Open5G： 5G网络的开放生态 1 Executive Summary Three key application scenarios in 5G break the boundaries of communication between human beings in traditional mobile communications, forcing 5G to support communication of human-to-machine, and machine-to-machine. However, various application scenarios and requirements together with emergingly diversified standards and technologies call for an open 5G (Open5G) network, which is featured with flexibility and customization. This white paper investigates the concepts, challenges and opportunities of Open5G network. The main contributions of this white paper is summarized as follows: (1) Key concepts of Open5G: upon analyzing the technical requirements, the concept of open networks is provided from three different open levels, namely, black-box, white-box and gray-box networks. Specifically, black-box open networks provide third-party applications or developers with supporting services and key network capabilities via open application programming interface (API). White-box open networks refer to the fully open network, which includes open source software developing and white-boxing hardware design. The gray-box network is an partial open network, where telecom operators and the equipment manufacturers cooperatively design the customized network devices. Then, the overall objectives of open network architecture are figured out. Driven by developing requirements, open network architecture should decouple network capability providers and solution providers, enabling the former to effectively design network architectures with finite resources and reducing the dependence of the latter on the technical details. (2) Enabling technologies of Open5G: for open core network, 3GPP 5G service-based architecture is discussed and then MulteFire-based base station and open core network adopting distributed managements is provided. Centralized unit/distributed unit (CU/DU) architecture of open radio access network is discussed, featured with open CU, open API to DU, and white-boxing remote radio unit /active antenna