1.3.2 5G架构演进及技术方向
1.5G架构的演进
随着5G正式商用进程的推进，移动通信正逐步走向5G时代。
在5G网络建设初期，由于频段较高、传播损耗较大等原因，很难做到全覆盖，存在NSA（Non-standalone）/SA（Standalone）多种组网架构选择。NSA非独立组网采用LTE与5G联合组网方式，利用现有覆盖良好的4G网络实现5G NR（New Radio）的快速引入，而SA独立组网则可以更好地体现出5G技术的优势以提高服务质量，但对5G NR连续覆盖要求更高，引入周期长。目前3GPP标准组织优先考虑非独立组网模式，预计2017年年底将首先完成非独立组网标准，随后在2018年7月完成5G独立组网相关标准。
相应地，5G承载网的演进不仅需考虑带宽、时延等相关网络指标的满足，还需考虑5G承载的灵活组网、4G/5G共站承载及与现有网络的衔接等实际需求，4G/5G共存组网的统一承载是5G承载网演进中的关键问题。
5G架构演进包括核心网架构演进和基站架构演进。
1）核心网架构演进
在4G时代，核心网大多采用省集中部署方式，面对5G多样化的业务需求，5G核心网将实现云化演进，根据低时延u RRLC（超可靠、低时延通信）、e MBB（增强移动宽带）、m MTC（大型机器类型通信）等不同业务需求集中部署或部分接需下沉，如图1-12所示，实现更加灵活的网络架构，具体为应用网关下移、协同就近转发、流量本地终结、去中心化趋势明显。
图1-12 5G核心网云化，按需下沉
2）基站架构演进
（1）架构变化
5G时代对4G BBU（室内基带处理单元）与RRU（射频拉远模块）功能进行了重新切分，RAN（无线接入网）划分为AAU（Active Antenna Unit，有源天线处理单元）、DU（Distribute Unit，分布单元）、CU（Centralized Unit，集中单元）部分。CU功能灵活部署，可与DU共址部署，也可集中云化部署在X86服务器上。
目前3GPP已完成AAU与DU、DU与CU之间切分接口的标准化，BBU的部分物理层处理功能与原RRU合并为AAU，BBU非实时部分分割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议和服务，BBU剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务，如图1-13所示。
图1-13 5G RAN功能重划分
（2）5G新型前传接口-eCPRI
在架构演进的基础上，5G对基带处理功能与远端射频处理功能之间前传接口进行了新的定义。
4G时代前传接口基于CPRI协议，5G时代在大带宽、多流、Massive MIMO等技术发展的驱动下，传统前传CPRI接口对传输带宽要求太高，根据计算，5G CPRI流量在低频100 M/64T64R配置下将达到400 G，CPRI联盟为此对前传接口重新定义eCPRI标准，以降低带宽要求，eCPRI接口（5G AAU与DU/CU间接口）预计最大采用25 G接口，支持以太封装、分组承载和统计复用。
3）5G架构演进对承载网影响
根据以上架构的演进，5G演进过程中，对承载网带来了以下变化。
（1）无线核心网云化带来流量流向的多元化，在4G时代业务流量只有S1、X2两种类型，且S1流向固定，5G时代还将出现DC间流量，S1流量根据核心网部署位置的不同，存在多流向，承载网需实现统一承载。
（2）5G RAN的部署方式，由于CU、DU功能的分离，带来多种组网方式，包括传统的D-RAN部署方式、BBU集中的C-RAN部署方式及CU云化部署的ClouD-RAN，如图1-14所示。当采用ClouD-RAN部署方式时，5G承载网被分割为前传（Fronthaul，AAU到DU）、中传（Midhaul，DU到CU）、回传（Backhaul，CU到核心网）三部分。相对于4G承载网，5G承载网增加了中传网络。
2.5G网络架构技术方向
5G网络架构的演进可以分成3个步骤来实施。
首先，构建以DC为中心的网络云化平台，部署基于云化架构的VNF（虚拟网络架构），引入跨DC部署与无状态设计，并将传统核心网业务搬迁至此云化平台；
图1-14 RAN部署架构
其次，引入C/U分离，并利用MEC技术构建分布式网络，保障低时延业务应用。
再次，引入SBA架构、网络切片（Slicing）、接入无关技术（Access Agnostic），为各式各样差异化需求提供on demand服务，以支撑5G业务，如图1-15所示。
图1-15 5G网络架构的演进
1）5G接入平面—异构站间协同组网
面向不同的应用场景，无线接入网由孤立管道转向支持异构基站多样（集中或分布式）的协作，灵活利用有线和无线连接实现回传，提升小区边缘协同处理效率，优化边缘用户体验速率。图1-16描绘了5G的组网关键技术。
(1)C-RAN
