5G核心网基础知识概述

5G核心网基础概述课程内容5G核心网业务需求及愿景5G核心网标准和业界进展5G核心网网络重构架构5G核心网部署演进策略5G核心网解决方案3G/HSPA

-100Mbps4G/LTE-1Gbps2000语音数据互联网数据占主导地位丰富的应用程序高移动性201010-100x带宽增长海量用户连接移动互联网物联网2020+1G19802G

-100Kbps1990数字语音模拟语音5G

andBeyond–10G+bps移动通信的发展趋势——需求驱动技术5G场景驱动力之1——极致视频体验商用时间段201620182022分辨率2K4K16K带宽需求Mbps25661600+时延需求ms20ms16ms5ms计算位置本地本地云端需要网络4GPre5G5GAR/VR/MR、超高清视频演进对网络的需求5G网络才能满足AR/VR/MR、超高清视频等超大带宽需求从AR/VR/MR到超高清视频，从远程控制到自动驾驶，视频需求已经渗透到“5G”社会的方方面面，4G的几十兆的带宽已经远远不能满足高清视频对带宽的需求，5G的大带宽特性完美契合当下的应用。基于数据的行业MR业务超高清视频远程驾驶更多交互式AR/VR游戏视网膜级别的VR赛事直播5G场景驱动力之2——超低网络时延垂直行业对超低时延的需求日趋旺盛，唯有5G才能推动行业的技术革命智能网联汽车AR/VR/MR超高清视频家居娱乐智能制造智能电力远程控制1~10ms<20ms5~100ms<5ms5~50ms1~10ms4G：10ms如何满足？5G所对应的六大垂直行业中，对时延的要求基本都小于20ms，4G下50ms的时延已经成为行业发展的瓶颈，5G的低时延可以完美解决时延需求的问题。5G场景驱动力之3——万物互联4G5G超大连接4G的连接数密度为10万/平方公里，无法满足激增的大量终端连接数量需求万物互联促进了终端接入数量激增，5G势在必行！！4G时代：主要是人与人之间的连接5G时代：万物互联ITU对5G应用场景的划分GB/秒移动通信增强移动宽带eMBB海量机器类通信mMTC超高可靠低时延通信uRLLC智能家居智慧城市语音工业自动化增强现实云办公和游戏3D、超高清视频车联网远程医疗5GKPI全方位超越4G指标名称流量密度连接数密度时延移动性能效用户体验速率频谱效率峰值速率4G参考值0.1Mbps/m210万/km2空口10ms350Km/h1倍10Mbps1倍1Gbps5G取值10Tbps/Km2100万/Km2空口1ms500Km/h100倍提升0.1-1Gbps3倍提升20Gbps5G提升倍数10010101.4-1.510010-100320自动驾驶高可靠性应用流量密度(Mbit/s/m2)连接密度(devices/km2)网络能效峰值速率(Gbits/s)用户体验速率(Mbits/s)频谱效率移动性(km/h)时延(ms)IMT-2020IMT-Advanced1101x350101051061x100x100.1201003x5001大带宽高速率海量连接低时延高可靠性智慧城市智慧家居/楼宇高清语音超高清3D视频云办公/游戏AR/VR工业自动化GB/秒移动通信三大应用场景对网络要求越来越高，5G势在必行！！5G网络四大关键性能指标时延峰值吞吐率连接数高速移动性1ms空口10G+bps每用户1000K每平方公里500KM每小时AreaTrafficCapacity(Mbit/s/m2)ConnectionDensity(devices/km2)NetworkEnergyEfficiencyPeakDataRate(Gbits/s)UserExperiencedDataRate(Mbits/s)SpectrumEfficiencyMobility(km/h)Latency(ms)IMT-2020IMT-Advanced1101x350101051061x100x100.1201003x5001高性能KPI需求和多样化场景对核心网提出的要求5G网络KPI需求：高性能ITU-T定义的5G场景：多样化支持多样的商业模式：从消费者市场拓展到工业和企业市场提供灵活按需的业务：传统的单体软件架构无法提供灵活服务更加复杂的网络管理：5G核心网需要处理不同的接入技术网络安全和隐私保护：更加广泛的应用和环境带来很多安全问题更加开放的服务生态：需要开放平台快速、安全引入新业务对核心网的要求：服务化架构容器技术大数据/AI云计算SDN&NFVIT新技术的日益发展，ICT的深度融合，为5G核心网应对挑战、实现新的发展提供了巨大的支撑。ICT融合为5G核心网提供新的发展平台：统一物理基础设施，基于IaaS/PaaS进行网络部署，支撑多种业务场景服务：网络功能软件定义，按需编排逻辑独立的网络切片，支持多种接入制式融合，满足不同性能与功能需求开放：开放平台能力与业务能力，快速支持垂直行业的新业务上线管理：业务资源灵活编排，网络运维智能高效共享经济重构商业万物互联无处不在泛在智能如影随行虚拟世界包罗万象技术演进架构云化展望2025年，5G将开启一个崭新的世界课程内容5G核心网业务需求及愿景5G核心网标准和业界进展5G核心网网络重构架构5G核心网部署演进策略5G核心网解决方案5G标准进展-R15201520162017201820192020R145G研究R15第一阶段R16第二阶段5G演进IMT-2020需求IMT-2020