unit (RRU/AAU). After defining the open terminal from the view of equipment capability and openness, an open terminal architecture is given, including open software/hardware resource architecture, and open configuration and management layer. The open methods of physical layer are open API to facilitate end to end network slices and software defined air interface (SDAI). Meanwhile, based on software defined radio and SDAI, an open smart physical layer architecture is proposed. Upon introducing free open source hardware (FOSH) platform, the requirements of Open5G hardware platform are summarized and the open hardware architecture is presented. (3) Use case for Open5G: the definition of open source and open API and the relationship Open5G： 5G 网络的开放生态 2 between them are clarified. Then, the use case for Open5G from different corporations and institutions is presented, including OneNET, China Telecom 5G SDR platform, mH-IoT platform, TCL 5G SDR platform, and super BS platform. Open source and openness of software/hardware ecosystem for 5G network are still in their infant stage, so, currently, there are still many different definitions and solutions. This white paper aims at to tease out and analyze key concepts, the possible solutions, and technical challenges, providing a guidance for building open ecosystem for 5G networks in the future. Open5G： 5G网络的开放生态 3 目 录 Executive Summary . 1 1 引言 . 5 2 开放网络的基本概念 . 7 2.1 开放网络基本内涵 . 7 2.1.1 面向 5G演进的技术需求分析 . 7 2.1.2 能力开放的黑盒网络 . 9 2.1.3 完全开放的白盒网络 . 10 2.1.4 半开放半封闭的灰盒网络 . 10 2.2 开放网络架构的总体目标 . 11 2.3 SDN/NFV . 12 3 开放式核心网 . 13 4 开放式无线接入网 . 14 4.1 Open-RAN（ ORAN）开放式无线网络概述 . 14 4.2 开放的 CU提升行业竞争力 . 14 4.3 开放接口的 DU提升网络性能 . 16 4.4 白盒化的 RRU/AAU降低成本 . 16 5 开放式终端侧使能技术 . 16 5.1 开放式终端侧的内涵与外延 . 16 5.2 开放式终端侧使能技术 . 17 6 开放物理层 . 19 6.1 开放物理层内涵与外延 . 19 6.2 开放物理层框架 . 20 6.3 需求与技术挑战 . 22 6.4 应用与机遇 . 23 7 开放硬件平台 . 25 7.1 FOSH硬件平台 . 25 7.2 Open5G开放硬件平台介绍 . 26 8 Open5G开放示例 . 28 8.1 OneNET . 29 8.2 5G SDR平台 . 30 8.3 mH-IoT智慧医疗物联网平台 . 30 Open5G： 5G 网络的开放生态 4 8.4 TCL 5G SDR平台 . 32 8.5 超级基站平台介绍 . 33 8.6 Open5G开源硬件实例 . 