5G网络需求及架构分析研究

赵冬婷,张迪

中国移动通信集团吉林有限公司长春分公司 吉林长春 130000

摘要：随着移动5G网络的成熟发展，5G网络全新的能力支撑丰富的多样化应用，垂直行业的深度参与是关键因素。利用5G加速产业发展，本质上是释放移动管道能力不足带来的产业滞后。有了5G网络这个全新能力的“管道”，运营商下一步就需要寻找可以改进的应用领域。5G网络建设需要因地制宜，充分利用好5G网络的弹性与细分功能切片，充分发挥无线覆盖的特点进行针对性场景部署，这与之前4G、3G以及2G面向普遍服务的建设思路有很大差别。

关键词：5G；网络架构；RAN

引言

我国已经进入了5G时代，网络越来越贴近人们的日生活和工作，而在这个过程中，5G网络发挥了巨大的作用，其对传输网产生了很大的影响。5G移动网络和最初的2G、3G，以及后来广泛使用4G移动网络本质上是一样的，都是数字蜂窝网络。不同的是5G具有多样化的应用优势，主要体现在传输速率和低延迟两个方面。5G网络的传输速率最高可以达到10Gbit/s，网络延迟则不超过10ms。与之相比，4G网络的延迟在30-70ms。所以5G可以给人们提供更好的网络服务，而5G网络对传输网的影响也逐渐成为当代社会关注和研究的重点话题。

1、5G承载关键需求

5G时代，自动驾驶、8K、VR带来的浸入式视频体验、触觉网络等科幻故事中才看得到的创新业务逐渐成为可能。5G业务对带宽、时延等方面提出更高诉求。数据显示，到2021年，移动数据流量将增长8~9倍，5G基站的带宽需求均值达到3Gbit/s左右，峰值达到5Gbit/s左右。3GPPTS22.886定义的车联网（V2X）业务中，最严苛场景端到端时延要求满足3ms。在时间同步方面，3GPPTS38.133已确定5G基础业务时间同步精度为±1.5μs，与4G保持一致；同时，5G的多样化业务承载需求，让网络分片成为5G基础架构。

2、5G网络需求及架构分析研究 

2.1SDN架构

SDN架构中，网络管理员能够在控制台中对流量进行调整，不用直接接触交换机。服务器连接设备的方式不会对网络服务造成影响，集中式类型的SDN控制器能够对交换机下达指示，任何需要网络服务的地方都能够获得相应服务。比较具有典型性的SDN架构主要包含三层架构，第一层为应用层，第二层为控制层，第三层为基础设施层。应用层中囊括了各项电信网络应用以及其网络功能，控制层代表着集中类型的控制器软件。此类控制器通常长期驻留于服务器，对整个5G网络中运行的策略与产生的流量进行管理。基础设施层由物理交换机构建而成。其作为网络硬件具有将SDN数据路径实现并完成实际流量转发的功能。

2.2智慧交通和辅助驾驶

智慧交通网络系统涉及多个与互联网通信技术相关的领域，旨在提升旅行的安全性、降低对环境的危害以及改进交通运输管理，从而提高社会公众的生活质量。路边的基础设施等都需与交通控制中心实现无线联网，以达到交通管理与控制的目的。路边的基础设施及交通控制枢纽中心之间需要采取低时延、高可靠及超小容量的方式联网，通过将5G基站沿城市街道和高速公路每1～2m部署至路边，可以满足智慧交通系统的建设需求。

2.3网络切片

随着云计算、软件定义网络、网络功能虚拟化等新技术以及网络构建新思路的出现，基于一个物理网络构建不同逻辑网络的思想应运而生，这种逻辑网络被称为网络切片。5G网络物理基础设施根据场景需求，可以虚拟化为一系列包括无线网、核心网、承载网逻辑相互独立的切片。每个网络切片可以根据业务需要进行网络功能的个性化定制，实现同一张5G物理网络为对网络性能要求不同的行业用户，提供差异化服务，进而实现避免用户建设专网的成本同时，运营商达到业务增收的目的。