提案IMT-2020技术规范Non-standaloneNRStandaloneNRWaveform/CodingNumerologyFrameStructureMassiveMIMONon-standaloneNR

(2017.12)StandaloneNRCU/DURANSpliteMBBURLLC新空口网络架构应用场景R15主要聚焦eMBB，支持eMBB&uRLLC，2018Q2主交付冻结，具备规模部署能力；R17Option4&7NR-NRDC5G标准进展-R161、多用户MIMO增强、multi-TRP增强、波束管理增强2、52.6GHz以上的5G新空口研究3、异步NR-NR双连接方案4、无线接入/无线回传“一体化”5、工业物联网：uRLLC增强，满足诸如“工业制造”“电力控制”等6、新空口移动性(管理)增强：提高移动过程的可靠性、缩短中断时间7、基于5G新空口的V2X：满足由SA1定义的“高级自动驾驶”应用场景8、5G新空口的新型定位方式：实现更为精确的定位技术9、非正交多址接入(NOMA)技术标准化10、基于非授权频谱的5G新空口部署：利用非授权频谱提升5G系统容量11、非地面5G网络：利用卫星或者高空平台来提供5G通信服务12、远程干扰管理+交叉链路干扰抑制：识别造成强干扰的远端5G基站进行干扰抑制13、5G新空口终端功耗：5G终端工作在“CONNECTED”模式下降低功耗14、5G终端能力：5G终端上报“终端能力”并降低5G终端上报信令开销的方法15、5G新空口以无线接入网为中心的数据收集与利用预计冻结时间：2020年3月5G标准进展-R17Rel-17潜在方向包括：NRLight：针对中档NR设备（例如MTC、可穿戴等）运作进行优化设计；小数据传输优化：小数据包/非活动数据传输优化；Sidelink增强：sidelink是D2D直联通信采用的技术，Rel-17会进一步探索其在V2X、商用终端、紧急通信领域的使用案例，实现这几个应用中的最大共性，并包括FR2(>6GHz)频段的部分；多SIM卡操作：研究采用多SIM卡操作时对RAN的影响及规范的影响；NR多播/广播：驱动来自于V2X和公共安全应用；覆盖增强：明确所有相关场景的要求，重点是极端覆盖，包括室内与更宽广区域；非陆地网络NR：NR支持卫星通信相关标准化；定位增强：工厂/校园定位，IoT，V2X定位，3D定位，实现厘米级精度，包括延迟及可靠性提升；RAN数据收集增强：包括SON和MDT增强，采集数据以实现AI；NB-IoT和eMTC增强IoT和URLLC增强MIMO增强综合接入与回传增强非授权频谱NR增强节能增强17现阶段聚焦本地化业务，MEC对现网业务进行分流依托MEC边缘业务平台，开放网络能力，扩大MEC上层业务生态圈MEC运维自动化全面虚拟化网络切片化5GC标准&关键技术业界进展控制类（IMS、EPC-C、VAS等）成熟，已规模商用转发类（GW、SBC等）也已规模商用，还需进一步性能优化核心网子切片先行，满足eMBB业务目标实现E2E切片的业务编排能力，快速响应垂直行业的需求已具备网络端到端交付、测试开通能力逐步完善运维自动化商用能力3GPPR15标准满足2020eMBB商用要求5GC基于虚拟化部署已成业界共识，切片、自动化和MEC是5G区别于4G的关键优势3GPP标准R155GNSA和SA标准已经按期冻结R16基于R15增强，满足URLLC/mMTC场景，2020Q1完成5G主流市场的频谱规划在5G部署的初始阶段，3.5GHz是运营商的首选，除外。15个市场已确认或已使用3.5GHz频段作为5G的实验局。(<5GServiceProviderTracker:4Q17>,Ovum,Jan,2018)授权：450MHz–6000MHz；24250MHz–52600MHz*※*