34 9 总结 . 36 缩略语对照表 . 37 致谢 . 39 Open5G： 5G网络的开放生态 5 1 引言 为了应对万物互联的挑战，满足超高速率、超低时延、高能效和超高流量与连接数密度等 多维能力指标，开放、开源、 协同创新将是 5G发展的必由之路 。 随着 5G网络 与技术 不断的 开 放与 开源 ，未来将会涌现出更多新的业态和应用 ， 从而开辟一个巨大的蓝海市场 。 目前，学术界和产业界已先后创建多家开放实验室、开源联盟或组织 ，通过积极推进开放 式 5G，加快 5G技术、标准、产品的研发，最终建立全球统一的 5G生态系统 。例如 ， 网络功能 虚拟化开 放 平台 （ OPNFV） ，通过整合各种开源系统进行 NFV的开发和演进，形成一个 开源 的 NFV参考 平台， 验证多厂商 可 互操作的 NFV解决方案、 加速新产品和服务的引入。 开放网络 自动化平台（ ONAP） 致力于 开发一个具有 实时 的 、策略驱动编排 、 物理 和 虚拟网络功能自动 化 的统一开发平台 ，使得开发者和服务提供商能够快速的提供新服务。 Open Air Interface (OAI) 是欧洲 EURECOM组织发起并维护的一个开源 软件定义无线电（ SDR） 开发 平台 ，提供 LTE网 络核心网、接入网和用户设备的开源软硬件开发 工具 。 开放雾联盟（ OpenFog Consortium）力 图通过开发开放式架构、分布式计算、联网和存储等核心技术以及实现物联网全部潜力所需的 领导力，加快雾 计算 (Fog Computing)技术的部署。 什么是开放式 5G（ Open5G） ？ 虽然 Open5G是一个新概念，但开放系统、开放体系架构的发展历史却由来已久。对开 放 系统与开放体系架构的研究，不仅奠定了开放式 5G网络及其关键技术的研究基础，也有助于 我们更好地理解开放式 5G的内涵与外延。 开放式 5G网络架构，内涵比较丰富，定义方法、形式比较多，争议也比较大。 例如， 由 中国移动牵头提出的基于服务的网络架构（ SBA）被 3GPP确认为统一基础架构，该架构面向 云化设计，通过网络功能的模块化实现按需的灵活定制组网。 IMT-2020（ 5G）推进组 提出的 5G网络架构， 基于接入平面、控制平面和转发平面 解耦，采用 模块化功能设计，构建针对多 样性应用的虚拟专用网络 ，并通过 软件定义网络（ SDN） /NFV技术提升灵活组网的能力。 欧 盟 5GPPP在 “View on 5G Architecture”白皮书中提出 ， 为增强 5G架构的灵活性，应通过部署网 络切片技术、网络软件化、整合通信和计算、整合易购接入技术，来满足 5G网络应用的多样 性。 华 为原生云 5G网络架构 （ Cloud-Native 5G Architecture） 提出了一个 “全云化 ”策略 。该架 构具有的特点有：网络切片自适应产生、维护和终止；利用 无线云网络 （ C-RAN） 重 构无线 接入网； 通过控制面和用户面分离、基于组件的功能、以及统一的数据库管理，简化核心网结 构。 虽然 “开放式 5G网络架构 ”尚没有一个 统一的 定义，但我们认为，应该具备两个基本的属 性，即：网络针对不同场景的特殊需求具有灵活性和定制化的特性。其中，灵活性是指网络基 础设施中的网元能够以一种即插即用的方式激活或关闭，从而实现网络的 “硬 ”重构；定制化是 指通过软件定义网络、网络功能虚拟化等技术，为用户的特定需求提供虚拟的专用网络，从而 实现网络的 “软 ”重构。 Open5G： 5G 网络的开放生态 6 因此， 开放式 5G网络 强调但不局限于以下几个重点： （ 1） Open5G是独立于物联网应用与垂直行业需求的基础互联互通网络。 （ 2） Open5G倡导的核心是 “开放 ”，开放的目的是为了实现 5G与物联网与垂直行业的深度 融合，进一步促进跨行业、跨网络、跨系统、跨平台的物联网与垂直行业应用之间的互联互通， 以达到万物互联的目的。 （ 3） 开放式 5G网络架构，关注的是承载多样化、差异化的物联网与垂直行业应用所需要 的基础共性能力；而且，这些基础共性能力越开放，对物联网与垂直行业应用的支持度越好。 （ 4） 开放式 5G网络架构的本质是确定 5G网络中各要素的层次关系与接口，并采用开放标 准或规范进行约 束。 为什么要建立开放式 5G网络？ 建立一张网络同时满足 5G网络中的各种多样化差异化业务是不可能的。首先， 5G网络的 场景和业务需求具有多样性和差异性。目前，数以亿计的终端设备在各种场景下得到了应用促 使了多样性的应用开发和各异性的通信需求的爆炸式增长。例如， 5G网络的应用场景可分为 三类，即提供更强带宽的增强移动宽带（ eMBB）、为满足大规模物联网机器间通信的海量机 器类通信（ mMTC）和满足高可靠实时通信的超可靠低时延通信（ URLLC）。 