5G核心网前沿报告（2019年）.pdf

5G核心网前沿报告 （ 2019年） 中国 通信学会 2019年 12月版权声明 本 前沿报告 版权属于 中国通信学会 ，并受法律保护 。 转载、摘编或利用其它方式使用 本 报告 文字或者观点的，应 注明 “ 来源： 中国 通信学会 ” 。违反上述声明者，本 学会 将追究其相关法律责任。 专家组和撰写组名单 撰写组 (按单位排名 ) 单位 姓名 中国通信学会信息网络专委会 赵慧玲 中国电信智能网络与终端研究院 蔡康 中国电信智能网络与终端研究院 王庆扬 中国电信智能网络与终端研究院 张琳峰 中国通信学会 咨询工作部 完欣玥 中国电信智能网络与终端研究院 聂 衡 中国电信智能网络与终端研究院 龙 彪 中国电信智能网络与终端研究院 刘 洁 中国电信智能网络与终端研究院 何宇锋 前 言 移动核心网从 4G EPC 演进到 5GC，在网元形态、网络架构、信令协议、业务能力等方面发生了较大的变化。 在网元形态方面， 4G EPC 以物理网元形态为主，通常基于专用硬件实现，模块颗粒度较大。 5GC 以虚拟化网元形态为主，特别是控制面网元的虚拟化比较成熟，支持云原生部署，可以基于共享云资源池部署 5GC VNF。 在网络架构方面， 4G EPC 采用的是封闭架构，拓扑和连接关系相对稳定，跨省信令通常采用汇聚转接方式实现。而 5GC 控制面采用的是基于 SBA 的开放架构，服务颗粒度较小，可以灵活增加新的服务，网络拓扑支持动态变化，跨省信令先通过 NRF 级联实现查询、然后可以直接通信。 在信令协议方面， 4G EPC 控制面使用的是 Diameter 协议，而 5GC控制面使用的是 HTTPv2。 在业务能力方面， 5G 支持 eMBB（增强移动宽带）、 mMTC（海量大连接）、 URLLC （低时延高可靠）三大应用场景，除了支持 2C 业务之外，还通过网络切片、边缘计算等能力可以更 好地支持 2B 业务。相对而言， 4G 虽然有不少物联网应用，网络架构主要还是面向 2C 业务设计的。 本报告主要研究 5G 核心网的新特性、以及所面临的挑战，希望抛砖引玉，共同推进我们移动通信网络从 4G 到 5G 的技术换代进程。 中国通信学会 信息通信网络技术委员会 主任委员： 2019 年 12 月 目 录 一、研究概述 . 1 二、全球发展态势 . 1 三、我国发展态势 . 2 四、技术预见 . 4 （一） 5G 网络云化 . 5 （二）服务化架构 . 7 （三） 5G 网络切片 . 8 （四） 5G 网络边缘计算 . 10 五、工程难题 . 15 （一）国际工程难题 . 15 （二）国内工程难题 . 16 1、 5G 与 4G 互操作组网模式的选择 . 16 2、 5G 云化部署的解耦模式 . 16 3、网络切片的端到端关联 . 17 六、政策建议 . 17 （一）技术政策建议 . 17 1、坚定不移走 5G SA 目标架构的道路 . 17 2、推动 5G 关键核心技术的标准化工作 . 18 （二）产业政策建议 . 19 1、加快推动 5G SA 终端产业链的繁荣 . 19 2、推动 5G 垂直行业应用的商业模式模式创新、融合应用创新等 19 3、推动 产业生态圈的建立，完善融合政策体系 . 20 1 一、 研究概述 信息通信技术向各个领域融合渗透，经济社会向数字化转型升级的趋势愈发明显。 5G 作为新一代通信技术发展的主要方向，是全球技术和产业竞争的战略高地，亦是引领科技创新、重塑传统产业发展模式、发展新经济关键动力之一。 5G 网络领先是实现国家 5G 战略的基石，只有网络快速发展， 5G 应用才能更好更全面地发展。针对5G 核心网技术，网络云化、服务化架构、网络切片及网络边缘计算技术不仅是发展趋势，也是必须攻破的挑战。 二、 全球发展态势 GSA 报告显示截至 2019 年 7 月，全球有 71 个国家正在积极考虑合适的 5G 频谱。目前包括中、英、美、日、韩在内的 30 多个国家已完成 5G 频谱牌照的发放。 5G 发展前景广阔， 5G 产业的快速增长将带动 IoT 产业万亿级的规模发展， GSMA 预测全球 2025 年 IoT连接收入 510 亿美元，约占比 5%；其它平台、应用、云、数据分析、安全、系统集成、运维管理都达千亿级。摩根斯坦利预计到 2030 年，中美日韩四国在 5G 七方面应用的收入（固定无线接入、云游戏 、车联网、智能制造、联网监控、联网无人机、远程医疗服务），将在 2018年移动服务收入的基础上增加 1560 亿美元，提高 40%。 全球普遍看好 5G 对垂直行业的支撑和服务。爱立信针对全球 50名大型电信企业高管的调研结果显示，媒体和娱乐、 汽车、公共交通、医疗卫生以及能源和公共事业是行业专家认为的 5G 重点行业；德勤发布的 2026 年 5G 带动 8 大重点行业营收占比的结果表明，能源公共业占比 21%、制造业占比 19%、公共安全和医疗卫生分别占比 13%，2 其次是媒体娱乐、运输、汽车和金融； GSMA 和中国信通院发布的中国 5G 报告指出，到 2025 年中国的 5G 连接数达到 4.28 亿，其中智能手机占比为 3/4，视频、 VR/AR 等是个人消费市场重点领域，企业市场是 5G 最大的增收契机。