟资源域供上层使用，即上层应用不必关心底层硬件，直接按照性能指标需求来调用这些资源。另外，“业务使能及应用层”的主要功能是通过模块化设计，多个组件构成VNF，多个 VNF 进行灵活编排组合，生成不同的网络切片供用户选择。图 14 中国联通 5G 云网络架构愿景图 21 4.2 中国联通 5G 网络 DC 部署规划 中国联通的 5G 网络将是以 DC 为中心的网络，结合 DC 的部署规划，提出中国联通 5G 网络部署图如图 15 所示。考虑到未来 5G 业务的多样性，5G 网络的部署也将呈现分层的形态，并且通过 OSS/BSS、SDNO、NFVO、DCO 实现跨层协同管控，具体规划如下：核心层核心层 DC：以控制、管理和调度为核心，也包括全国性业务和用户数据存储等功能，可按需部署于全国节点。汇聚层汇聚层 DC：主要包括控制面 VGW-C 功能，例如移动性管理、会话管理、用户数据和策略等，可按需部署省级节点。边缘层边缘层 DC：主要包括数据面功能，例如 MEC、GW-U、CDN，重点承载业务数据流，也包括部分控制面网络功能，可按需部署在地市节点。接入接入层层 CU：位于 RAN 侧，靠近用户，包括无线资源调度与管理、通过本地 MEC、本地 VGW-U、本地 CDN 等承载本地业务数据流，可按需部署在本地节点。图 15 中国联通 5G 网络 DC 部署规划 4.3 中国联通 5G 网络实施战略规划 5G 网络承载的业务将空前的丰富，而且，NFV 和 SDN 技术的发展也是逐步成熟的过程，同时，联通网络的自动化运维管理能力也需要进一步的提升，因此，5G 网络的建设不是一蹴而就的简单工程，需要充分考虑网络现有的运维管理能力，实现 5G 网络与现有网络的融合互通和逐步演进。中国联通基于自身网 22 络特点和发展愿景，提出 5G 网络发展规划的分步实施战略如下：阶段一阶段一：5G 网络的探索期网络的探索期 在该阶段，中国联通将以增强的