国际电信联盟 （ ITU） 在愿景报告中提出了 5G网络的关键能力指标（ KPIs） 包括用户数据速率、峰值速率、 频谱效率、能量效率、移动性、时延、链接密度和区域传输容量等。 5G网络中的三种场景针 对的通信对象和应用情景皆不相同，未来的运营模式和产业链也不相同，从而各场景下的 KPI 势必不相同。其次，支持各场景下各种业务的通信技术也不相同。例如，蜂窝通信、无线局域 网中的 WiFi技术、智能家庭中的蓝牙（ Bluetooth）、紫蜂（ ZigBee）技术等。最后，随着未来 应用需求的不断变化和越来越多功能各异的设备部署到 5G网络当中，其性能和服务需求甚至 会变得更加的严格和多样化，上述的场景和关键性能指标不 是固定不变的，而是不断发展变化 的。因此，现有网络结构很难跟得上 5G网络快速发展的应用场景、性能需求和通信技术，必 须构建开放式 5G网络，可为多样性的业务提供自适应、高效的个性化服务，以满足不同业务 的需求。 如何构建开放式 5G网络？ 目前，根据 网络 开放的程度，开放式 5G网络的构建 方式 可以分为三大类： （ 1） 网络能力开放 ： 通过开放应用 程序编程接口 （ API），为运行在 Open5G网络中的第 三方应用开放基础资源、增值服务能力、网络数据信息以及运营 支撑等多种服务。这种通过 开 放观察接口和控制接口的网络，可以看做是一个 “黑 盒 ”开放网络。 （ 2） 半开放半封闭 网络：通过向第三方应用开放网络中的部分子网，其灵活的模块化架 构可具备高度的扩展性，可单独开发和升级网络组件，满足多业务需求。 例如，面向服务端到 端的原生云 5G网络架构简化和开放了核心网的网络功能 ，为 5G业务拓展带来更多可能性 。 这 种部分开放的网络架构可被称为 “灰盒 ”开放网络。 （ 3） 全开放网络： 通过网络架构的模块化设计，打破网元的界限，将网络功能细分为服 Open5G： 5G网络的开放生态 7 务组件，向第三方应用开放。同时，在开放网络架构的基础上进行控制 /应用软件的开源共享， 网络服务的定制化、按需化和网络部署和运维的 自动化。 这种全网的彻底开放网络可被称为 “白 盒 ”开放网络 。 目前， 5G业务场景与需求、关键技术逐渐明晰， 5G标准即将完成。然而，关于开放式 5G 网络的研究尚处于起步阶段。因此， 迫切需要 对开放式 5G网络给出 网络架构设计和解决方案 、 关键使能技术分析 以及典型应用实例 。 本白皮书重点关注以下几个方面： 开放网络 的基本概念 开放式核心网 开放式无线接入网 开放式终端侧 开放物理层 开放 硬件 开放示例 2 开放 网络 的基本概念 2.1 开放网络基本内涵 开放网络的概念随着 NFV和 SDN的引入而成为了未来网络演进首先要 面对和 解释的概念。 核心 网基于服务的架构重组、无线网朝向 集中单元（ CU） /分布单元（ DU） 两级架构的 C-RAN 演进都是 5G网络架构的显著特征。运营商期望通过虚拟化和云化带来的灵活部署能力、快速 构建网络服务能力、以及网络功能快速迭代升级能力，可以在未来 5G网络的运营中获得业务 领域的拓展，不仅在传统的面向个人的移动宽带业务中保持领先，更要在垂直行业领域通过快 速定制化网络能力分得一杯羹。本小节首先对运营商的技术演进需求进行分析，而后将开 放网 络的概念分三个层次进行阐述：能力开放的黑盒网络、完全开放的白 盒网络、半开放半封闭的 灰盒网络。这里需 要强调的是所谓黑盒、白盒、灰盒开放的概念都是针对运营商而言的网络设 备掌控度。针对设备厂商，则无所谓黑盒、白盒。 2.1.1 面向 5G 演进的技术需求分析 商业价值诉求 无线网络建设一直是运营商网络综合投资 (TCO)的最主要部分，大致占比在 60-70%。大部 分运营商刚经历 4G网络的巨大投资，就将面对 5G网络的投资需求；由于 5G网络 “带宽大、频 段高 ”等特点，势必造成单站设备成本高、建网规模大，这就需要引入新技术、新方案，避免 完全采用传统建设模式（厂商为运营商提供全套软硬件设备），通过方案革新降低建设难度、 减少无线网络的 TCO投入。而且预计在 5G网络建成后，由于高频段的引入，站址密度进一步 Open5G： 5G 网络的开放生态 8 加大，相对应的运维难度和成本也将会大幅上升，这也迫切需要升级网络运维手段，降低综合 成本。 同时， 5G网络又是运营商必须投资的网络，其为运营商拓展垂直行业提供良好的技术基 础 。而 在 “无线互联网 ”流量收入增长放缓、语音收入下降的背景下，垂直行业是运营商必须进 入的 “蓝海市场 ”，拓展运营商的盈利能力将是 5G网络 的首要任务。垂直行业的新业务意味着 更多样的业务类型、更复杂的网络管理，需要更高效的资源管理方案以及更灵活的网络架构以 便于开展业务创新。 可见，面向 5G网络，运营商在 “节流 ”和 “开源 ”两大方面有迫切的商业诉求。