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解读欧盟5GPPP的5G架构白皮书

20166月,欧盟5GPPP5G公私合资合作研发机构)发布白皮书“View on 5G Architecture”(《对5G架构的观点》),本文对其核心内容与思想作概要介绍。

 

1、该白皮书的总体情况

 

该白皮书总结了欧盟5GPPP16个项目在过去一年中的研发成果(涉及从5G物理层架构到总体架构、5G逻辑与功能架构、5G网络管理、5G软件网络与技术等各个领域)及共同点、趋势,并提出为最终满足5G需求所需解决的挑战性问题,最后讨论了通用的5G参考框架对于5G标准化的影响。共八章、60页。

 

接下来,欧盟5GPPP 5G架构工作组将依据该白皮书研发一个通用的5G参考框架,而且在研发出来后,还会根据实际需要不断完善该框架。

 

参与该白皮书编写的包括Nokia贝尔实验室(欧盟5GPPP 5G架构工作组主席单位)、华为技术有限公司(欧盟5GPPP 5G架构工作组副主席单位)、爱立信、IBM、三星、Fraunhofer希赫兹研究所、NEC、伦敦大学大学学院、西苏格兰大学、罗马大学、帕德博恩大学、科尔切斯特大学、布里斯托大学等

 

2、为何需要打造全新的5G总体架构?

 

欧盟5GPPP认为,一种全新的5G网络总体架构,应能通过部署网络切片技术(以高成本效率的方式)、支持原生的(网络)软件化、集成/整合通信与计算、集成/整合各种异构的接入技术(包括固网接入技术与无线网接入技术),来满足诸多潜在应用场景(自动驾驶、机器人远程控制、触觉应用等)对于5G网络的需求(相关需求的差异将会很大,这就是5G所面临的最大挑战,从而就需要增强5G架构的灵活性)。

 

3、构建5G技术与商业生态系统

 

欧盟5GPPP认为,构建如图1所示的5G技术与商业生态系统,有利于将来的5G网络高效率、低成本地提供各类新兴业态服务。因此,总体上,5G网络架构应具备为汽车、能源、食品、农业、医疗、教育等垂直行业提供定制化专网组网服务的能力。

 

图1

欧盟5GPPP所提出的5G生态系统

 

从图1看来,该5G生态系统既包括技术,还涵括商业/业务,自下而上一共有五层:基础设施层、网络功能层、编排层、业务功能层、业务层。

 

由此看来,在这种5G生态系统之中,各个服务提供商可以方便地通过5G移动通信运营商(不局限于一个,可以是若干个)所开放的北向接口,去实时、动态地按需租用底层基础网络的计算与存储资源,也可按需使用移动接入网或者固移融合接入网来分发业务内容/数据。从而将可大大提高5G网络的多业务灵活支撑能力。

 

具体地,上文图1所示的5G生态系统的核心在于:

 

1)最高层(业务层与业务功能层)用于实现业务流程,并提供与应用相关的功能(注:业务功能层具有相关的功能库)。

 

2)编排层是移动通信运营商参与5G生态系统的关键一环,其中的编排功能将可使得5G网络运营商面向各种不同的、专用的、以业务驱动的逻辑网络(又被业界称为网络切片)相应地分配/指配计算资源、存储资源及网络资源。特别值得一提的是,如果某个基础设施提供商满足不了服务提供商的需求,图1所示的5G生态系统还将可支持跨域的业务编排与资源编排(这是一种灵活的资源共享机制),从而就需要各个网络运营商实现在网络功能层的互联互通。

 

3)欧盟5GPPP还指出,对于5G业务的快速实例化,应采取新兴的可信模式,以在网络信息安全形势日益严峻的背景下,支撑各种新的业务及服务交付模式。同时,还应面向该5G生态系统研发能保证用户隐私信息安全的创新型解决方案。

 

4、欧盟5GPPP关于“5G设计目标的观点

 

欧盟5GPPP所提出的5G设计目标主要包括:端到端的网络切片;以SDN(软件定义网络)/NFV(网络功能虚拟化)来使能;与现有4G LTE及其后续演进集成/整合;控制平面与用户数据平面相分离;无线接入网络与核心网络相分离;可被虚拟化的元素以及哪些元素不能被虚拟化;各种虚拟网络功能的灵活部署;新兴5G功能的特定示例;多连接;C-RAN(集中式无线接入网)、D-RAN(分布式无线接入网)与不同功能分离;新兴的5G回程技术;固移融合;云设施的研发;多域编排;把网络信息安全作为5G架构设计的组成部分。

