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【摘要】5G网络技术已经成为我国较为先进的移动通信技术，2019年11月1日三大运营商的5G商用套餐正式上线，标志着我国正式进入了5G网络商用时代。近两年5G网络发展迅速，在各行业领域中都显示出重要的应用价值，而5G无线网络更是覆盖当前众多场景当中，越来越高的频段要求以及业务需求导致5G网络结构越来越复杂，基站数量和部署密度更是逐年增加，在这种情况下，必须要加强5G无线网络架构标准化进展的研究，以便可以为5G无线网络的提供技术支撑。基于此，本文就5G无线网络架构的标准化进展进行了分析。
【关键词】5G;无线网络架构;标准化
中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.011.006
3G、4G网络发展时国际上都制定了相关的标准，从而使其发展方向也有着较为严格的标准要求，近几年随着5G的发展以及商用价值的不断提高，其标准化要求也越来越高，再加上当前5G无线网络的覆盖场景越来越来越多，因此必须推动5G无线网路架构的标准化发展，从而有效推动5G网络不断走向成熟。
1. 5G无线网络架构
国际上多个标准化组织如ITU、NGMN联盟等都已经开始进行5G网络及其架构的研究工作。其中3GPP作为移动网络标准最主要的制定方，5G网络架构的设计将是其国际组织的重点工作，GPP的5G新无线接入技术（NR）架构如下图1所示。从图中可看出，gNB基站为终端提供NG的用户面（UP）和控制面（CP），eLTEeNB（升级后的LTE基站）为终端提供E-UTRA的用户面和控制面，在标准规范里会同时提供NR和E-UTRA的用户面和控制面。gNB之间、eLTEeNB之间、NR与eLTEeNB之间通过Xn接口互连。基站与核心侧网关（NG-CP/UPGW）通过NG接口实现多对多连接。
5G无线网络架构具有以下特点，一是高度的智能性，其实现了承载和控制相分离，并且支持用户面和控制面独立扩展和演进，在集中控制的基础上还可以按照多种场景的实际特点实现智能化的管理;二是网元和架构配置的灵活性，物理节点和网络功能解耦，物理网元配置则可灵活采取多种手段，因而可以按照根据应用场景的实际情况进行灵活配置;三是建设和运维成本的高效性，就目前来看，5G网络建设和运维成本的数目较高，要想实现商用创造更大的价值，还需要在5G无线网络架构设的设计中关注建设和运维成本。
2. 5G网络概要级框架
2.1 5G需求与网络功能映射
2.1.1 指标方面
在移动通信系统中，业务速率会随着用户移动和覆盖变化而不断的改变，导致其无法给用户提供一个较为未定的体验速率，因此需要改变传统的“终端一基站”一对一传输机制，主要就是引入联合多站点协同来平滑和保证速率。毫秒级时延也是5G技术发展的重要需要，目前在光传输速率的限制下，网内传输时延大多是百毫秒量级，因此需要将网关和业务服务器下沉到网络边缘，并引人更高效的切换机制;除此以外，现网限于中心转发和单一控制的功能机制，在高吞吐量和大连接的背景下会造成更大的拥塞和过载风险，这要求5G网络控制功能更灵活，流量分布更均衡。
2.1.2 运营能效方面
4G网络主要定位在互联网接入管道，长期形成了重建设、轻运维的定式，简单化的运营手段难以适应5G物聯网和垂直行业高度差异化的要求。因此，在5G无线网络架构中还需要引入互联网灵活快速的服务理念和更弹性的基础设施平台，提高其运营能效，促进其标准化进展的加快。
2.2 5G网络逻辑功能框架
5G网络采用基于功能平面的框架设计，将传统与网元绑定的网络功能进行抽离和重组，重新划分为3个功能平面，一是接入平面，该平面中主要包括了各种类型的基站和无线接入设备，其中综合的站间拓扑构建主要是通过增强的异构基站间交互机制来实现，站间实时的信息交互与资源共享则是能够实现有效的协同控制，然后以此来使用不同场景下的业务需求;