中日韩则普遍关注汽车、运输、物流、能源、公共设施监测、医疗保健、工业和农业等领域；工信 部 IMT-2020业务推进组重点聚焦电网、公安、交通和新媒体四个行业。全球对5G 重点支撑行业和主要创收行业看法较为一致。 三、 我国发展态势 2019 年 6 月 6 日，工业和信息化部发放 5G 商用牌照，标志我国正式进入 5G 时代。 5G 应用场景对通信网络产业链提出新诉求。国际标准化组织 3GPP 定义了 5G 的三大场景： eMBB 指 3D/超高清视频等大流量移动宽带业务， mMTC 指大规模物联网业务， URLLC 指如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。根据不同应用场景对 5G 业务要求进行分类，大流量场景可分为 4 类： （ 1） 视频下载，图像上传，云端 CG/图像的渲染：如 CloudVR/AR，V2X 车载娱乐等； （ 2）流量上下行解耦：如社交网络，个人 AI 辅助场景； （ 3） 5G 流量内容主要为流媒体：如 CloudVR/AR， FWA，社交网络； （ 4）动态 BoD 大带宽：如联网无人机场景， VR 体育直播等。低时延场景包括：（ 1）端到端低时延：如 CloudVR/AR 的动作云端闭环，远程医疗的力反馈信号时延；（ 2）确定性时延：如社交网络，个人 AI 辅助场景；（ 3）移动性时延：主要针对 V2X，如路况信息实时3 反馈。为了满足 5G 应用场景，运营商网络业 务也发生新的变化。 一是提供网络全连接，部署智能敏捷的网络架构，通过网络动态切片按需提供大带宽； 二是发展 MEC 技术，保障低时延，未来时延将成为运营商 收费的新量纲； 三是推动 CDN 下沉，促进流量本地化和分层云化； 四是充分发挥平台使能，提升 NaaS、 IaaS、 PaaS/SaaS 云服务能力，开放 API，提供综合解决方案。 从 5G 产业链目前发展现状来看， NSA（非独立组网）和 SA（独立组网）网络侧均具备商用条件。（以下表格数据需更新）华为、中兴在 2019 年 3 月同步支持 NSA 和 SA 商用；爱立信和诺基亚 NSA无线网 支持较早， SA 进展与国内厂商基本同步进展稍晚于国内厂商。 表 1： 5G 网络 产业链进度 NSA SA 华为 无线 2019 年 3 月 2019 年 3 月 核心网 2019 年 3 月 2019 年 3 月 中兴 无线 2019 年 3 月 2019 年 3 月 核心网 2019 年 3 月 2019 年 3 月 爱立信 无线 2018 年 12 月 2019 年 11 月 核心网 2019 年 3 月 2019 年 11 月 诺基亚 无线 2018 年 12 月 2019 年 11 月 核心网 2019 年 6 月 2019 年 11 月 从终端侧来看， SA 比 NSA 终端商用时间点晚约 47 个月左右。2019 年 7 月，华为发布 5G CPE Pro，搭载采用 7nm 制程工艺的巴龙4 5000 芯片； 8 月上市搭载麒麟 980+巴龙 5000 基带芯片的 5G 手机Mate20X，同时支持 NSA 和 SA 组网方式。 2019 年 7 月后，国内上市多款基于高通芯片的商用形态手机，仅支持 NSA 组网方式。 表 2： 5G 终端侧产业链进度 华为 中兴 VIVO OPPO 小米 三星 NSA 预商用 (商用 )时间 2019Q3 已商用 2019Q3 已商用 2019Q3 已商用 / 2019Q3 已商用 2019Q3 已商用 SA 预商用(商用 )时间 19Q3已商用（ SA 未打开） 计划2019年 12月 2020年 1 月左右商用 计划2019 年12 月2020 年1 月左右商用 计划 2019年 12 月2020 年1 月左右商用 计划 2019年 12 月2020 年1 月左右商用 计划 2019年 12 月2020 年1 月左右商用 芯片 海思 高通 芯片进展 NSA&SA 2019Q3已商用（ SA 未打开） SDX55： NSA&SA 双模，计划 2019Q4 测试， 2020Q1商用（届时如果 SA 端到端测试未完成，有可能上市时 SA 不打开） 四、 技术预见 5G 不仅是一次通信技术的演进，更将受益于通信、计算以及垂5 直行业相互融合带来的爆炸效应，彻底改变无人驾驶、数字医疗、VR、智能家居等众多行业，引领全新的应用场景和商业模式。目前多家手机厂商也已推出 5G 手机，人们也逐渐感受到 5G 网络带来的新体验。但实现 5G 稳定、大范围应用仍需要攻破许多挑战大范围应用仍面临许多挑战，技术发展也有一些共同趋势需要在实践中克服规模运营所面临的难题。 （一） 5G 网络云化 5G 将为垂直行业带来基因突变式的进化，网络的虚拟化、云化转型是进化的必经之路。 行业分析机构 Ovum 也指出： 5G 网络的众多特性是需要虚拟化网络架构的支撑。 基于 NFV（网络功能虚拟化）/SDN（软件定义网络） 的云化、网络切片、 MEC（边缘计算） 是 5G核心网的关键技术， 5G 核心网将实现控制与承载分离，引入全面云化结构。 图 1：核心网云化体系