金沙官网 > 金沙通讯 > 5G网络框架及演进方案,5G互连网的CRAN将是统生气

原标题:5G网络框架及演进方案,5G互连网的CRAN将是统生气

浏览次数:121 时间:2019-10-22

C114讯 6月27日,在第19次GTI网络工作组4G演进讨论会上,大唐移动高级解决方案经理刘华玲发表了主题演讲,分享了大唐移动关于4G CRAN网络向5G演进的研究进展。

随着5G研究的深入和普及,对于5G具备的能力已达成基本共识:满足增强的移动互联网应用需求,拥有更高体验速率和更大带宽接入的能力;满足车联网、远程医疗、应急通信、工业控制等垂直行业应用需求,拥有低时延、高可靠的信息交互能力,具备承担高时效、高精密、高安全需求业务的能力;满足物联网设备互联互通的应用需求,拥有更高连接密度、更简单信令交互的能力,支持大规模、低成本、低功耗物联网设备的高效接入和管理。

刘华玲讲到:“目前4G正在试验的CRAN是Central RAN的概念,集中式BBU架构可以节约建设成本,减少站间时延进而促进站间实时协作,提升用户尤其是边缘用户的感知。”相对比之下,5G网络的CRAN是“Cloud RAN”的概念,通过CU/DU分离,CU-C/CU-U的拆分,以及各种网元的位置灵活部署,实现统一的Cloud RAN架构,满足5G三大场景的业务需求。

为了满足这些苛刻的体验、效率和性能的要求,5G必须要构建一个资源全共享、功能易编排、业务紧耦合的网络平台。因此,5G网络架构就必须全面深入优化。

从网络演进的角度看,当前的Central RAN可以通过软件升级实现CU/DU分离,本地站点保持DU集中部署,将CU功能部署在云端进行高层协同处理,平滑的演进到5G Cloud RAN架构,更好的满足5G宽带业务的需求。

图片 1

刘华玲认为,未来4G演进网络需要考虑和5G NR的融合组网,以便充分利用现有4G资源。“目前,大唐移动已经拥有LTE 基站软件升级路线,以满足5G网络建设不同阶段LTE/NR融合组网需求。”刘华玲说。

图1 4G LTE网络典型架构图

最后,刘华玲指出,5G RAN网络部署还需要面临巨大的挑战,例如传输网升级改造、设备能力和机房空间要求、虚拟化设备引入导致的操作维护问题,等。而这些问题还需要更深入的研究。 图片 2

蜂窝通信系统的网络可以划分成接入网和核心网两部分,无线接入网主要由基站组成,为用户提供无线接入功能;核心网主要由基站管理器、网关、计费系统组成,主要为用户提供网络接入服务和管理功能,在4G LTE系统中,基站和核心网分别叫eNB和EPC。

图片 3

图2 4G向5G演进网络架构变化图

5G系统由接入网和核心网组成,若考虑NSA场景,则还需要考虑4G的网元。5G网络在传统4G LTE网络的基础上进行了优化处理,网元呈现虚拟化、云化。

一、主要网元及功能

图片 4

图3 各网元主要功能

5G网元的功能划分如图所示。NG-RAN包含gNB或ng-eNB节点,5GC包含AMF,UPF和SMF三个功能模块。

gNB/ng-eNB

小区间无限资源管理InterCell Radio Resource Management

无线承载控制RadioBearControl

连接移动性控制Connection Mobility Control

测量配置与规定MeasurementConfiguration and Provision

动态资源分配DynamicResource Allocation

AMF

NAS安全Non-AccessStratum Security

空闲模式下移动性管理IdleState Mobility Handling

UPF

移动性锚点管理 MobilityAnchoring

PDU处理(与Internet连接)PDUHandling

SMF

用户IP地址分配 UE IPAddress Allocation

PDUSession控制

主要网元功能实体 :