欧洲考虑部署在700MHz※

美国考虑部署在600MHz和2.5GHzTBDConfirmedSub6GHzmmWave3.4-3.6GHz3.6-4.2GHz4.4-4.9GHz3.4-3.7GHz24.25-27.5GHz31.8-33.4GHz40.5-43.5GHz24.75-27.5GHz37-42.5GHz27.5-29.5GHz26.5-29.5GHz27.5-28.35GHz37-38.6GHz38.6-40GHz64-71GHz2.5GHz2.6GHz4.8-4.99GHz3.4-3.8GHzSub6GHz在西班牙和英国已经拍卖将使用2.6GHz&4.9GHz;和选择3.5GHz韩国SKT:100MHz低频+800MHz高频韩国KT:100MHz低频

+800MHz高频韩国LGU+:80MHz低频+800MHz高频国内5G频谱分配状况100MHz(室内覆盖)100MHz100MHz33003400350036003.5G频段：电信、联通40MHz20MHz60MHz20MHz20MHz251525002655255525752635269026752.6G频段：移动最宽的连续频谱：连续160MHz良好的覆盖性能：相比3.5GHz更好的覆盖机遇挑战4/5G协同，重耕还是叠加？干扰协调？产业链成熟度不高，但其有强大产业推动力机遇主流5G频段，全球产业链支撑力度最强与现网频段隔离，减少干扰挑战频段较未来2.6G少，最大业务能力相对较弱室内覆盖不能沿用原有DAS系统原联通TDLTE原电信TDLTE原移动TDLTE100MHz480049004.9G频段：移动挑战更高的频段，投资成本较高产业链成熟度不高，待后期逐渐完善全球5G商用情况韩国：当地时间4月3日23时，韩国三家运营商正式推出5G商用服务，比美国Verizon公司提早了数小时。韩国由此正式成为全球首个商用5G的国家。美国：美国时间4月3日，Verizon率先在明尼阿波利斯和芝加哥商用5G，比原计划提前一周。欧盟：4月17日，瑞士最大的电信运营商瑞士电信（Swisscom）宣布推出5G商用网络，这是欧洲首个大规模商用5G网络，为商用智能手机提供服务。中国：2019年6月6日，工信部正式向、、和中国广电发放5G商用牌照，这意味着中国正式进入5G商用元年。10月31日，中国宣布5G正式商用。

Vodafone计划在2020年商用5GSoftbank将在2020年东京奥运会之前商用5GAT&T已在美国19个城市部署了5G网络Orange计划2020年5G商用，2018H2启动5G测试Telstra宣布2019年将推出5G商用服务Verizon已于2019年4月3日在美国商用5G国际主流运营商核心网进展虚拟化已规模成熟商用，选择SA目标架构已达成共识vEPC/vIMS已规模商用（包括虚拟化的转发面）5G初期FWA已在多个城市展开规模商用将广泛部署MEC，将5G从“5G固定”扩展至“5G固定+移动”，以智能边缘网络架构实现“5G固定+移动融合”已从NSA路线，转向SA目标路线，预计2020