二是控制平面，该平面主要是为5G新空口和传统空口提供统一的网络接口，在实际应用中海会按照不同业务场景的不同特点来定制专属的网络服务，以此还能够实现精细化网络资源管控和能力开放;
三是数据平面，在控制平面的统一调度下，数据平面的核心网网关下沉到城域网汇聚层，采取分布式部署，整合分组转发、内容缓存和业务流加速能力，最终完成了业务数据的边缘处理以及流转发等等。
3. 5G网络架构的部署状态
3.1 SA/NSA标准
3GPP对SA/NSA等不同类型的架构也有着不同的要求，以Option3/3a/3x为例，其属于非独立组网方案，即EN-DC，这时候需要将LTE基站看做是控制面并将其接入到EPC网络中，这时候需要将NR看作一个全新的在载波，用户通过gNB就可以开始发送。其在实际应用中还需要确保基站之间传输宽带必须要满足LTE的峰值流量。连接5G核心网的NSA网络架构如下图2所示。
3.2 CU/DU分离标准
5G的gNB在当前标准中也支持CU/DU两种部署方案，就CU/DU结构来货，其中CU中包含了5G中的上层功能，DU中则是涵盖了底层的协议栈位，在此基础上还需要综合考虑多个方面的内容进行相应的研究。在高层划分上，CU主要是控制无线资源，然后在去DU中完成多媒体接入和物理层功能，其所具备的传输效果更加的稳定，即使出现传输错误的情况也看可以重新进行修复工作，确保控制面板可以发出正确的指令。 4. 5G网络架构的标准化进展
4.1 ITU
ITU最开始是在2012年的时候首次提出的5G网络架构的标准化进展研究，并于2015年开展了相关的技术性研究。在其研究期间还提出了5G网络的未来需求，并以此为依据制定了相应的网络模板，然后开始向全世界征集5G网络架构的技术方案，该活动一直持续到2017年，之后还正式启动了5G网络架构选拔技术的方案。
4.2 IEEE
IEEE是国际标准的4G网络的研究机构，自5G网络研发之初，该组织也开始结合自身的实际进行了无线网络区域的5G网络研究，并通过专业化的制定标准为5G网络架构的标准化发展制定了科学的方法，由此开始了信道建模、前传接口以及无线核心网、无线网等领域的研究，从而为5G无线网络架构的标准化研究奠定了坚实的基础。
4.3 3GPP
3GPP从2015年就开始正式加入5G网络构架标准化研究工作中（如下图3所示），目前其对5G网络架构标准化研究主要有三个版本，一是R14版本，其主要针对的是5G网络的总体框架以及相关技术应用;二是R15版本，其主要是在满足用户需求的基础上制定5G网络架构的标准;三是R16版本，其主要是针对5G网络架构的标准化进行相应的规范。
除此之外，3GPP的SA2针对5G网络架构的研究工作企业的了一些成果，其也对5G网络在未来发展的前景进行了规划一是实现数量数据流量的处理，解决设备快速增长的问题;二是融入一些先进技术，进一步降低网络运营成本，提高网络的运转效率与运转质量。
5. 结语
综上所述，随着5G网络的普及，其覆盖场景也越来越多，加强对5G无线网络架构的标准化研究也受到該行业专家学者的重视，同时其所具有的高效率、低延时和稳定性等优点能够有效推动移动通信的进一步发展，为无线网络开辟了新的发展契机，因此必须要重视起5G无线网络架构的标准化研究，从而推动现代移动网络通信技术的高水平发展。
参考文献：
[1]由宗铭.5G无线接入网络架构设计探讨[J].网络安全技术与应用，2019（02）：50+56.
[2]王学灵.5G网络架构与无线网虚拟化研究[J].邮电设计技术，2019（07）：33-37.
[3]黄高雷，宋锡楼.5G网络架构设计关键技术及标准化研究[J].建材与装饰，2016（50）：171-172.
