2019-2020年 5G核心网前沿报告 2019年 12月 目 录 一、研究概述 . 1 二、全球发展态势 . 1 三、我国发展态势 . 2 四、技术预见 . 4 （一） 5G 网络云化 . 5 （二）服务化架构 . 7 （三） 5G 网络切片 . 8 （四） 5G 网络边缘计算 . 10 五、工程难题 . 15 （一）国际工程难题 . 15 （二）国内工程难题 . 16 1、 5G 与 4G 互操作组网模式的选择 . 16 2、 5G 云化部署的解耦模式 . 16 3、网络切片的端到端关联 . 17 六、政策建议 . 17 （一）技术政策建议 . 17 1、坚定不移走 5G SA 目标架构的道路 . 17 2、推动 5G 关键核心技术的标准化工作 . 18 （二）产业政策建议 . 19 1、加快推动 5G SA 终端产业链的繁荣 . 19 2、推动 5G 垂直行业应用的商业模式模式创新、融合应用创新等 19 3、推动产业生态圈的建立，完善融合政策体系 . 20 一、 研究概述 信息通信技术向各个领域融合渗透，经济社会向数字化转型升级的趋势愈发明显。 5G 作为新一代通信技术发展的主要方向，是全球技术和产业竞争的战略高地，亦是引领科技创新、重塑传统产业发展模式、发展新经济关键动力之一。 5G 网络领先是实现国家 5G 战略的基石，只有网络快速发展， 5G 应用才能更好更全面地发展。针对 5G 核心网技术，网络云化、服务化架构、网络切片及网络边缘计算技术不仅是发展趋势，也是必须攻破的挑战。 二、 全球发展态势 GSA 报告显示截至 2019 年 7 月，全球有 71 个国家正在积极考虑合适的 5G 频谱。目前包括中、英、美、日、韩在内的 30 多个国家已完成 5G 频谱牌照的发放。 5G 发展前景广阔， 5G 产业的快速增长将带动 IoT 产业万亿级的规模发展， GSMA 预测全球 2025 年 IoT 连接收入 510 亿美元，约占比 5%；其它平台、应用、云、数据分析、安全、系统集成、运维管理都达千亿级。摩根斯坦利预计到 2030 年， 中美日韩四国在 5G 七方面应用的收入 （ 固定无线接入、云游戏、车联网、智能制造、联网监控、联网无人机、远程医疗服务 ） ，将在 2018 年移动服务收入的基 础上增加 1560 亿美元，提高 40%。 全球普遍看好 5G 对垂直行业的支撑和服务。爱立信针对全球 50 名大型电信企业高管的调研结果显示，媒体和娱乐、汽车、公共交通、 医疗卫生以及能源和公共事业是行业专家认为的 5G 重点行业；德勤 发布的 2026 年 5G 带动 8 大重点行业营收占比的结果表明，能源公 共业占比 21%、制造业占比 19%、公共安全和医疗卫生分别占比 13%， 其次是媒体娱乐、运输、汽车和金融； GSMA 和中国信通院发布的中 国 5G 报告指出，到 2025 年中国的 5G 连接数达到 4.28 亿，其中智 能手机占比为 3/4，视频、 VR/AR 等是个人消费市场重点领域，企业市场是 5G 最大的增收契机。中日韩则普遍关注汽车、运输、物流、 能源、公共设施监测、医疗保健、工业和农业等领域；工信部 IMT-2020 业务推进组重点聚焦电网、公安、交通和新媒体四个行业。全球对 5G 重点支撑行业和主要创收行业看法较为一致。 三、 我国发展态势 2019 年 6 月 6 日，工业和信息化部发放 5G 商用牌照，标志我国正式进入 5G 时代。 5G 应用场景对通信网络产业链提出新诉求。国际标准化组织 3GPP 定义了 5G 的三大场景： eMBB 指 3D/超高清视频等大流量移动宽带业务， mMTC 指大规模物联网业务， URLLC 指如无人驾驶、工业自动化等需要低时延、高可靠连接的业务。根据不同应用场景对 5G 业务要求进行分类，大流量场景可分为 4 类： （ 1） 视频下载，图像上传，云端 CG/图像的渲染：如 CloudVR/AR， V2X 车载娱乐等； （ 2） 流量上下行解耦：如社交网络，个人 AI 辅助场景； （ 3） 5G 流量内容主要为流媒体：如 CloudVR/AR， FWA，社交网络； （ 4） 动态 BoD 大带宽：如联网无人机场景， VR 体育直播等。