UE: 用户终端设备User Equipment

RAN: 接入网络 Access Network

AMF: 接入及移动性管理功能Access and Mobility Management Function

UPF: 用户面功能User plane Function

AUSF: 鉴权服务功能Authentication Server Function

DN: 数据网络Data Network , 比如运营商业务,互联网接入或者第三方业务等。

UDFS: 非结构性数据存储功能Unstructured Data Storage Function

NEF: 网络业务呈现功能Network Exposure Function

NRF: 网元数据仓库功能NF Repository Function

NSSF: 网络切片选择功能Network SliceSelection Function

PCF: 策略控制功能Policy Control function

SMF: 进程管理功能Session Management Function

UDM: 统一数据管理功能Unified Data Management

UDR: 统一数据仓库功能Unified Data Repository

AF: 应用层功能Application Function

EIR: 5G设备标识注册设备5G-Equipment Identity Register

二、5G接入网

图片 5

图4 5G接入网无线协议栈结构示意图

移动的云引擎是无线接入网一系列RAN功能的云化组合,其中的关键是软硬件解耦,各功能网元可部署在通用的COTS上,从而实现NFV架构,达到资源池化、弹性、可伸缩性等云化特征。简单的来说就是将各网元以软件包的形式安装到一在云服务器上。

为了进一步提高5G移动通信系统的灵活性,接入网不再是由BBU、RRU、天馈系统组成了,而是被重构为3个功能实体——CU、DU、AAU:

CU(CentralizedUnit,集中单元):原BBU的非实时部分将分割出来,重新定义为CU,负责处理非实时协议和服务;

DU(DistributeUnit,分布单元):BBU的剩余功能重新定义为DU,负责处理物理层协议和实时服务;

AAU(Active AntennaUnit,有源天线单元):BBU的部分物理层处理功能与原RRU及无源天线合并为AAU。

AN有两种:

gNB,为UE提供NR用户面和控制面协议终结点;

ng-eNB,为UE提供E-UTRA的用户面和控制面协议的终结点。

一般来说一个gNB-DU只连接一个gNB-CU。但是为了实现的灵活性,每个gNB-DU也可能连接到多个gNB-CU。gNB CU中的控制面和用户面是分离的,一般只有一个CP,但是允许有多个UP。需要注意的是,gNB-CU及连接的若干gNB-DU是作为一个整体逻辑gNB对外呈现的,且只对其他的gNB和所相连的5GC可见。

图片 6

图5 4G向5G网络演进接入网结构变化图

DU和CU共同组成gNB,每个CU可以连接1个或多个DU。CU和DU之间存在多种功能分割方案,可以适配不同的通信场景和不同的通信需求,由此带来的好处如下:

o 对现有RAN架构进行分离可以有效降低前传带宽的需求;

o RANCU内部的移动性不可见,从而降低CN的信令开销和复杂度;

o 采用CU将控制协议和安全协议集中化后,CU的出现更加适应NFV的架构实现Cloud RAN,增加了RAN侧的功能扩展性。

三、5G核心网

图片 7

△5G系统服务架构△

图片 8

△非漫游5G系统架构参考点△

图6 5G核心网网络架构

表1 5G核心网网络功能

图片 9

5G核心网构架主要包含三大关键技术:SBA、CUPS和网络切片,这是最终实现化整为零、由硬变软的彻底演进。

SBA

SBA(ServiceBased Architecture),即基于服务的架构。它基于云原生构架设计,借鉴了IT领域的“微服务”理念,将设备功能“打散”。

图片 10

传统网元是一种紧耦合的黑盒设计,NFV从黑盒设备中解耦出网络功能软件,但解耦后的软件依然是“大块头”的单体式构架,需进一步分解为细粒度化的模块化组件,并通过开放API接口来实现集成,以提升应用开发的整体敏捷性和弹性。

核心网功能模块化,包括控制面及用户面,以库的方式调用,控制面功能模块包括移动性管理、策略控制、用户数据、会话控制等等,用户面功能模块包括话单、转发、业务感知、数据优化等等,这些功能模块就是被“打散”后库的内容,网络根据不同的需求做功能的裁剪和选择。简单的来说,微服务就是指将Monolithic拆分为多个粒度更小的微服务,微服务之间通过API交互,且每个微服务独立于其他服务进行部署、升级、扩展,可在不影响客户使用的情况下频繁更新正在使用的应用。

