中国联通 5G 服务化网络白皮书 中国联合网络通信有限公司网络技术研究院 2018 年 6 月 中国联通 5G 服务化网络白皮书 目 录 1 5G 服务化网络发展背景................................................................................................ 1 1.1 5G 时代多元化的业务需求 ............................................................................................... 1 1.2 当前移动网络面临的困难和挑战 ...................................................................................... 2 2 5G 服务化网络关键功能................................................................................................ 3 2.1 服务化网络系统框架 ......................................................................................................... 3 2.2 服务化网络的能力开放 ..................................................................................................... 5 2.3 服务化网络的管理维护 ..................................................................................................... 6 3 5G 服务化网络云化实现................................................................................................ 6 3.1 云化架构是服务化网络的基础 ......................................................................................... 6 3.2 服务化网络的 NFV 模版设计 ........................................................................................... 7 4 5G 服务化网络演进思路................................................................................................ 9 5 总结与展望 ..................................................................................................................... 10 I 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018 中国联通 5G 服务化网络白皮书 中国联通 5G 服务化网络白皮书 1 5G 服务化网络发展背景 1.1 5G 时代多元化的业务需求 5G 时代，移动网络将不仅为传统的人人通信提供支持，同时将提供大量前所未有的新 兴行业的后向合作，业务的发展趋势逐渐由基于现有技术和大众市场的核心应用，转向基于 全新技术和面向垂直行业研发和探索的应用。 新兴业务 自动控制 延伸业务 智能安防 拟真视频通信 UHD内容 交付 核心业务 实时远程 信息处理 虚拟现实 增强现实 移动宽带 VHBB互联网 接入 IMS业务 现场急救连接 远程控制 电子健康 智能测量 自动驾驶 云服务 语音/短信业务 人对人 专用网络 人对物 物对物 图 1-1 5G 技术框架 未来不同服务对于网络的要求是多样化的，例如智能家居、智能电网、智能农业和智能 秒表需要大量的额外连接和频繁传输小型数据包的服务支撑，自动驾驶和工业控制要求毫秒 级时延和趋于 100%的可靠性，而娱乐信息服务则要求固定或移动宽带连接。上述服务需求 表明 5G 网络需要更加灵活以支撑不同环境下的业务需求。 为适配未来不同服务的需求， 5G 网络需要更灵活更开放的弹性架构，能快速部署和 变更，并提供高效灵活的管理能力，以便为未来的不同行业需求做出快速的响应和调整。 