低时延场景包括 ： （ 1） 端到端低时延：如 CloudVR/AR 的动作云端闭环，远程医疗的力反馈信号时延 ； （ 2） 确定性时延：如社交网络，个人 AI 辅助场景； （ 3） 移动性时延：主要针对 V2X，如路况信息实时 反馈。为了满足 5G 应用场景，运营商网络业务也发生新的变化。一是提供网络全连接，部署智能敏捷的网络架构，通过网络动态 切片按需提供大带宽； 二是发展 MEC 技术，保障低时延，未来时延将成为运营商收费的新量纲； 三是推动 CDN 下沉，促进流量本地化和分层云化； 四是充分发挥平台使能，提升 NaaS、 IaaS、 PaaS/SaaS 云服务能力，开放 API，提供综合解决方案。 从 5G 产业链目前发展现状来看， NSA（ 非独立组网 ） 和 SA（ 独立组网） 网络侧均具备商用条件。 （以下表格数据需更新）华为、中兴在 2019 年 3 月同步支持 NSA 和 SA 商用；爱立信和诺基亚 NSA 无线网支持较早， SA 进展与国内厂商基本同步进展稍晚于国内厂商。 表 1： 5G 网络产业链进度 NSA SA 华为 无线 2019 年 3 月 2019 年 3 月 核心网 2019 年 3 月 2019 年 3 月 中兴 无线 2019 年 3 月 2019 年 3 月 核心网 2019 年 3 月 2019 年 3 月 爱立信 无线 2018 年 12 月 2019 年 11 月 核心网 2019 年 3 月 2019 年 11 月 诺基亚 无线 2018 年 12 月 2019 年 11 月 核心网 2019 年 6 月 2019 年 11 月 从终端侧来看， SA 比 NSA 终端商用时间点晚约 47 个月左右。 2019 年 7 月，华为发布 5G CPE Pro，搭载采用 7nm 制程工艺的巴龙 5000 芯片； 8 月上市搭载麒麟 980+巴龙 5000 基带芯片的 5G 手机 Mate20X，同时支持 NSA 和 SA 组网方式。 2019 年 7 月后，国内上市多款基于高通芯片的商用形态手机，仅支持 NSA 组网方式。 表 2： 5G 终端侧产业链进度 华为 中兴 VIVO OPPO 小米 三星 NSA 预商 用 (商用 )时间 2019 Q3 已商用 2019 Q3 已商用 2019 Q3 已商用 / 201 9Q3 已 商用 201 9Q3 已 商用 SA 预商用 (商用 )时间 19Q3 已商用 （ SA 未打开） 计划 2019 年 12 月 2020 年 1 月左右商用 计划 2019 年 12 月 2020 年 1 月左右商用 计划 2019 年 12 月 2020 年 1 月左右商用 计划 2019 年 12 月 2020 年 1 月左右商用 计划 2019 年 12 月 2020 年 1 月左右商用 芯片 海思 高通 芯片进展 NSA&SA 2019Q3 已商用 （ SA 未打开） SDX55： NSA&SA 双模，计划 2019Q4 测试， 2020Q1 商用（ 届时如果 SA 端到端测试未完成，有可能上市时 SA 不打开 ） 四、 技术预见 5G 不仅是一次通信技术的演进，更将受益于通信、计算以及垂 直行业相互融合带来的爆炸效应，彻底改变无人驾驶、数字医疗、 VR、智能家居等众多行业，引领全新的应用场景和商业模式。目前多家手机厂商也已推出 5G 手机，人们也逐渐感受到 5G 网络带来的新体验。但实现 5G 稳定、大范围应用仍需要攻破许多挑战大范围应用仍面临许多挑战，技术发展也有一些共同趋势需要在实践中克服规模运营所面临的难题。 （一） 5G 网络云化 5G 将为垂直行业带来基因突变式的进化，网络的虚拟化、云化转型是进化的必经之路。行业分析机构 Ovum 也指出： 5G 网络的众多特性是需要虚拟化网络架构的支撑。