若完全依赖 传统的采购、建设、运维的网络管理模式，不仅软件功能的更新上线速度无法满足需求，而且 运营商更不可能深度掌控基础无线网络并实现研发运维一体化，快速响应灵活多变的上层业务 需求。因此面向 5G的商业诉求，就不可避免地催生运营商深度参与设备研发，一同构建无线 开放平台和自主运维平台的诉求。甚至于通过 “白盒化基站 ”、 “无线大数据分析 ”等技术手段， 创立运营商的核心技术能力，掌控无线网络核心组件的研发能力，这有利于增强行业的整体竞 争力。 资源共享需求 未 来网络需支持超高带宽、超大连接和超低时延等多样化的业务需求，并且不单服务于个 人用户，还服务于垂直行业，商业模式差异化显著。在此基础上，兼顾运营商网络投资和维护 成本，未来网络云化资源共享需求凸现。运营商需要通过云化技术与通信技术的融合，进行处 理资源、传输资源和频谱资源共享，从而达到节省资源、提高资源利用率和业务快速上线等目 标。运营商通过网络 NFV化可提升未来网络的弹性和敏捷性：一方面实现了软硬件解耦，降低 成本；另一方面实现网络功能解耦和软件化，支持网络功能可编排和可定制。 基于 SDN和 NFV的新型网络架构已经 取得广泛共识，是实现无线网络云化资源共享的重要 承载方式。基于 SDN/NFV的无线接入网络硬件、虚拟化层和软件分层部署，利用 网络功能虚 拟化基础设施（ NFVI） 的动态可变特性，根据业务需求可在不需要施工建设和软硬件开发的 情况下进行网络架构和拓扑的动态调整。基于 SDN/NFV的无线接入网络为人工智能 （ AI） 的 引入和移动边缘计算 （ MEC） 的部署等提供了平台基础。 深度定制的智能网管需求 未来网络引入多种全新技术，这导致网络变得更加复杂，同时，网络的可管理性及可运营 性又是运营商的基本需求，这两者之间的矛盾使得智能网管 及网优技术应运而生。 相对于现有网络，未来网络的网管及网优面临更大的挑战，这主要体现在以下几个方面： 一是部署场景更加多样化，不同场景下参数配置及性能要求存在较大差异，网络规划将更加复 杂；二是网络切片技术的引入，导致整个网络拓扑可以灵活调整，网元的参数可以灵活配置， 网络拓扑管理及参数优化变得更加复杂；三是业务 服务质量（ QoS） 保障粒度更加精细化，如 何更精准的优化网络资源以匹配多样化的业务需求将是亟待研究的课题；四是不同类型网络之 间互操作的增加，对不同网络间的协调提出更高要求。以上特性均对网络管理及优化带来了新 Open5G： 5G网络的开放生态 9 的挑战，传统的基于开环的人工干预为主的网管及网优手段已经不再适用，需要引入基于闭环 的自动化控制手段来实现对网络的智能管理及优化，从而提高网络管理及优化效率，实现高水 平的网络运营。 不得不提的是网络智能化管理的策略是因运营商而异的，不同运营商有不同的组网策略、 部署条件、业务模型，因此智能化的网络管理将呈现深度定制的趋势。体现在 NFV化过程上， 就着重体现在 MANO编排器的基于开源架构的自主研发上。 跨制式的智能无线资源管理需求 为满足未来多样化的应用场景和通信需求，网络变得更加灵活，实时无线资源管理将变得 越来越 复杂。网络需要根据复杂的网络环境变化及应用需求，如信道传播环境变化、用户分布、 用户业务等变化，自适应配置合适的传输参数，并实现空 /时 /频 /码 /信道等资源的合理动态分 配，以保障业务所需的网络能力。 传统的无线资源管理方案将无法有效的满足未来 5G 网络的需求。一方面，传统无线资源 管理主要依赖于理论建模，面对日益复杂的网络 /业务环境和海量的网络优化参数，传统的基 于理论建模的方式可能难以对网络问题进行精确的描述，导致无线资源优化算法性能欠佳。因 此要引入数据驱动的无线资源管理方法，利用机器学习等智能的方法，使用海量数 据来刻画网 络环境中各种变量间的真实关系，实现最大化的网络性能优化。另一方面，传统的基于瞬时状 态信息的无线资源管理方案将难以充分的利用网络潜在的传播环境特征及用户行为规律带来 的网络业务的时 /空规律性变化特征，导致网络性能并未实现最优且存在大量的剩余资源未被 充分利用。 另外，由于 4G/5G将会在长期并存，最大化地利用两张数据网络的协同将会是长期目标， 而由于 4G和 5G属于两个不同时间段建设的网络，同一区域内， 4G、 5G无线主设备很可能是来 自于两个不同的主设备制造厂商。因此跨制式的协作将需要多厂商间的配合协调，给未 来的组 网带来了挑战。 基于此，可以看到在未来的网络演进中，有引入跨不同厂商的第三方无线资源控制器的需 求，类似于交换网络的 SDNC控制器，通过接口标准化，这个控制器需要与各个受控 设备 完全 解耦，且它的算法优劣将对运营商的无线网络质量产生根本上的影响，运营商有进一步自主掌 控核心价值的诉求。 2.1.2 能力开放的黑盒网络 能力开放可延伸为网络能力开放和资源能力开放。 网络能力开放，是通过公开 API的方式为运行在平台主机上的第三方应用软件提供支撑服 务。