1、5G网络架构演进的思考 谭仕勇 2015.05 目录 5G网络面临的挑战 关于重新设计 5G网络架构的思考 现有网络架构的痛点 基于自主硬件 功能固定：新特性需要使用新的版本 容量固定：伸缩困难，资源闲置，扩容复杂 位置固定：不能进行动态迁移 网元众多：为了支撑新功能，不断引入新网元 控制面： 控制逻辑分散 两个控制中心： MME、 PCRF 两个网元存放签约数据： HSS、 SPR 众多其他网元： OCS/OFCS、 ANDSF、 AAA等 NFV（网络功能虚拟化）正在改变移动网络的实现方式。 基于 NFV，可以对下一代网络架构重新进行设计。 用户面： 不灵活 需支持多个控制面网元接口 可编
2、程能力差 难以支撑动态伸缩 网络能力开放： 不成熟 用户面可编程能力差 控制面控制逻辑分散 开放所需数据分布在网络中 网络管理：复杂 需要很多手动配置 故障定位困难 新业务上线时间长 eNodeB SGW PGWMME PCRFTDFePDGHSS AAAOCSOFCSNon -3GPPSPRLIGDHCPBMSCUESGS NUTRAN/GERANP D N用户面的挑战 难以满足 5G网络极低的时延要求 5G毫秒级端到端时延的需求，必然促使网关下移。 据估算，网关数量将增加 10到 100倍。 直接将现有的网关设备布置到较低位置会增加 CAPEX和 OPEX。 网关和控制面实体之间存在很多接
3、口，使网络拓扑结构非常复杂。 网关布置更加分散，升级或重新配置网关更加困难 PDN GW MME PCRF U G W ( U n i f i e d P a c k e t G a t e w a y )A A A S e r v e rO C SAAAD H C P S e r v e rIPAllocationB M S CV P NT u n n e lS G S NM M ES G We N o d e BR N CGTPv1C GOnlineChargingOfflineChargingP C R FP o l i c yL I GLIS 4 S G S NN o n - 3 G
4、P PD a t aT u n n e lD a t aG T P v 0 V 1G T P v 0 V 1G T P v 2G T P V 1G T P v 2G T P v 2P M I P v 6P M I P v 6GTPv1GTPv1M I PM I PP M I P v 6P M I P v 6LIP G WG T P V 1G T P v 2P M I P v 6P M I P v 6OCS OFCS 控制面的挑战 例 1： MBB网络中的 QoS协商 P-GW PCRF HSS MME eNodeB UE 默认承载的QCI、 PCRF上进行 QoS协商 MME上进行 QoS协商
5、 S-GW 网关上进行 QoS协商 HSS上进行QoS签约 SCE QoS协商过程涉及网络中的多个实体，一旦出现冲突，定位困难，解决周期很长。 例 2：基于 SSL进行 QoS控制 为了支持基于 SSL(Subscriber Spending Limits)的QoS控制特性，定义了一个新的接口 Sy。 控制逻辑分散导致的问题 分散的控制逻辑可能导致冲突。 引入新特性需要更改或增加接口，标准化周期很长。 SPR SPR上进行 QoS签约 OCS PCRF SPR AF BBERF TDF PCEF OFCS Sy IMT-2020推进组提出的 5G愿景 5G愿景 信息随心至，万物触手及 渗透到未
6、来社会的各个领域 以用户为中心构建全方位的信息生态系统 拉近万物的距离 提供极佳的交互体验，为用户带来身临其境的信息盛宴 来源： IMT-2020(5G）愿景和需求白皮书 总结 总流量 提升 1000倍 数据速率 提升 10100倍 连接数 提升 10100倍 端到端时延 减少 10倍 KPI 重新设计 5G网络架构 架构 挑战 物联网 海量连接 信令开销 终端耗电 流量 视频爆发 千倍流量 体验速率 时延 自动驾驶 在线游戏 远程医疗 泛在网 多 RAT 固移融合 企业应用 弹性定制 MVNO 运维 自动化 灵活部署 业务创新 TTM 能力开放 平滑演进 异构组网 互联互通 后向兼容 成本
7、CAPEX OPEX 安全 用户隐私 统一认证 备选技术 NFV SDN BigData MEC ICN SOA 目录 5G网络面临的挑战 关于重新设计 5G网络架构的思考 新网络架构概述 分布式用户面 ： 分布更广，更靠近用户 功能更简单 可编程性提升 融合控制面： 网元种类减少 统一控制逻辑 融合数据库 开放的使能平面： 开放更多更强的网络能力 大数据 敏捷的管理平面： E2E虚拟网络自动管理 统一的 NFV基础设施 1 2 3 4 5 灵活的逻辑架构 + 统一的基础设施平台 D-GW NewCore EP MG T ePCEF 1 3 NFV Infrastructure NewCore
8、 UP C-GW NFV Infrastructure NewCore UP NFV Infrastructure ePCEF OTT IMS IoT Enterprise NewCore CP Unified Control Entity Unified DB 2 4 5 CP: Control Plane UP: User Plane EP: Enabling Plane D-GW: Distributed Gateway C-GW: Centralized Gateway 语音 时延敏感应用 本地化应用 热点本地缓存 集中的行业应用 企业网 VPN 时延不敏感业务 漫游 Home Rou