基于 NFV（ 网络功能虚拟化 ） /SDN（ 软件定义网络 ） 的云化、网络切片、 MEC（ 边缘计算 ） 是 5G 核心网的关键技术， 5G 核心网将实现控制与承载分离，引入全面云化结构。 图 1：核心网云化体系 5G 核心网是以 DC（ 数据中心 ） 为基础设施、 Cloud Native（云原生） 的网络。 CCSA （ 中国通信标准化协会 ） TC3 正在制定 NFV 相关标准，其思路是抓住 DC 建设是网络演进的关键路径，聚焦基于 NFVI（ 网络功能虚拟化基础设施 ） 的云化 DC 建设，构建云网融合的体系，包括：基础设施层， Cloud OS（ 云操作系统 ） 对下收敛硬件， 对上支持各类应用；应用层，核心网实现云化，云化是 5G 基础技术； 运维管理，逐步引入下一代管理框架，实现运维的自动化。其中， Cloud Native 成为关键技术路线，包括无状态设计 （ 垂直解耦 ） 、模块化解耦（水平解耦 ） 、自动化的生命周期管理、敏捷的基础设施（ 容器等 ） 。云化应用层软件进一步支持 Cloud Native，长远看基础设施层需要支持虚拟机与容器混编，提升运维效率。 图 2： CCSA TC3 NFV 系统引入容器的技术方案示例 基于容器的虚拟化技术，也被称作操作系统级别的虚拟化技术， 是一种允许在操作系统内核空间上使用多个独立的用户空间实例的方法。相比虚机虚拟化技术，容器技术在 CT 领域 NFV 架构下的应 用标准化尚未成熟。裸机容器承载模式是最能发挥容器整体性能、大规模资源调度以及资源挖潜超卖优势的承载模式，然而由于容器平台及容器网络、容器安全和 MANO 等标准化及周边生态仍未成熟，虚机与容器的多种混合承载方式仍将长期并存。 从运营商角度分析，运营商也在推进自己下一代的运营管理体系， 电信运营商正在加速地向虚拟化过渡，各大运营商均参考 ONAP 架构开发下一代运营系统。 图 3： ONAP/ECOMP 的网络运营系统架构 在网络控制与采集保障基础上，通过引入面向网络服务的业务编排模块，实现一体化业务发放与网络自调整，主要面向可自动化的 SDN/NFV 网元设备。目前 AT&T 已应用， Verzion、 vodafone、 DT、 Orange、中国移动、中国电信和中国联通等多家主流运营商跟随。 （二）服务化架构 5G 核心网采用服务化架构 （ SBA， Service Based Architecture） 进行设计，实现了网络功能的灵活组合、业务的敏捷提供。 5G 核心网借鉴了软件架构基于微服务进行组织的理念，通过模块化实现网络功能间的解耦和整合，解耦后的网络功能 （ 服务 ） 可以独立扩容、独 N4 UPF Nnssf Nausf Namf SMF AMF AUSF Nsmf Nudm Npcf Nnrf Nnef AF UDM PCF NRF NEF NSSF 立演进、按需部署；各种服务采用服务注册、发现机制，实现了各自网络功能在 5G 核心网中的即插即用、自动化组网；同一服务可以被多种 NF 调用，提升服务的重用性，简化业务流程设计。 Naf N3 N6 图 4： 5G 核心网的服务化架构 5G 核心网服务化架构的关键技术包括：服务的提供通过生产者 （ Producer） 与消费 （ Consumer） 之间的消息交互来达成；实现了服务的自动化注册和发现；采用统一服务化接口协议，在应用层采用 HTTP/2.0。 目前 5G 核心网服务化架构的接口协议栈与传统移动核心网的协议相比，变得更加复杂。用同样的硬件来实现的话，其性能相对传统 协 议是下降的，因此需要通过高性能的云资源来抵消接口性能的损失。对 于服务化架构的自动化组网能力，还有待进一步完善，在实际网络 部 署和运营中需要注意。 （三） 5G 网络切片 在 5G 网络中，我们会面临不同的业务需求，而传统的物理设备和物理设施无法根据这些业务进行灵活配置，网络切片则是关键技术， 亦是未来发展趋势。 3GPP 对网络切片的定义为：一个网络切片是一张 逻辑网络，提供一组特定的网络功能和特性。可编排、可隔离，在 N2 (R)AN DN UE