基于这样的设计理念,传统网元先转换为网络功能,然后NF再被分集为多个“网络功能服务”。

那么,SBA其实也就是网络功能服务和基于服务的接口的组合体。

CUPS

CUPS(Controland User Plane Separation),即控制与用户面分离。目的是让网络用户面功能摆脱“中心化”的囚禁,使其既可灵活部署于核心网,也可部署于接入网,最终实现可分布式部署。

事实上,核心网一直沿着控制面和用户面分离的方向演进。比如,从R7开始,通过DirectTunnel技术将控制面和用户面分离,在3GRNC和GGSN之间建立了直连用户面隧道,用户面数据流量直接绕过SGSN在RNC和GGSN之间传输。到了 R8,出现了MME这样的纯信令节点,只是到了4.5G和5G时代,这一分离的趋势更加彻底,也更加必要,其中一大原因就是,为了满足5G网络毫秒级时延的KPI。

数据要在相距几百公里以上的终端和核心网之间来回传送,显然是无法满足5G毫秒级时延的,由于物理距离受限,因此需将内容下沉和分布式的部署于接入网侧,使之更接近用户,降低时延和网络回传负荷。

图片 11

图7 数控分离演进路线

网络切片

5G服务是多样化的,包括车联网、物联网、远程医疗、VR/AR等,网络能力面临众口难调的局面,因此需要把网络切成多个虚拟且相互隔离的子网络,分别服务于不同的业务。

因为需求多样化,所以要网络多样化;因为网络多样化,所以要切片;因为要切片,所以网元要能灵活移动;因为网元灵活移动,所以网元之间的连接也要灵活变化。

图片 12

图8 5G网络切片应用示意图

所以,把网络拆开、细化,就是为了更灵活地应对场景需求。切片,简单来说,就是把一张物理上的网络,按应用场景划分为N张逻辑网络。不同的逻辑网络,服务于不同场景。不同的切片,用于不同的场景,网络切片,可以优化网络资源分配,实现最大成本效率,满足多元化要求。

四、5G网络演进方式

图片 13

图9 5G组网方式分类

现网中实际部署5G网络时,分为独立和非独立组网两种形式。

独立组网模式:指的是新建5G网络,包括新基站、回程链路以及核心网。SA引入了全新网元与接口的同时,还将大规模采用网络虚拟化、软件定义网络等新技术,并与5GNR结合,同时其协议开发、网络规划部署及互通互操作所面临的技术挑战将超越3G和4G系统。

非独立组网模式:非独立组网指的是使用现有的4G基础设施,进行5G网络的部署。基于NSA架构的5G载波仅承载用户数据,其控制信令仍通过4G网络传输。

图片 14

图10 5G全系组网方式汇总

对于5G的网络架构,在3GPP TSG-RAN 第72次全体大会上,提出了8个选项,如上图所示,其中选项1/2/5/6为独立组网方式,选项3/4/7/8位非独立组网方式。

选项1:目前LTE的组网方式,5G的部署是以此为基础的。

选项2:纯5G网络,完全由gNB NGC组成,需要完全替代LTE系统的基站和核心网,同时还要保证覆盖和移动性等,部署耗资巨大,很难一步完成,是5G网络部署的终极目标之一。

选项3:EPC+eNB/gNB的方式组网,网络先演进无线接入网,核心网使用LTE的,场景以eNB为主基站,控制面信令由eNB转发,LTE eNB和NR gNB采用双连接的形式为用户提供高传输数据速率服务,可以有效降低初期的部署成本,主要是前期部署在热点区域,增加系统吞吐量。

选项4:NGC+eNB/gNB的方式组网,同时引入NGC和GNB,与LTE采取兼容的方式部署,核心网采用5G NGC,eNB和gNB都连接至NGC,基站以gNB为主,同样是采用双连接的方式为用户提供高速率数据业务服务,LTE网络负责保证覆盖,5G系统负责提高热点地区的数据吞吐量。