2.45G核心网下沉

根据网络发展及业务需求，5G核心网伴随业务需求的变化将会慢慢被弱化，5G网络中的各种多功能将以更加扁平化方式实现，而且还会把更多5G网络上的不同功能下沉到基站侧，其中，包括媒体业务的分发，也包含对信令流程的重新规划设计等。核心网下沉需要满足某些特殊业务需求，由于业务对带宽和时延的要求不同，云业务处理将逐步采用分布式部署，比如工业物联网和车联网所应用的超低时延业务及增强现实的AR/VR业务等。弱化5G核心网的主要目的是要简化5G网络的整个系统流程设计，简化信令流程、降低时延，增加5G网络组网方式，特别是用户层面或控制层面的单独独立部署会大大提高5G网络的处理能力。

2.5网络分片技术

网络分片从功能上可以分为管理控制层和转发层。管理控制层主要负责分片全生命周期管理，通过自动化实现各平面管理，同时具备开放能力，允许第三方对接，实现功能扩展；转发层需要具备绝对物理隔离的能力，保证资源独占，同时分片粒度灵活。FlexE技术实现基于时隙物理隔离的端到端网络分片。FlexE可以基于时隙调度将一个物理以太网端口划分为多个以太网弹性硬管道，实现同一分片内业务统计复用，分片之间业务互不影响。FlexE接口相当于一个独立的MAC，有独立MAC地址，与普通物理端口特征相同。在流量管理（TM）模块有一一对应的TM端口，可以基于TM端口划分带宽、缓存资源，保证不同分片之间的转发资源隔离。FlexE切分粒度非常灵活，最小粒度可以到GE，一个端口可以切分成多个大小不等的分片，分别满足不同业务类型需求，如eMBB、uRLLC、B2B业务等。

2.6重视差异化

传输网的功能会根据场景的变化存在一定的差异，5G无线网络架构自然也需要根据使用场景的变化进行功能上的变化。所以，在实际建设的过程中，应该以特定场景中的应用为建设目标，对该网络架构在传输网建设上可以发挥的功能作用进行深度的挖掘，使其与实际建设的需求更加贴合。从传输网的角度来看，5G通常会在大带宽、高容量的场景中应用，包括AR、VR等应用场景，要满足全息图像的构建需求。其也会在对时延和稳定性要求较高的场景中应用，如自动驾驶等等。在驾驶的过程中，行驶速度比较快，网络时延和稳定性较好的情况下才能保障自动驾驶的安全稳定。其在低功耗、大连接的场景中也可以广泛应用，主要包括物联网等应用场景。不仅如此，5G技术在传输网建设的过程中具有更加完善的基础，可以满足多种场景要求，并根据场景的不同进行针对性的投入，使传输网具有差异化的特点，可以满足各种服务需求。具体来说，在大带宽、高容量的场景中，主设备、外围设备两种设备的投入比较高，其他投入也比较高；在低延时、高可靠的场景中，主设备和其他投入处于中等，外围设备投入比较低；在低功耗、大连接的场景中，主设备和其他投入比较低，外围设备的投入处于中等。

结语

5G网络代表着新旧技术的更迭，在不久的将来，其将成为承载海量数字信息的平台，虽然当前的网络架构难以满足5G承载网在网络带宽、超低时延、网络切片、时针同步、灵活性能以及智能管控上的诸多需求，需要通过CRAN技术、大带宽技术、超低时延技术、网络切片技术以及时针同步技术等关键技术配置合理的网络资源。

参考文献

[1]张继云,符积磊,徐成军.5G承载网与综合业务区融合建设研究[J].数字通信世界,2020(05):149-150.

[2]马亚燕.5G承载网络切片实现方法及应用[J].江苏通信,2021,37(04):9-12+17.