1 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018 中国联通 5G 服务化网络白皮书 1.2 当前移动网络面临的困难和挑战 现有的移动网络架构是为语音通信以及常规的数据业务而设计，而且经历了 3GPP 各 个版本的升级，网元众多，网元功能相互重叠，网元间接口复杂，其灵活性不足以支撑 5G 时代的多业务场景 网元功能耦合 签约上下文 用户数据 HSS SPR Rx 计费 安全认证 接入控制 移动性管理 网关选择 MME 会话管理 会话管理 PCRF 地址分配 QoS 报文转发 S/P-GW 图 1-2 EPC 网元功能分布 3GPP 协议定义的 EPC 网元功能组合复杂，网络功能同网元强耦合，而且存在功能重 叠，所有不同的业务共用同一套逻辑控制功能，无法做到为某一种特定的业务类型定制控制 功能组合。众多控制功能间的紧耦合性以及复杂接口缺乏必要的灵活性，造成新业务的上线 周期长，网络的运维成本高等问题。而灵活组合、个性化定义、动态部署以及灵活扩展能力 将是下一代移动网络的必要特性，以现有 EPC 系统的情况，很难适应未来 5G 复杂多变的 应用场景。 协议定义固化 EPC 的网络协议多实现为二进制编码格式，基于严格、固定的接口消息格式定义，某 些网络协议的传输和编解码开销相对较大。业务的上线周期比较长，这将限制网络和新业务 的快速创新能力。而为满足针对各类业务的快速组网定义和灵活部署，急需网络定义更新、 更灵活、更轻量化的网络协议，以实现新业务的部署商用，进而通过网络创造更多的价值。 网络拓扑复杂 2 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018 中国联通 5G 服务化网络白皮书 现有 EPC 网络下，随着运营商网络的不断发展和迭代，网元和接口功能的复杂度逐步 随着接口数量的增加而增加：从 2G、3G 到 4G 网络，每增加一个新的网元，就需要考虑引 入该网元的接口，以及其与现有网络兼容的问题，往往一个网元和接口的引入会影响到其他 多个现有网元和接口，并进一步影响到后期的端到端的网络维护。传统的“点到点”架构下 的固有的连接模式导致后续新网元和新功能的引入容易造成“牵一发而动全身”的问题。在 后续功能增强中，一个消息参数的修改需要端到端的考虑整个信令流程的兼容性，导致前向 演进的复杂度会随着新版本的产生而增加。 网络运维的人工依赖 现有移动网络的大量运维活动仍然依赖人工参与，自动化程度较低。例如通过人工来打 通不同环节，操作部门需要在 EMS 对设备进行维护，维护模式是针对逐个网元设备，并且 需要理解大量设备相关信息，操作效率很低。 在 5G 时代，对网络自动化提出了极大的需求，根据需要可以自动定义组网结构、自 动部署、灵活扩充。并且，同一张网络中可以存在若干个网络切片，每一个网络切片都将拥 有特定的拓扑结构，网络功能以及资源分配模型，如果像当前的网络运维一样大量依赖人工 的方式对网络进行设计和部署，将对运营商的运维系统带来极大的挑战。 网络功能开放性 国内外运营商都希望开放网络能力以提供更多增值服务，但至今能力开放的商业成果仍 不能满足运营商日益迫切的转型需求。导致这种结果的原因，除了商业模型限制外，还有本 身网络架构的局限性。3GPP 前期网络架构在设计的过程中并没有考虑能力开放，虽然通过 网元修改也能够实现部分网络能力开放，但无法满足电信级 API 快速创新需求。普通的 Web API 创新周期为几小时或者几天，而由于网络架构的限制，电信级 API 创新周期往往需要数 月甚至更长的时间，严重阻碍了网络能力开放的发展。 当前架构中，能力开放使能网元（Enabler）通过私有接口连接各网元，为了增加一个 新的 API，往往要修改 Enabler 和提供能力的所有网元，周期很长。另一方面为解决 Multi-Vendor 场景，还面临标准化问题，多数运营商要求商用部署前先标准化，但这种从定 义规范、开发产品、网络部署上线流程要经过几年时间，远远无法满足新业务创新需求。 2 5G 服务化网络关键功能 2.1 服务化网络系统框架 在面向业务的 5G 网络架构中，我们可以将现有网络侧的控制面功能进行融合和统一， 同时将控制面功能分解成为多个独立的网络服务，这些独立的网络服务可以根据业务需求进 3 版权所有 ©中国联通网络技术研究院，2018 中国联通 5G 服务化网络白皮书 行灵活的组合。每个网络服务和其他服务在业务功能上解耦，并且对外提供统一类型的服务 化接口，向其它调用者提供服务，将多个耦合接口转变为单一服务接口，可以有效减少接口 数量，并统一服务调用方式，进而提升了网络的灵活性。 服务化网络提供了基于服务化的调用接口，服务化接口基于 TCP/HTTP 2.0 进行通讯， 使用 JSON 作为应用层通信协议的封装。基于 TCP/HTTP 2.0/JSON 的调用方式，使用轻 量化 IT 技术框架，可以适应 5G 网络灵活组网定义、快速开发、动态部署的需求。在将来， 服务化接口还可以使用 QUIC/HTTP 2.0 进行通讯，相比较 TCP/HTTP 2.0 方式，可以获得 更高的通讯效率。 控制面服务组合 控制面服务 控制器 移动性管理服务 外部接 口功能 会话管理服务 其他服务 （如位置服务等） 服务管理框架 用户数据 管理 安全管理 接入控制 数据服务 策略管理 其他 基本控制面服务 图 2-1 网络功能服务化 在网络功能服务化的应用中，所有的服务调用、交互过程均在服务管理框架内进行， 5G 服务化网络在控制面和转发面分离的情况下，进一步对控制面网元进行了“总线式”连 接，所谓的“总线”在实际部署中是一台或几台路由器，与目前的 4G 网络中 DRA 不同的 是，DRA 本身是感知