SA商用初期核心网切片先行，逐步实现E2E切片全网编排，聚焦AR/VR等业务关注5GC自动化部署/测试，期望通过ONAP、OSM增强管理编排层实现通用VNF建模和自动化生命周期管理vEPC/vIMS已规模商用（包括虚拟化的转发面）初期eMBB切片，满足大视频大带宽业务探索MEC应用场景和验证，包括基于5G及MEC的边缘侧图像分析入侵检测、现实媒体、自动驾驶等国内运营商5G核心网策略路线：目前基于市场形势先部署NSA，后期部署SA策略：NSA小规模预商用应对外部竞争，采用商用加速方案催熟SA，实现技术架构领先进展：2019.10月NSA商用，2020年部署SA5G核心网路线：原计划确定SA，目前基于市场形势先部署NSA，后期部署SA策略：希望通过SA一步到位，实现“真5G”，初期主要满足eMBB场景进展：2019.10月NSA商用，2020年部署SA5G核心网路线：初期NSA，逐步向SA演进策略：首发NSA实现“弯道超车”进展：2019.10月NSA商用，2020年部署SA5G核心网应对国家5G战略领先要求，国内三大运营商加速5G商用步伐全球各大运营商及组织积极探索5G行业应用行业组织和应用标准推进迅速5G毫米波抢占先机AT&T在达拉斯等12个城市商用FWA业务，提供5G高频接入服务大视频/车联网齐头并进2018，在法国利纳-蒙特耶里赛道区为UTACCERAM无人车应用提供连接服务9大潜在5G商用场景:车联网、FMC、AR/VR、无人机、医疗、IOT、工业4.0、能源、智慧城市运营商5G时间点UseCase探索AT&T2019FWA，4KVR视频Verizon2019FWA，高清视频Docomo2020初8K视频，VRSoftbank2020初8K视频，网联机器人SKT20195G车联网（BMW）KT20195G视频直播，无人机，5G人脸识别（安全）Telefonica2020车联网，VR旅游Orange2020无人驾驶、大视频T-Mobile2020车联网、AR/VR、FMC等Ooredoo2019车联网，自动驾驶，AR/VR，无人机AR/VR/8K高清视频、车联网/无人驾驶、无人机是当前5G行业应用热点Source：Gartner课程内容5G核心网业务需求及愿景5G核心网标准和业界进展5G核心网网络重构架构5G核心网部署演进策略5G核心网解决方案增量不增收，业务上线时间>6个月传统设备烟囱式，手工运维，配置复杂万物互联，海量连接，更多用户，更大流量，更低时延创新需求业务需求成本需求核心网重构的驱动力如何能够快速上线业务如何能够降低运维复杂度如何能够适应多种业务场景商业应用层生成网络切片

提供NaaS业务使能层网络功能虚拟化提供PaaS基础设施层BusinessapplicationlayerBusinessenablementlayerPlatformasaserviceInfrastructureasaServiceInfrastructureresourcelayerNetworkasaServiceAPIExposureSoftwareDefined

NetworkSliceSoftwareDefined

NetworkFunctionSoftwareDefinedInfrastructureSoftDefinedServiceInterface基础设施虚拟化

提供IaaS云感知软网络（CSN）核心网引入云化架构满足业务成本创新需求核心网网元重构实现网络的灵活弹性架构设计以网元为单位移动性功能分离，但会话控制功能分散在MME、S/P-GW等网元集中的出口网关网元之间直接互通架构设计以网络功能为单位，不再严格区分网元基于服务化架构（SBA）的设计思路,NF进一步拆分为服务，支持无状态分布式的用户面功能UPF引入网络切片4G核心网HSSMMESGWPGWeNodeBOperator'sServicesPCRFS6aS10S11S1-MMES1-US5GxSGiS115G核心网UERANAUSFAMFSMFDNUPFUDMPCFNEFNRFAFNudmNnefNnrfNafNpcfNsmfNamfNausfN1N2N3N4N6AFNSSFNnssf4G/5G核心网的演进AMF:AccessandMobilityManagementfunction类比4G：MME中NAS接入控制功能，终结AM层NAS信令，中继SM层NAS信令

SMF:SessionManagementfunction类比4G：MME+SGW+PGW中会话和承载管理的控制面功能，终结SM层NAS信令

AUSF:AuthenticationServerFunction

类比4G：MME中鉴权功能

UDM:UnifiedDataManagement类比4G：HSS。UPF:Userplanefunction类比4G：SGW/PGW中用户面功能，对应于CU分离架构中：SGW-U+PGW-U5G网络功能NF和4G网元NE类比5G网络功能功能简介4G中类似的网元AMF接入管理功能，注册管理/连接管理/可达性管理/移动管理/访问身份验证,授权，短消息等。终端和无线的核心网控制面接入点MME中的接入管理功能AUSF认证服务器功能，实现3GPP和非3GPP的接入认证MME中鉴权部分+EPCAAAUDM