9、ted 高移动性业务 分布式用户面 控制面和用户面分离 : 尽可能多的将控制功能从用户面分离出来 统一模型 : 建立统一的用户面模型，基于模型定义一个可扩展的信令接口 价值 使能毫秒级 E2E时延 分流本地流量 提升可编程性和扩展性 进一步解耦：一个接口 网 关A A A 服务 器O C S鉴权授权计费D H C P 服务 器地址分配B M S C企 业 网 关通 道 创 建S G S NM M ES G We N o d e BR N CGT Pv 1数据C G在线计费离线计费P C R F策 略 和 计费 控 制L I G合法监听信令S 4 S G S NN o n - 3 G P P数
10、据通 道 创 建数 据G T P v 0 V 1 信 令G T P v 0 V 1 数 据G T P v 2 信 令G T P V 1 数 据G T P v 2 信 令G T P v 2 信 令P M I P v 6 信 令P M I P v 6 数 据GT Pv 1数据GT Pv 1数据M I P 信 令M I P 数 据P M I P v 6 信 令P M I P v 6 数 据合法监听数据P G WG T P V 1 数 据G T P v 2 信 令P M I P v 6 信 令P M I P v 6 数 据主要概念和数值 网 关 用 户 面控 制 面基站 CloudBB 城域网 区域中
11、心 国家中心 基站数量 1 10-100 400-800 2K-4K 20K 流量 10G 100G-1T 4T-8T 20T-40T 200T 用户数量 100 1k-10K 40K-80K 200K-400K 2000K 时延（毫秒） 1 3-5 5-10 10-15 15-30 网关站点数量 20K 200-2K 25-50 5-10 1 网关 NFV基础架构 计费 URL过滤 HTTP代理 NAT QoS TCP代理 LB LI 缓存 CDN 用户面 网关位置评估 DCF: Decoupling of Control and Forwarding Database（数据库 )/Cont
12、ext（上下文） /Flow table（流表） DCF：统一的用户面模型 E f f i c i en c yA p p l i c a b i l i t yE x t en s i b i l i t yF l ex i b i l i t yU n i f i c a t i o nS i mp l i c i t yS c a l a b i l i t yV i s u a l i z a t i o n H.248协议 : 由 ITU-T定义，用于 CS域的解耦，基于上下文。 ForCES: 由 IETF定义，用于互联网设备的解耦，基于LFB+拓扑。 OpenFlow协议 ：由
13、ONF定义，用于网络设备，基于流表。 ForCES H.248 OpenFlow 三个参考模型 DCF模型 关键项 描述 流表 来自 OpenFlow协议，灵活的数据流控制 适用于用户面的 无状态 功能 白盒 ，利用通用硬件平台 上下文 来自 H.248协议，对 流表功能的增强 适用于用户面的 带状态 的复杂功能 黑盒 ，可以进行最优实施 数据库 来自 ForCES，实现性能的优化 通过共享减少信息冗余 重用成熟的数据库技术 ForCES： Forwarding and Control Element Separation 融合控制面 MM 承载 寻呼 用户面安全 网关选择 LI-C 位置 Q
14、oS SC 策略 GTP-C Rx 数据流 Diameter MBMS MME 控制面网关 PCRF 认证 控制面安全 接入控制 互通 LI-U 计费 地址 准入 整个控制面融合为一个 统一控制实体。 将所有有用数据聚合到 统一数据库 中。 基于 SoA的概念重建控制面。 主要思路 消除冗余功能 使能网络开放 缩短新业务上线时间 简化整个网络 价值 Mobile Network Service Fabric NewCore CP Unified Control Entity (MME/GW-C/PCRF/ANDSF/etc.) Access Mobility Session Policy Ch
15、arging Security Unified DB (HLR/HSS/SPR/AAA) NewCore EP SC R98R99： 语音 +数据 R5R7： 视频 R8R13： 开放 R4： 语音 +数据 MME S/P-GW IMS HSS PCRF Internet SCEF SAE控制转发解耦 SGSN GGSN MSC Server PSTN PDN HLR MGW MSC用户面和控制面解耦 全 IP SGSN GGSN GMSC PSTN PDN HLR MSC/VLR PDN SGSN GGSN MGW MSC 服务器 IMS HLR PCRF 2G流量 3G流量 IMS+PCC
16、 R14R16： 5G BSC/RNC BTS/NodeB NodeB RNC RNC NodeB eNodeB ? 能力开放 扁平化 全 IP化 数据业务 ICT融合 架构演进历史 第一次控制转发解耦发生在 CS域 第二次控制转发解耦发生在 PS域 第三次控制转发解耦发生在分组网关 总结 ICT 作为 ICT时代的第一代移动网络， 5G网络与以往的网络存在很大的不同： 硬件 软件 固定 灵活 封闭 开放 网元 网络功能 通过控制转发解耦实现分布式网关是网络架构演进的第一步，华为计划在 3GPP推动相关的标准化工作。 后续需考虑其他重要事项，包括： 大数据的应用 物联网和相关的垂直市场 电信级 SDN 安全
