面向5G网络运营转型思路

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摘　要　本文从5G需求和愿景出发，分析了运营商网络向5G演进的驱动力。提出NFV/SDN 的引入、5G多样性通信
需求和网元功能重构对运营商移动核心网演进带来的机遇与挑战。此外，本文还提出为5G作准备，迎接网络
运营向端到端自动化、数据分析和开放转型的建议。
关键词　5G；NFV；SDN；运营；转型

1 5G 的需求和愿景

国际各大标准化组均在积极推动5G 的技术和网络演进。ITU 在2012 年成立了IMT for 2020 and Beyond 项目组，意在促进无线网络技术匹配光纤的速率和可靠性，将通信应用进一步扩展至工业自动化等相关领域。3GPP 已于2015 年8 月开始进行5G 相关RAN 技术和NFV 领域研究。ETSI 则在积极推进NFV相关的技术研究和标准化工作。TMF 以运营商等需求方的角度对NFV 提出业务需求、应用实例等方面的研究成果。除国际各标准化组织外，包括由我国工信部、发改委、科技部、企业联合成立的中国IMT 2020 工作组等多个国际5G 研究项目组均在积极推进5G 相关技术研究，并已发布5G 白皮书等官方文件，分析5G 愿景、架构、关键技术、频谱等方面的需求。

业界公认的5G 应用场景需求包括：
* 高带宽接入需求，如4K 高清视频用户在用户密集城区使用业务和多样化的云端服务为用户提供的智能
生活体验；

* 高密度连接需求，面向无处不在的大规模物联网终端连接需求；
* 高移动性需求，如高速火车的高速移动中的通信需求；

* 超低时延高可靠性连接需求，如工业自动化所需的超低时延的工业控制连接需求。

2 运营商网络向5G 演进的驱动力和面临的挑战

2.1 运营商网络向5G 演进的驱动力是业务和市场需求

面向5G 网络架构演进的驱动力就是业务和市场需求。5G 愿景为大家提出了未来几年内三大类业务需求。一是全球大约有25 亿用户将成为移动宽带（MBB）用户，云计算平台将为用户提供超高清视频、远程医疗、远程办公、远程教育等丰富的融合通信体验，如此大规模的用户和业务需求对运营商是机会也是挑战，同时也是驱动5G 技术提供更优频谱效率、更高带宽技术的驱动力之一。二是万物互联的物联网（Internet of Thing/Machine-Type Communications）业务需求，包括智能家居、智能安防、智慧城市、环境监控、个人可穿戴、车联网等智能物联网的连接需求成为5G 海量连接的技术需求和驱动力之一。三是高可靠低时延、高精度定位等的关键通信（Critical Communication）场景需求如工业自动化、分布式控制联网通信需求等，是“工业4.0”中智能工厂和智能生产的主要需求场景，更是驱动5G技术演进的重要驱动力之一。

面向如此多样性和极限需求场景，未来的5G 网络演进也必须具备几个特性：（1）系统具有灵活性，可进行灵活的带宽管理和有效的用户数据转发；(2) 网络具有可扩展性，系统能够收集数据并进行弹性配置和伸缩；(3)系统支撑不同的移动性需求，满足不同终端不同业务和应用对移动性的需求；（4）系统具有有效的内容分发能力，通过网内缓存和智能缓存等技术进行高效内容分发。

2.2 NFV/SDN 引入对运营商现有移动核心网架构造成巨大冲击

网络功能虚拟化/ App定义网络（NFV/SDN）技术是实现5G 网络灵活性和弹性扩展能力的关键技术之一。它的优势是实现了对硬件资源的共享、App化网络功能的快速部署和业务容量的按需灵活分配。SDN（Software Define Network）技术利用网络控制器获取全视角网络拓扑和统计反馈，简化了网络和流量的管理控制功能，实现了IP 数据网络控制面与转发面相分离的架构。SDN/NFV 相结合实现控制功能App化，并部署在云资源池中，配合业务需求控制SDN 交换机实现高效数据转发。在2G/3G/4G 融合移动网络的演进中，融合移动网络将随着技术演进、网络发展和现有设备到达服务
年限而逐步由架构于云计算平台的虚拟化移动核心网系统所取代。EPC、IMS 核心网控制面网元将逐步迁移动到云计算平台中。用户面各类网关等设备主要用于连接和传送媒体流，可融合SDN 交换机功能，以实现快速灵活的数据转发。SDN 的南向接口OpenFlow 协议可作为控制平面和用户平面之间的控制接口，将SDN 控制功能融入控制平面中，利用其全视角网络拓扑和统计反馈功能及算法，实现对用户面建立连接、优化路由和快速转接的功能。