集中式C-RAN组网是未来无线接入网演进的重要方向。在满足一定的前传和回传网络的条件下，可以有效提升移动性和干扰协调的能力，重点适用于热点高容量场景布网。
图1-16 5G组网关键技术
面向5G的C-RAN部署架构中，远端无线处理单元（RRU）汇聚小范围内，RRU信号经部分基带处理后进行前端数据传输，可支持小范围内物理层级别的协作化算法。
池化的基带处理中心集中部署移动性管理，多RAT管理，慢速干扰管理，基带用户面处理等功能，实现跨多个RRU间的大范围控制协调。利用BBU、RRU接口重构技术，可以平衡高实时性和传输网络性能要求。
(2)D-RAN
能适应多种回传条件的分布式D-RAN组网是5G接入网的另一个重要方向。在D-RAN组网架构中，每个站点都有完整的协议处理功能。
站点间根据回传条件，灵活选择分布式多层次协作方式来适应性能要求D-RAN能对时延及其抖动进行自适应，基站不必依赖对端站点的协作数据，也可正常工作。分布式组网适用于作为连续广域覆盖以及低时延等的场景组网。
（3）无线mesh网络
作为有线组网的补充，无线mesh网络利用无线信道组织站间回传网络，提供接入能力的延伸。无线mesh网络能够聚合末端节点（基站和终端），构建高效、即插即用的基站间无线传输网络，提高基站间的协调能力和效率，降低中心化架构下数据传输与信令交互的时延，提供更加动态、灵活的回传选择，支撑高动态性要求场景，实现易部署、易维护的轻型网络。
2）5G数据平面—网关与业务下沉
如图1-17所示，通过现有网关设备内的控制功能和转发功能分离，实现网关设备的简化和下沉部署，支持“业务进管道”，提供更低的业务时延和更高的流量调度灵活性。
通过网关控制承载分离，将会话和连接控制功能从网关中抽离，简化后的网关下沉到汇聚层，专注于流量转发与业务流加速处理，更充分地利用管道资源，提升用户带宽，并逐步推进固定和移动网关功能和设备形态逐渐归一，形成面向多业务的统一承载平台。
IP锚点下沉使移动网络具备层三组大网的能力，因此应用服务器和数据库可以随着网关设备一同下沉到网络边缘，使互联网应用、云计算服务和媒体流缓存部署在高度分布的环境中，推动互联网应用与网络能力融合，更好地支持5G低时延和高带宽业务的要求。
3）5G控制平面—网络控制功能重构
在网关转发功能下沉的同时，抽离的转发控制功能（NF-U）整合到控制平面中，并对原本与信令面网元绑定的控制功能（NF-C）进行组件化拆分，以基于服务调用的方式进行重构，实现可按业务场景构造专用架构的网络服务，满足5G差异化服务需求。控制功能重构的关键技术主要包括以下方面。
图1-17 数据平面演进
（1）控制面功能模块化梳理控制面信令流程，形成有限数量的高度内聚的功能模块作为重构组件基础，并按应用场景标记必选和可选的组件。
（2）状态与逻辑处理分离对用户移动性、会话和签约等状态信息的存储和逻辑进行解耦，定义统一数据库功能组件，实现统一调用，提高系统的稳健性和数据完整性。
（3）基于服务的组件调用按照接入终端类型和对应的业务场景，采用服务聚合的设计思路，服务引擎选择所需的功能组件和协议（如针对物联网的低移动性功能），组合业务流程，构建场景专用的网络，服务引擎能支持局部架构更新和组件共享，并向第三方开放组网能力。
4）5G网络服务—端到端网络切片
网络切片利用虚拟化技术将通用的网络基础设施资源根据场景需求虚拟化为多个专用虚拟网络，每个切片都可独立按照业务场景的需要和话务模型进行网络功能的定制剪裁和相应网络资源的编排管理，是5G网络架构的实例化。
网络切片打通了业务场景、网络功能和基础设施平台间的适配接口。通过网络功能和协议定制，网络切片为不同业务场景提供所匹配的网络功能。例如，热点高容量场景下的C-RAN架构，物联网场景下的轻量化移动性管理和非IP承载功能等。同时，网络切片使网络资源与部署位置解耦，支持切片资源动态扩容缩容调整，提高网络服务的灵活性和资源利用率。切片的资源隔离特性增强整体网络健壮性和可靠性。一个切片的生命周期包括创建、管理和撤销3个部分。如图1-18所示，运营商首先根据业务场景需求匹配网络切片模板，切片模板包含对所需的网络功能组件，组件交互接口以及所需网络资源的描述；上线时由服务引擎导入并解析模板，向资源平面申请网络资源，并在申请到的资源上实现虚拟网络功能和接口的实例化与服务编排，将切片迁移到运行态。网络切片可以实现运行状态中速功能升级和资源调整，在业务下线时及时撤销和回收资源。
针对网络切片的研究主要在3GPP和ETSI NFV产业推进组进行，3GPP重点研究网络切片对网络功能（如接入选择、移动性、连接和计费等）的影响，ETSI NFV产业推进组则主要研究虚拟化网络资源的生命周期管理。
当前，通用硬件的性能和虚拟化平台的稳定性仍是网络切片技术全面商用的瓶颈，运营商也正通过概念验证和小范围部署的方法稳步推进技术成熟。
图1-18 网络切片