IMT-2020(5G)推进组 5G网络架构设计白皮书 目录 引言 P1 5G网络：挑战与机遇 P2 5G网络架构设计 P4 5G网络代表性服务能力 P8 5G网络标准化建议 P15 总结和展望 P17 主要贡献单位 P18 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架 构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力 量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。 IMT-2020(5G)推进组 5G网络架构设计白皮书 2 IMT-2020(5G)推进组 5G网络架构设计白皮书 引言 随着5G研究的全面展开并逐步深入，业界就 环境，为不同用户和垂直行业提供高度可定制化 5G场景形成基本共识：面向增强的移动互联网应 的网络服务，构建资源全共享、功能易编排、业 用场景，5G提供更高体验速率和更大带宽的接入 务紧耦合的综合信息化服务使能平台。 能力，支持解析度更高、体验更鲜活的多媒体内 5G国际标准化工作现已全面展开，需要尽 容；面向物联网设备互联场景，5G提供更高连接 快细化5G网络架构设计方案并聚焦关键技术方 密度时优化的信令控制能力，支持大规模、低成 向，以指导后续产业发展。本白皮书从逻辑功能 本、低能耗IoT设备的高效接入和管理；面向车 和平台部署的角度，以四维功能视图的方式呈现 联网、应急通信、工业互联网等垂直行业应用场 了新型5G网络架构设计，并提炼了网络切片、移 景，5G提供低时延和高可靠的信息交互能力，支 动边缘计算、按需重构的移动网络、以用户为中 持互联实体间高度实时、高度精密和高度安全的 心的无线接入网和能力开放等5G网络代表性服务 业务协作。 能力。白皮书最后提出了5G网络架构和技术标准 面对5G极致的体验、效率和性能要求，以及 化工作的推进建议。 “万物互联”的愿景，网络面临全新的挑战与机 遇。5G网络将遵循网络业务融合和按需服务提供 的核心理念，引入更丰富的无线接入网拓扑，提 供更灵活的无线控制、业务感知和协议栈定制能 力；重构网络控制和转发机制，改变单一管道和 固化的服务模式；利用友好开放的信息基础设施 1 IMT-2020(5G)推进组 5G网络架构设计白皮书 5G网络: 挑战与机遇 1. 极致性能指标带来全面挑战 首先，为了满足移动互联网用户极致的视频 及增强现实等业务体验需要，5G系统提出了随时 在高吞吐量和大连接场景下容易导致流量过载和 信令拥塞。 随地提供100Mbps—1Gbps的体验速率的指标要 第三，为了支持自动驾驶和工业控制等高 求，甚至在500km/h的高速运动过程中，也要求 度实时性要求的业务，5G系统需要在高可靠性 具备基本服务能力和必要的业务连续性。 前提下，满足端到端毫秒级的极低时延要求。现 第二，为了支持移动互联网和物联网场 网中，端到端时延和业务中断时间都在百毫秒量 景设备高效接入的要求，5G系统需同时满足 级，与5G时延要求存在两个数量级的差距，也难 Tbps/km 2 的流量密度和百万/km 2 连接密度要 以满足特定业务的可靠性和安全性要求。 求，而现有网络流量中心汇聚和单一控制机制 体验速率 移动性 重要性：高 极致体验 重要性：中 重要性：低 流量密度 时延 极致性能 极致效率 可靠性 连接密度 全面网络挑战 图1 5G全面的网络挑战 2 IMT-2020(5G)推进组 5G网络架构设计白皮书 2. 网络与业务融合触发全新机遇 丰富的5G应用场景对网络功能要求各异：从突 管系统，垂直行业能够获得对网内终端和设备更丰 发事件到周期事件的资源分配；从自动驾驶到低移 富的监控和管理手段，全面掌控业务运行状况；利 动性终端的移动性管理；从工业控制到抄表业务的 用功能高度可定制化和资源动态可调度的5G基础设 时延要求等。面对如此多样化的业务场景，5G提出 施能力，第三方业务需求方可以快捷的构建数据安 的网络与业务深度融合，按需提供服务的新理念能 全隔离和资源弹性伸缩的专用信息服务平台，从而 为信息产业的各个环节带来全新的发展机遇。 降低开发门槛。 基于5G网络“最后一公里”的位置优势，互 对于移动网络运营商而言，5G网络有助于进一 联网应用服务提供商能够提供更具差异性的用户体 步开源节流。开源方面，5G网络突破当前封闭固化 验。例如，基于网络开放的位置区域、移动轨迹和 的网络服务框架，全面开放基础设施、组网转发和 无线环境等上下文信息，APP能够筛选出更恰当的 控制逻辑等网络能力，构建综合化信息服务使能平 服务参数，提升客户黏性；同时，利用网络边缘的 台，为运营商引入新的服务增长点。节流方面，按 内容缓存和计算能力，服务提供商可以为指定用户 需提供的网络功能和基础设施资源有助于更好的节 提供更优质的时延和带宽服务质量保障，在竞争中 能增效，降低单位流量的建设与运营成本。 占得先机。 需要指出的是，随着移动网络和互联网在业务 基于5G网络“端到端全覆盖”的基础设施优 方面融合的不断深入，两者在技术方面也在相互渗 势，以垂直行业为代表的物联网业务需求方可以获 透和影响。