5G时代核心网网络需求及架构探讨

　　随着无线移动通信系统带宽和能力的增加，面向个人和行业的移动应用快速发展，社会信息化不断加速，信息通信将成为维持整个社会生态系统正常运转的大动脉。无线移动通信以其使用的广泛性和接入的便利性，将不再局限于人与人之间的沟通，在未来信息通信系统中承担越来越重要的角色，其应用也将扩展到人类社会的各个方面。而随着移动通信产业生态的变化，未来移动通信将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，而是面向全业务应用和以用户为中心的智能弹性网络。作为面向2020年以后人类信息社会需求的无线移动通信系统，5G移动宽带系统将是一个全业务多技术融合的网络，通过ICT技术的演进和创新，来满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要，满足以用户为中心的网络需求。

新网络，新需求

　　从整个产业发展趋势看，3GPP标准已经步入后LTE时代，而云计算技术在IT业的日益成熟及成功又驱使移动网络采用新的实现方式及新的商业模式，同时软件定义网络技术的迅速发展也启发了对移动网络架构及业务部署的重新思考。

　　从当前网络面临的挑战看，M2M（Machine to Machine）的兴起以及智能终端的普及，移动用户和数据流量快速增长，对网络设备容量提出了越来越高的要求；智能终端及OTT（Over The Top）提供商正趋向主导地位，运营商逐渐被边缘化和管道化；电信级体系成为负担，现有网络架构无法实现轻盈转身，技术体系急需寻求变革。

　　5G作为一个全新网络，为面向2020年信息社会服务的无线通信系统。下面从用户服务、运营服务、业务服务等多维度，站在网络侧，分析5G网络最为关键的需求。

用户服务的需求

　　5G用户体验是多终端、富应用和高带宽的交织和融汇，新兴业务需要更高带宽、更低时延、更高的可靠性和更强的智能化能力。

　　●   任何时间、任何地点的接入；

　　●   网络社会化，对海量、高密度终端设备的接入要求；

　　●   接入无关性，高效满足5G时代丰富应用和终端对接入能力的要求；

　　●   网络安全可靠。

运营服务的需求

　　5G网络将会是一个多网络、多层次、多域的巨量网络，网络运营管理需要具备弹性、自动化、智能化能力。

　　●   向高容量、高带宽、高弹性（灵活可靠）和低时延的目标继续提升；

　　●   网络资源智能高效利用；

　　●   多网并存下的自动化、智能化管理和用户体验无差性；

　　●   节约能耗、降低成本、提高收入。

业务服务的需求

　　5G将帮助人们真正进入网络社会，人们的生活方方面面都与网络息息相关，除了对原有网络服务的需求，新服务新业务将会层出不穷。

　　●   原有网络服务（如语音）的继承、提升、创新；

　　●   更丰富的业务模式，如D2D（Device to Device）、MTC（Machine Type Communication）、虚拟运营等；

　　●   提升用户业务数据流处理的功能、性能和智能；

　　●   灵活的新业务部署，结合用户信息、网络状态及拓扑进行内容的分发。

　　此外，从产业生态系统角度来说，还要求网络能力可以向全产业链不同参与者开放，自由定制5G关键能力需求。

新技术，新挑战

　　针对以上需求，借鉴ICT行业的发展经验，我们识别出如下一些关键技术，未来可能应用于5G网络。

　　●   网络功能虚拟化（NFV）

　　网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization）的理念是软硬件解耦，采用IT手段改造CT，用COTS（Commercial off The Shelf）平台构建电信基础环境，大幅降低基础设施硬件成本。通过NFV，网元硬件基础资源及环境可以由运营商统一购置或定制，网络的敏捷性和弹性得到大幅提高，业务部署时间大幅缩短。在引入NFV后，面临的新挑战是如何基于NFV实现多个物理网元相同功能的合并，从而实现网络架构的优化并由此而带来的端到端信令流程的优化。

　　●   软件定义网络（SDN）

　　软件定义网络（Software Defined Network）的理念是让软件来控制网络，充分开放网络能力，是一种具有控制与转发分离、逻辑集中控制、开放API这三大特征的新型网络架构和网络技术。通过引入SDN，可以变封闭垂直一体网络架构为融合、开放、富有弹性、注重应用的水平分层架构。在引入SDN后，面临的新挑战是如何进行网络功能重构，如何设计新增接口协议，从而基于SDN实现架构的优化以及端到端信令流程的优化。

　　●   信息中心网络（ICN）

　　信息中心网络（Information Centralized Network）是一种内容与终端位置分离，通过对内容进行命名和基于内容名字的路由的网络。在该网络里一切都是信息，通过名字标示每个信息，信息互联；网络的作用就是管理所有信息的流动和缓存，并用正确的信息快速响应信息的请求者。ICN技术属于电信行业的又一次革命，对整个网络端到端进行了修改，如何与现有网络兼容成为最大问题。

　　●   大数据（Big Data）

　　大数据指的是所涉及的数据量规模巨大到无法通过简单工具，在合理时间内达到撷取、管理、处理，并整理成为帮助企业经营决策更积极目的的信息。大数据技术的核心在于预测，其战略意义在于对含有意义的数据进行专业化处理。引入大数据之后，面临的新挑战是如何加工数据并纳为己用。

5G架构畅想

　　基于以上新技术，结合5G新需求，中兴通讯对5G网络架构设想如图1所示。

　　整体网络架构分成5层，分别是硬件层、虚拟化层、应用层、管理层、能力开放层。

　　●   高性能可靠网络：大容量，低时延，高可靠

　　通过软件定义网络实现控制面与用户面分离，80%的报文可由SDN转发层直接转发，实现本地分流，提升转发层效率，降低时延，提高用户体验；通过虚拟化实现软硬件解耦，各种应用可以部署于COTS硬件平台上，COTS设备市场规模远大于电信设备，单位计算能力成本远低于电信设备，并且成本下降速度为电信设备的2～3倍，且更新周期快，通常为3～4年，这样能够更快地采用IT新技术，保持设备性指标领先；硬件资源虚拟化为多个VM（Virtual Machine），每个VM可以迁移和重生进一步确保了网络的高可靠。

　　●   软件化智能网络：网络资源灵活调度，弹性伸缩

　　通过虚拟化实现软硬件解耦，利用云计算的快速部署能力，使得网元容量配置调整周期从数周缩短到数分钟，从而大大提升了网络扩容的敏捷性，并实现设备容量按需弹性扩充，消除设备瓶颈；运营商和设备商的重点转移到业务创新上，增加盈利点。

　　●   自动化分布式网络：本地分流，集中运维，统一管理

ICN/SDN化后数据转发节点分布式部署，实现本地转发或者缓存，减少迂回。网络能够自动感知虚拟服务器，并且随着虚拟服务器的迁移和调度后网络位置的改变，能够自动进行网络重配置；集中运维，有效降低运维成本，支持对电信网元的实时操作的兼容，实现网元运维和NaaS（Network as a Service）运维集成，便于工作流的自动化；

　　●   融合开放式网络：全方位能力开放，快速创新

按需定制的能力开放业务架构，可利用的大数据技术，实现整个移动网络的全方位开放（硬件、软件、网络、应用、数据），快速实现业务创新，大幅缩短新业务部署周期。