 

5、欧盟5GPPP所提出的5G架构

 

如图2所示,欧盟5GPPP所提出的5G架构主要包括五大方面:物理资源层面、逻辑与功能层面、系统管理层面、基础设施控制层面、应用于业务服务层面。对此,欧盟5GPPP在其发布的5G架构白皮书中按照总体架构、逻辑与功能架构、物理架构、软件网络技术作了详细阐述。

 

图2

欧盟5GPPP所提出的5G总体架构视图

 

另外,该白皮书还详细讨论了这种5G总体架构对于移动网络、物理组网与计算设施、业务与基础设施管理及编排、托管与部署系统的影响。

 

5G逻辑与功能架构则对于将来5G网络之中的(虚拟)网络功能作了总体考量,并提出面向业务定制的无线接入网与核心网络功能,还给出了逻辑架构设计的和谢娜范式、考虑了逻辑实体与接口、考量了无线接入网协议栈架构与多连接(Multi-Connectivity)、讨论了5G编排与网络管理功能。

 

而对于5G软件网络技术,重点讨论了5G无线接入网的软件化、5G移动边缘网络的软件化、5G核心网的软件化、5G传输网的软件化,并对5G网络的可编程特性作了考量,还讨论了5G网络的资源编排(网络功能的灵活编排)与业务编排,而且讨论了5G软件网络的网络信息安全问题。

 

6、该5G架构对于5G标准化的影响

 

欧盟5GPPP的这份5G架构白皮书指出,全球诸多标准组织均已参与5G的标准化工作,其中包括各个老牌的标准组织、技术论坛、行业组织/协会、开源组织/社区(OPNFVOpenDaylightOpenStack等)。

 

此外,专注于5G架构与安全标准化的组织有3GPP(移动通信国际标准组织)、ITU-T(国际电信联盟电信标准局)、ETSI(欧洲电信标准协会)、IETF(因特网工程任务组)、ONF(开放式网络论坛)、BBF(宽带论坛)、oneM2M(聚焦于物联网与机器到机器通信的标准化)。具体如下:

 

13GPP5G架构的研究,分为5G系统架构与5G无线接入网架构:3GPP SA2负责研究RAN(无线接入网)-CN(核心网络)接口、RAN-CN功能分离、下一代移动网络的CN系统架构(可支撑异构多层无线接入);3GPP RAN2RAN3负责研究5G无线接入网架构(包括无线接入网切片);3GPP SA3负责研究5G安全;3GPP SA5负责研究5G网络管理,也是3GPP里研究网络功能化虚拟化的主要机构。

 

2ITU-T对于5G的标准化研究包括总体架构、网络软件化、集成式网络管理、固移融合。

 

3ETSI对于5G的标准化的影响聚焦于架构与安全方面:IFA(接口与架构);EVE(演进与生态系统);REL(可靠性、可用性与保障);SEC5G安全)。

 

4IETF对于5G的标准化的影响聚焦于架构与安全方面:IETF DMM5G)、IETF SFC(业务功能链)、IETF I2NSF5G安全)、IETF NFVRG(网络功能虚拟化)。

 

5ONF研发出了一个与SDNNFV理念相关的SDN架构,其对5G标准化的影响聚焦于SDN架构与安全。

 

6BBF在固网领域的影响很大,其对5G标准化的影响聚焦于BBF架构及迁移、BBF有线及无线(5G)融合、BBF用户业务(物联网)、BBF SDN/NFV

 

7oneM2M5G标准化的影响主要集中于无线/蜂窝物联网领域,包括oneM2M ARC(物联网架构)、oneM2M SEC(物联网安全)、oneM2M MAS(物联网管理抽象及语义)。

 

8)此外,其他组织可能会对5G标准化产生一定的影响。比如TMF(全球电信管理论坛)的TMF ZOOM正聚焦研究SDN/NFV技术。

 

 

参考文献

 

[1] EU 5GPPP Architecture Working Group. View on 5G Architecture[EB/OL].

https://5g-ppp.eu/wp-content/uploads/2014/02/5G-PPP-5G-Architecture-WP-For-public-consultation.pdf, 2016-06-15.

 


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