云计算、虚拟化、软件化等互联网技术 得更强大且更灵活的业务部署环境。依托强大的网 是5G网络架构设计和平台构建的重要使能技术。 图2 综合化信息服务使能平台 3 IMT-2020(5G)推进组 5G网络架构设计白皮书 5G网络架构设计 5G网络架构设计包括系统设计和组网设计两 提供按需的接入、移动性和会话管理，支持精 个方面。系统设计重点考虑逻辑功能实现以及不 细化资源管控和全面能力开放；转发平面具备 同功能之间的信息交互过程，构建功能平面划分 分布式的数据转发和处理功能，提供更动态的 更合理的统一的端到端网络逻辑架构。组网设计 锚点设置，以及更丰富的业务链处理能力。 聚焦设备平台和网络部署的实现方案，以充分发 在整体逻辑架构基础上，5G网络采用模块化 挥基于SDN/NFV技术的新型基础设施环境在组 功能设计模式，并通过“功能组件”的组合，构建 网灵活性和安全性方面的潜力。 满足不同应用场景需求的专用逻辑网络。5G网络以 1. 5G系统设计：逻辑视图与功能视图 控制功能为核心，以网络接入和转发功能为基础资 如图3所示,5G网络逻辑视图由3个功能平面 源，向上提供管理编排和网络开放的服务，形成三 构成：接入平面，控制平面和转发平面。 层网络功能视图，如图4所示，其中： 接入平面引入多站点协作、多连接机制和 多制式融合技术，构建更灵活的接入网拓扑； 控制平面基于可重构的集中的网络控制功能， 图3 5G网络逻辑视图 4 IMT-2020(5G)推进组 5G网络架构设计白皮书 管理编排层：由用户数据、管理编排和能力 开放三部分功能组成。用户数据功能存储用户签 的指示，在网络控制层中进行组合，实现对资源 层的灵活调度。 约、业务策略和网络状态等信息。管理编排功能 网络资源层： 包括接入侧功能和网络侧功 基于网络功能虚拟化技术，实现网络功能的按需 能。接入侧包括中心单元（CU）和分布单元 编排和网络切片的按需创建。能力开放功能提供 （DU）两级功能单元，CU主要提供接入侧的业 对网络信息的统一收集和封装，并通过API开放 务汇聚功能；DU主要为终端提供数据接入点， 给第三方。 包含射频和部分信号处理功能。网络侧重点实现 网络控制层：实现网络控制功能重构及模块 数据转发、流量优化和内容服务等功能。基于分 化。主要的功能模块包括：无线资源集中分配、 布式锚点和灵活的转发路径设置，数据包被引导 多接入统一管控、移动性管理、会话管理、安全 至相应的处理节点，实现高效转发和丰富的数据 管理和流量疏导等。上述功能组件按管理编排层 处理，如深度包检测，内容计费和流量压缩等。 图4 5G网络功能视图 5 IMT-2020(5G)推进组 5G网络架构设计白皮书 2. 5G组网设计：平台视图与组网视图 线接入方案，并能完成接入网逻辑实体的实时动 5G基础设施平台将更多的选择由基于通用 态的功能迁移和资源伸缩。利用网络虚拟化技 硬件架构的数据中心构成支持5G网络的高性能转 术，可以实现RAN内部各功能实体动态无缝连 发要求和电信级的管理要求，并以网络切片为实 接，便于配置客户所需的接入网边缘业务模式。 例，实现移动网络的定制化部署。 另外，针对RAN侧加速器资源配置和虚拟化平台 引入SDN/NFV技术（如图5所示），5G硬 件平台支持虚拟化资源的动态配置和高效调度， 间高速大带宽信息交互能力的特殊要求，虚拟化 管理与编排技术需要进行相应的扩展。 在广域网层面，NFV编排器可实现跨数据中心的 SDN/NFV技术融合将提升5G进一步组大 功能部署和资源调度，SDN控制器负责不同层级 网的能力：NFV技术实现底层物理资源到虚拟 数据中心之间的广域互连。城域网以下可部署单 化资源的映射，构造虚拟机（VM），加载网 个数据中心，中心内部使用统一的NFVI基础设 络逻辑功能（VNF）；虚拟化系统实现对虚拟 施层，实现软硬件解耦，利用SDN控制器实现数 化基础设施平台的统一管理和资源的动态重配 据中心内部的资源调度。 置；SDN技术则实现虚拟机间的逻辑连接，构 NFV/SDN技术在接入网平台的应用是业界 建承载信令和数据流的通路。最终实现接入网 聚焦探索的重要方向。利用平台虚拟化技术，可 和核心网功能单元动态连接，配置端到端的业 以在同一基站平台上同时承载多个不同类型的无 务链，实现灵活组网。 图5 5G网络平台视图 6 IMT-2020(5G)推进组 5G网络架构设计白皮书 如图6所示，一般来说，5G组网功能元素可 分为四个层次： 接入级：包含无线接入网的CU和DU功能， CU可部署在回传网络的接入层或者汇聚层；DU 中心级：以控制、管理和调度职能为核 部署在用户近端。CU和DU间通过增强的低时延 心，例如虚拟化功能编排、广域数据中心互连和 传输网络实现多点协作化功能，支持分离或一体 BOSS系统等，可按需部署于全国节点，实现网 化站点的灵活组网。 络总体的监控和维护。 借助于模块化的功能设计和高效的NFV/ 汇聚级：主要包括控制面网络功能，例如移 SDN平台。在5G组网实现中，上述组网功