选项5:NGC+eNB的混搭组网方式,主要应用在首先部署了5G核心网,并在NGC中实现了EPC功能,之后再逐步部署5G无线接入网的场景,

选项6:EPC+gNB混搭组网方式,主要应用于先部署了5G接入网,暂时采用EPC的场景,此种部署方式不能完全将5G的功能发挥出来,如网络切片等。

选项7:NGC+eNB/gNB的组网方式,此种方式中虽然完整部署了5G NGC和gNB,但数量较少,仍以LTE中的eNB为主,控制面信令都由eNB转发,eNB和gNB采用双连接的方式为用户提供高数据速率服务。

选项:EPC+eNB/gNB的组网方式,运用5G基站将控制信令和用户面数据传输至4G核心网,此种方式需要对4G核心网进行改造,成本较高,难度较大,因此在2017年3月发布。

中国移动向3GPP提交的4G LTE网络演进到5G网络路线的方案如下:

方案1:LTE/EPC -> 选项2 + 选项5 -> 选项 4/4a -> 选项 2

方案2:LTE/EPC -> 选项 2 +选项 5 -> 选项 2

方案3:LTE/EPC -> 选项3/3a/3x ->选项 4/4a-> 选项 2

方案4:LTE/EPC -> 选项 7/7a -> 选项 2

方案5:LTE/EPC -> 选项3/3a/3x -> 选项 1 +选项 2 + 选项7/7a-> 选项2 + 选项5

从目前现网情况来看,最有可能的两条演进路线为:

LTE/EPC -> 选项3X -> 选项4 -> 选项 2

LTE/EPC -> 选项3X -> 选项4 -> 选项 7X -> 选项 2

NSA选用选项3x,以实现快速部署NR,5G的核心网部署之后,如果NR覆盖好,则跳过选项7x,如果NR覆盖不好,则使用用选项7x过度,LTE继续做锚点。

无论哪种方式,演进的基本思路都是以LTE为基础,逐步引入5G RAN和NGC,部署初期以双连接为主,LTE用于保证覆盖和切换,热点地区部署5G基站,提高系统的容量和吞吐率,最后逐步演进,直到全面进入5G时代。

五、5G网络框架特点总结

o 核心网功能分离:核心网用户面部分功能下沉到CO(中心机房,相当于4G网络的eNB),从原来的集中式核心网演变成分布式核心网,使得核心网功能在地理上更靠近终端,减少时延;

o 分布式应用服务器:AS部分功能下沉至CO,并在CO部署MEC(Mobile EdgeComputing移动网络边界计算平台),MEC类似于CDN的缓存服务器功能,它将应用、处理和存储推向移动边界,使得海量数据可以得到实时、快速处理,减少时延、减轻网络负担;

o 重新定义BBU和RRU功能:将原BBU中PHY、MAC的部分功能下沉到RRU,减少了前传容量,降低了前传成本;

o 网络功能虚拟化(NFV,Network FunctionVirtualization):网路中的专业电信设备软硬件功能转移到虚拟机(VMs,Virtual Machines)上,比如核心网中的MME,S-GW、P-GW、PCRF等,在通用的商用服务器上通过软件来实现网元功能;

o 软件定义网络:网络通过SDN连接边缘云和核心网里的VMs,SDN控制器执行映射,建立核心网云与边缘云之间的连接,其中网络切片也由SDN集中控制,SDN、NFV和云技术使网络从底层物理基础设施分开,变成更抽象灵活的以软件为中心的架构,可以通过编程来提供业务连接;

o 网络切片:网络根据面向的不同的应用场景,比如大速率、低时延、海量连接、高可靠性等等,将网络切割成满足不同的需求的虚拟子网络,每个虚拟网络的移动性、安全性、时延、可靠性,甚至计费方式等都不一样,虚拟自网络之间在逻辑上相互独立,以满足不同的应用场景需求,实现网络切片的关键是NFV和SDN。

本文由金沙官网发布于金沙通讯,转载请注明出处:5G网络框架及演进方案,5G互连网的CRAN将是统生气

关键词:

上一篇:勇当互联网扶助贫困者主力军,城镇覆盖

下一篇:没有了