[4]朱浩，项菲.5G网络架构设计与标准化进展[J].电信科学，2016（04）：126-132.
[5]谭仕勇，倪慧，张万强，吴晓波，胡华东.5G标准之网络架构——构建万物互联的智能世界[J].中国信息化，2020（04）：109.
【关键词】5G;无线网络架构;标准化
中图分类号：TN929 文献标识码：A DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.011.006
3G、4G网络发展时国际上都制定了相关的标准，从而使其发展方向也有着较为严格的标准要求，近几年随着5G的发展以及商用价值的不断提高，其标准化要求也越来越高，再加上当前5G无线网络的覆盖场景越来越来越多，因此必须推动5G无线网路架构的标准化发展，从而有效推动5G网络不断走向成熟。
1. 5G无线网络架构
国际上多个标准化组织如ITU、NGMN联盟等都已经开始进行5G网络及其架构的研究工作。其中3GPP作为移动网络标准最主要的制定方，5G网络架构的设计将是其国际组织的重点工作，GPP的5G新无线接入技术（NR）架构如下图1所示。从图中可看出，gNB基站为终端提供NG的用户面（UP）和控制面（CP），eLTEeNB（升级后的LTE基站）为终端提供E-UTRA的用户面和控制面，在标准规范里会同时提供NR和E-UTRA的用户面和控制面。gNB之间、eLTEeNB之间、NR与eLTEeNB之间通过Xn接口互连。基站与核心侧网关（NG-CP/UPGW）通过NG接口实现多对多连接。
5G无线网络架构具有以下特点，一是高度的智能性，其实现了承载和控制相分离，并且支持用户面和控制面独立扩展和演进，在集中控制的基础上还可以按照多种场景的实际特点实现智能化的管理;二是网元和架构配置的灵活性，物理节点和网络功能解耦，物理网元配置则可灵活采取多种手段，因而可以按照根据应用场景的实际情况进行灵活配置;三是建设和运维成本的高效性，就目前来看，5G网络建设和运维成本的数目较高，要想实现商用创造更大的价值，还需要在5G无线网络架构设的设计中关注建设和运维成本。
2. 5G网络概要级框架
2.1 5G需求与网络功能映射
2.1.1 指标方面
在移动通信系统中，业务速率会随着用户移动和覆盖变化而不断的改变，导致其无法给用户提供一个较为未定的体验速率，因此需要改变传统的“终端一基站”一对一传输机制，主要就是引入联合多站点协同来平滑和保证速率。毫秒级时延也是5G技术发展的重要需要，目前在光传输速率的限制下，网内传输时延大多是百毫秒量级，因此需要将网关和业务服务器下沉到网络边缘，并引人更高效的切换机制;除此以外，现网限于中心转发和单一控制的功能机制，在高吞吐量和大连接的背景下会造成更大的拥塞和过载风险，这要求5G网络控制功能更灵活，流量分布更均衡。
2.1.2 运营能效方面
4G网络主要定位在互联网接入管道，长期形成了重建设、轻运维的定式，简单化的运营手段难以适应5G物聯网和垂直行业高度差异化的要求。因此，在5G无线网络架构中还需要引入互联网灵活快速的服务理念和更弹性的基础设施平台，提高其运营能效，促进其标准化进展的加快。
2.2 5G网络逻辑功能框架
5G网络采用基于功能平面的框架设计，将传统与网元绑定的网络功能进行抽离和重组，重新划分为3个功能平面，一是接入平面，该平面中主要包括了各种类型的基站和无线接入设备，其中综合的站间拓扑构建主要是通过增强的异构基站间交互机制来实现，站间实时的信息交互与资源共享则是能够实现有效的协同控制，然后以此来使用不同场景下的业务需求;
二是控制平面，该平面主要是为5G新空口和传统空口提供统一的网络接口，在实际应用中海会按照不同业务场景的不同特点来定制专属的网络服务，以此还能够实现精细化网络资源管控和能力开放;
