解读欧盟5GPPP的5G架构白皮书

作者：李远东

2016年6月，欧盟5GPPP（5G公私合资合作研发机构）发布白皮书“View on 5G Architecture”（《对5G架构的观点》），本文对其核心内容与思想作概要介绍。

1、该白皮书的总体情况

该白皮书总结了欧盟5GPPP的16个项目在过去一年中的研发成果（涉及从5G物理层架构到总体架构、5G逻辑与功能架构、5G网络管理、5G软件网络与技术等各个领域）及共同点、趋势，并提出为最终满足5G需求所需解决的挑战性问题，最后讨论了通用的5G参考框架对于5G标准化的影响。共八章、60页。

接下来，欧盟5GPPP 5G架构工作组将依据该白皮书研发一个通用的5G参考框架，而且在研发出来后，还会根据实际需要不断完善该框架。

参与该白皮书编写的包括Nokia贝尔实验室（欧盟5GPPP 5G架构工作组主席单位）、华为技术有限公司（欧盟5GPPP 5G架构工作组副主席单位）、爱立信、IBM、三星、Fraunhofer希赫兹研究所、NEC、伦敦大学大学学院、西苏格兰大学、罗马大学、帕德博恩大学、科尔切斯特大学、布里斯托大学等。

2、为何需要打造全新的5G总体架构？

欧盟5GPPP认为，一种全新的5G网络总体架构，应能通过部署网络切片技术（以高成本效率的方式）、支持原生的（网络）软件化、集成/整合通信与计算、集成/整合各种异构的接入技术（包括固网接入技术与无线网接入技术），来满足诸多潜在应用场景（自动驾驶、机器人远程控制、触觉应用等）对于5G网络的需求（相关需求的差异将会很大，这就是5G所面临的最大挑战，从而就需要增强5G架构的灵活性）。

3、构建5G技术与商业生态系统

欧盟5GPPP认为，构建如图1所示的5G技术与商业生态系统，有利于将来的5G网络高效率、低成本地提供各类新兴业态服务。因此，总体上，5G网络架构应具备为汽车、能源、食品、农业、医疗、教育等垂直行业提供定制化专网组网服务的能力。

图1、欧盟5GPPP所提出的5G生态系统

从图1看来，该5G生态系统既包括技术，还涵括商业/业务，自下而上一共有五层：基础设施层、网络功能层、编排层、业务功能层、业务层。

由此看来，在这种5G生态系统之中，各个服务提供商可以方便地通过5G移动通信运营商（不局限于一个，可以是若干个）所开放的北向接口，去实时、动态地按需租用底层基础网络的计算与存储资源，也可按需使用移动接入网或者固移融合接入网来分发业务内容/数据。从而将可大大提高5G网络的多业务灵活支撑能力。

具体地，上文图1所示的5G生态系统的核心在于：

（1）最高层（业务层与业务功能层）用于实现业务流程，并提供与应用相关的功能（注：业务功能层具有相关的功能库）。

（2）编排层是移动通信运营商参与5G生态系统的关键一环，其中的编排功能将可使得5G网络运营商面向各种不同的、专用的、以业务驱动的逻辑网络（又被业界称为“网络切片”）相应地分配/指配计算资源、存储资源及网络资源。特别值得一提的是，如果某个基础设施提供商满足不了服务提供商的需求，图1所示的5G生态系统还将可支持跨域的业务编排与资源编排（这是一种灵活的资源共享机制），从而就需要各个网络运营商实现在网络功能层的互联互通。

（3）欧盟5GPPP还指出，对于5G业务的快速实例化，应采取新兴的可信模式，以在网络信息安全形势日益严峻的背景下，支撑各种新的业务及服务交付模式。同时，还应面向该5G生态系统研发能保证用户隐私信息安全的创新型解决方案。

4、欧盟5GPPP关于“5G设计目标”的观点

欧盟5GPPP所提出的5G设计目标主要包括：端到端的网络切片；以SDN（软件定义网络）/NFV（网络功能虚拟化）来使能；与现有4G LTE及其后续演进集成/整合；控制平面与用户数据平面相分离；无线接入网络与核心网络相分离；可被虚拟化的元素以及哪些元素不能被虚拟化；各种虚拟网络功能的灵活部署；新兴5G功能的特定示例；多连接；C-RAN（集中式无线接入网）、D-RAN（分布式无线接入网）与不同功能分离；新兴的5G回程技术；固移融合；云设施的研发；多域编排；把“网络信息安全”作为5G架构设计的组成部分。