统一数据管理功能，3GPPAKA认证/用户识别/访问授权/注册/移动/订阅/短信管理等HSS+SPRPCF策略控制功能，统一的政策框架，提供控制平面功能的策略规则PCRFSMF会话管理功能，隧道维护，IP地址分配和管理，UP功能选择，策略实施和QoS中的控制部分，计费数据采集，漫游功能等MME+SGW+PGW中会话管理等控制面功能UPF用户面功能，分组路由转发，策略实施，流量报告，QoS处理SGW-U+PGW-UNRFNF库功能，服务发现，维护可用的NF实例的信息以及支持的服务无NEF网络开放功能，开放各网络功能的能力，内外部信息的转换SCEF中的能力开放部分NSSF网络切片选择功能，选择为UE服务的一组网络切片实例无注：只是有助于理解，不代表功能的等同5G核心网分布式云部署架构IPIP传输网Access边界DC区域DC中心/省DC传输网AMFUPFUDMAuSFUPFAMFSMFUPFUPF管理中心运维中心SMFPCFUPFSMFPCFPCF自动化控制远程操作大规模物联网车联网基础通讯门户中心按照切片规划网络服务业务灵活部署DevOps持续优化自动编排的分布式云核心网，满足敏捷、随需、开放的技术要求UDMAuSFUPFAMFSMFPCF课程内容5G核心网业务需求及愿景5G核心网标准和业界进展5G核心网网络重构架构5G核心网部署演进策略5G核心网解决方案5G部署场景EPC5GCLTENROption3:Non-Standalone,LTEassistedEPC5GCLTENROption3a:Non-Standalone,LTEassistedOption4:Non-Standalone,NRassistedEPC5GCeLTENREPC5GCeLTENROption4a:Non-Standalone,NRassistedOption7:Non-Standalone,LTEassistedEPC5GCeLTENREPC5GCeLTENROption7a:Non-Standalone,LTEassisted5GCNROption2:StandaloneNR,5GCconnectedeLTEOption5:StandaloneLTE,5GCconnected5GCEPC5GCLTENROption3x:Non-Standalone,LTEassistedEPC5GCeLTENROption7x:Non-Standalone,LTEassisted3GPP定义的两种5G核心网部署模式UENR5GCN1N2/N3Option2UELTEEPCNRS1-CS1-UOption3/3a/3xNASUENR5GCeLTEN1N3N2Option4/4aUEeLTE5GCNRN1N3N2Option7/7a/7xEPC5GC引入全新无线NR与5GC无需现网eNB升级升级eNB支持新NR与新核心网接口引入5GC双连接eNB升级支持无线NR作为用户面重用并升级EPC双连接快速热点覆盖或室内辅助覆盖支持大带宽升级eNB支持5G用户面引入5GC双连接eNB支持用户面，利用低频优势NSASANSANSA从核心网视角5G有两种部署方式：EPC；对应NSA的Option3/3a/3x。EPC可以是非虚拟化EPC也可以是虚拟化EPC。5GC；对应Option2(SA)，Opetion4/4a/7/7a/7x（NSA）。5GC标准定义基于虚拟化。2017~2018vEPC建设EPCNSA测试5GC测试2018~2019EPCNSA商用5GCIOT&trial建设面向5G目标网络的统一电信云资源池。2019~20205GC小规模商用。5GC具备全融合接入

能力2020~20225GC大规模商用新运营、新业务5G核心网NSA-SA演进5G引入阶段4G和5G并存阶段5G为主阶段目标网络：统一的切片核心网络云平台NGCore-CLegacyCore-C

UnifiedU-PlaneCommon

ManagementNF组件仓库

ComboeMBB切片NB-IOT切片FixedAccess-C云原生技术为基础mMTC切片LTEeNBS1-MMES1-UNG2NG3NRNG2NG3evolvedeNBNB-IOTS1-MME切片实现多网共存和隔离一张网络支持多种接入NRS1-U5G部署场景总体演进线路vEPCpEPC5GCN26NRLTECommonCoreLTENReLTEUMTSLTELTELTEvEPCNRNRNRNRNRNReLTEeLTEeLTEeLTE线路Astep1路线B

step1线路Astep2线路Astep3路线B

step2基于clo