三是数据平面，在控制平面的统一调度下，数据平面的核心网网关下沉到城域网汇聚层，采取分布式部署，整合分组转发、内容缓存和业务流加速能力，最终完成了业务数据的边缘处理以及流转发等等。
3. 5G网络架构的部署状态
3.1 SA/NSA标准
3GPP对SA/NSA等不同类型的架构也有着不同的要求，以Option3/3a/3x为例，其属于非独立组网方案，即EN-DC，这时候需要将LTE基站看做是控制面并将其接入到EPC网络中，这时候需要将NR看作一个全新的在载波，用户通过gNB就可以开始发送。其在实际应用中还需要确保基站之间传输宽带必须要满足LTE的峰值流量。连接5G核心网的NSA网络架构如下图2所示。
3.2 CU/DU分离标准
5G的gNB在当前标准中也支持CU/DU两种部署方案，就CU/DU结构来货，其中CU中包含了5G中的上层功能，DU中则是涵盖了底层的协议栈位，在此基础上还需要综合考虑多个方面的内容进行相应的研究。在高层划分上，CU主要是控制无线资源，然后在去DU中完成多媒体接入和物理层功能，其所具备的传输效果更加的稳定，即使出现传输错误的情况也看可以重新进行修复工作，确保控制面板可以发出正确的指令。 4. 5G网络架构的标准化进展
4.1 ITU
ITU最开始是在2012年的时候首次提出的5G网络架构的标准化进展研究，并于2015年开展了相关的技术性研究。在其研究期间还提出了5G网络的未来需求，并以此为依据制定了相应的网络模板，然后开始向全世界征集5G网络架构的技术方案，该活动一直持续到2017年，之后还正式启动了5G网络架构选拔技术的方案。
4.2 IEEE
IEEE是国际标准的4G网络的研究机构，自5G网络研发之初，该组织也开始结合自身的实际进行了无线网络区域的5G网络研究，并通过专业化的制定标准为5G网络架构的标准化发展制定了科学的方法，由此开始了信道建模、前传接口以及无线核心网、无线网等领域的研究，从而为5G无线网络架构的标准化研究奠定了坚实的基础。
4.3 3GPP
3GPP从2015年就开始正式加入5G网络构架标准化研究工作中（如下图3所示），目前其对5G网络架构标准化研究主要有三个版本，一是R14版本，其主要针对的是5G网络的总体框架以及相关技术应用;二是R15版本，其主要是在满足用户需求的基础上制定5G网络架构的标准;三是R16版本，其主要是针对5G网络架构的标准化进行相应的规范。
除此之外，3GPP的SA2针对5G网络架构的研究工作企业的了一些成果，其也对5G网络在未来发展的前景进行了规划一是实现数量数据流量的处理，解决设备快速增长的问题;二是融入一些先进技术，进一步降低网络运营成本，提高网络的运转效率与运转质量。
5. 结语
综上所述，随着5G网络的普及，其覆盖场景也越来越多，加强对5G无线网络架构的标准化研究也受到該行业专家学者的重视，同时其所具有的高效率、低延时和稳定性等优点能够有效推动移动通信的进一步发展，为无线网络开辟了新的发展契机，因此必须要重视起5G无线网络架构的标准化研究，从而推动现代移动网络通信技术的高水平发展。
参考文献：
[1]由宗铭.5G无线接入网络架构设计探讨[J].网络安全技术与应用，2019（02）：50+56.
[2]王学灵.5G网络架构与无线网虚拟化研究[J].邮电设计技术，2019（07）：33-37.
[3]黄高雷，宋锡楼.5G网络架构设计关键技术及标准化研究[J].建材与装饰，2016（50）：171-172.
[4]朱浩，项菲.5G网络架构设计与标准化进展[J].电信科学，2016（04）：126-132.
[5]谭仕勇，倪慧，张万强，吴晓波，胡华东.5G标准之网络架构——构建万物互联的智能世界[J].中国信息化，2020（04）：109.