5、欧盟5GPPP所提出的5G架构

如图2所示，欧盟5GPPP所提出的5G架构主要包括五大方面：物理资源层面、逻辑与功能层面、系统管理层面、基础设施控制层面、应用于业务服务层面。对此，欧盟5GPPP在其发布的5G架构白皮书中按照总体架构、逻辑与功能架构、物理架构、软件网络技术作了详细阐述。

图2、欧盟5GPPP所提出的5G总体架构视图

另外，该白皮书还详细讨论了这种5G总体架构对于移动网络、物理组网与计算设施、业务与基础设施管理及编排、托管与部署系统的影响。

5G逻辑与功能架构则对于将来5G网络之中的（虚拟）网络功能作了总体考量，并提出面向“业务定制”的无线接入网与核心网络功能，还给出了逻辑架构设计的和谢娜范式、考虑了逻辑实体与接口、考量了无线接入网协议栈架构与多连接（Multi-Connectivity）、讨论了5G编排与网络管理功能。

而对于5G软件网络技术，重点讨论了5G无线接入网的软件化、5G移动边缘网络的软件化、5G核心网的软件化、5G传输网的软件化，并对5G网络的可编程特性作了考量，还讨论了5G网络的资源编排（网络功能的灵活编排）与业务编排，而且讨论了5G软件网络的网络信息安全问题。

6、该5G架构对于5G标准化的影响

欧盟5GPPP的这份5G架构白皮书指出，全球诸多标准组织均已参与5G的标准化工作，其中包括各个老牌的标准组织、技术论坛、行业组织/协会、开源组织/社区（OPNFV，OpenDaylight，OpenStack等）。

此外，专注于5G架构与安全标准化的组织有3GPP（移动通信国际标准组织）、ITU-T（国际电信联盟电信标准局）、ETSI（欧洲电信标准协会）、IETF（因特网工程任务组）、ONF（开放式网络论坛）、BBF（宽带论坛）、oneM2M（聚焦于物联网与机器到机器通信的标准化）。具体如下：

（1）3GPP对5G架构的研究，分为5G系统架构与5G无线接入网架构：①3GPP SA2负责研究RAN（无线接入网）-CN（核心网络）接口、RAN-CN功能分离、下一代移动网络的CN系统架构（可支撑异构多层无线接入）；②3GPP RAN2与RAN3负责研究5G无线接入网架构（包括无线接入网切片）；③3GPP SA3负责研究5G安全；④3GPP SA5负责研究5G网络管理，也是3GPP里研究网络功能化虚拟化的主要机构。

（2）ITU-T对于5G的标准化研究包括总体架构、网络软件化、集成式网络管理、固移融合。

（3）ETSI对于5G的标准化的影响聚焦于架构与安全方面：①IFA（接口与架构）；②EVE（演进与生态系统）；③REL（可靠性、可用性与保障）；④SEC（5G安全）。

（4）IETF对于5G的标准化的影响聚焦于架构与安全方面：IETF DMM（5G）、IETF SFC（业务功能链）、IETF I2NSF（5G安全）、IETF NFVRG（网络功能虚拟化）。

（5）ONF研发出了一个与SDN及NFV理念相关的SDN架构，其对5G标准化的影响聚焦于SDN架构与安全。

（6）BBF在固网领域的影响很大，其对5G标准化的影响聚焦于BBF架构及迁移、BBF有线及无线（5G）融合、BBF用户业务（物联网）、BBF SDN/NFV。

（7）oneM2M对5G标准化的影响主要集中于无线/蜂窝物联网领域，包括oneM2M ARC（物联网架构）、oneM2M SEC（物联网安全）、oneM2M MAS（物联网管理抽象及语义）。

（8）此外，其他组织可能会对5G标准化产生一定的影响。比如TMF（全球电信管理论坛）的TMF ZOOM正聚焦研究SDN/NFV技术。

本文转载自上海情报服务平台