以 MEC平台为例，无线主设备可通过 API接口提供给无线网络信息、位置信息等多 种服务， 边缘应用第三方软件基于此类信息可更高效、更快捷地实现相关功能，如：广告定向推送、业 务流量控制和降低关键信息发送失败等能力。而核心网的能力开放，则可通过 API的方式提供 给第三方应用 ，实现 网络通信 的 定制化服务。网络能力开放仅仅是一类网络功能与上层应用间 Open5G： 5G 网络的开放生态 10 的接口机制。 资源能力开放，是在引入 NFV化后才出现的新概念，是对 IT基础资源的管理、能力开放控 制以及路由策略控制。其中， IT基础资源管理指基于 OpenStack的虚拟化资源规划及业务编排， 即传统数据中心的资源管理机制在通信领域的平台系统内的实现。管理开放 控制包括平台中间 件的创建、消亡以及第三方调用授权。路由策略控制指通过设定路由控制内的路由规则，对平 台系统的数据转发路径进行控制，并支持边缘云内的业务编排。上层 虚拟网络层 （ VNF）和 NFVI层 间的接口解耦是资源能力开放的关键。 这两个概念都没有脱离黑盒网络的本质。主设备均为制造商为主研发，而运营商通过推进 周边接口的标准化实现功能和资源的开放。优点是与已有的商业模型冲突不大，行业公司易于 接受，可满足云化资源共享的需求。缺点是需要接口的解耦测试，运营商自主掌控网络的能力 不强，故障定位等维护工作容易出现协调困难。 2.1.3 完全开放的白盒网络 完全开放的含义针对软件和硬件功能有不同的解释。 针对软件，可解释为运营商研发的软件功能，可完全自主研发，也可基于开源社区代码的 二次研发。前者的研发投入较高，对于运营商的技术转型要求较高。后者的研发投入可控，对 于运营商的技术转型要求较低。典型案例： OTT厂商基于 OpenStack开源社区，自主研发实现 完全开放的私有云业务。 针对硬件，可解释为网络功能硬件的完全白盒化参考设计，基于此设计， ODM厂商可快 速制造大量廉价、通用的硬件，降低硬件设备的采购成本。典型案例： FaceBook的 OCP项目 ， 在硬件开源、开放上获得了巨大成功，为参与其中的成员公司提供了廉价的数据中心硬件服务 器解决方案。 完全开放的白盒网络意味着打破传统的商业模式，运营商需要掌握设备软硬件的核心研发 能力。传统的设备制造商将受到最大限度的挑战。优点是运营商可掌控网络的核心技术，可快 速响应上层业务的需求实现迭代式研发运营一体化，避免故障定位时的推脱，并降低设备的采 购成本。缺点是打破了传统设备制造商和运营商的既有格局，对运营商的技术储备和转型要求 高。若采用开源策略，除运营商自身的参与意愿外，无论既得利益的大厂商、还是新进的小厂 商均没有 直接参与开源软件硬件工作的动力。白盒化网络的推进难度和阻力相对最大。综合考 虑收益，建议在运营商最核心的重要技术领域采用完全白盒化自研策略。 2.1.4 半开放半封闭的灰盒网络 半开放半封闭的灰盒网络，是在白盒网络和黑盒网络中间的折中。运营商在设备深度参与 设备研发，联合设备制造厂商深度定制网络设备产品。网络设备产品的软硬件，部分由厂商研 发，部分由运营商主导私有研发，整体集成为满足运营商定制化需求的软硬件设备。 Open5G： 5G网络的开放生态 11 灰盒网络是对原有商业模式下的创新。由于运营商需要深度参与设备的研发，最大的难点 在于运营商如何与设备商联合研发设备 ，包括：合作协同的策略、研发侧重工作内容的划分、 功能模块间接口的定义，需要一定的创新能力推进。 目前业界没有非常成功的灰盒网络的典型案例，但在 MANO编排器的领域有可能实现灰盒 网络设备的研发合作。以 MANO编排器的 ONAP社区为例，中国移动、 ATT均已深入参与代码 的定制化研发，且华为、中兴、爱立信等传统主设备厂商也积极参与了相关项目的研发。编排 器的开源社区，给了运营商和设备制造商一个合作研发的开放平台。运营商参与开源社区的代 码开发，确保 ONAP的代码框架的研发方向满足运营商的需求。且运营商基于开源社区的代码 同步进行私有开发，完善编排器的核心功能模块的研发。如：编排器策略等。而设备制造商基 于 ONAP的开源框架可以快速研发兼容运营商核心模块研发的商用编排器软件模块，实现对主 设备的完美兼容管理。基于这种模式混合研发出的编排器软件。将带有一定的灰盒特征：最终 的商用软、硬件产品混合了各方的研发成果。在功能验证保证阶段，利用社区的优势，运营商 和设备制造商可以共同定义测试用例，对开源版本进行完备性测试，为基于开源的商用版本研 发提供测试支撑。优点是运营商深度参与功能研发，可以采用研发运营一体化的策略，定制化 研发核心功能组件， 快速满足上层多样化的业务要求，且通过合作共赢运营商、设备商均可以 找到自身的商业价值。而缺点主要体现在，局限在基于通用硬件平台下的软件功能研发领域， 嵌入式开发等软硬耦合设计的情况下，不易于引入这种模式；模块及对接完整测试保证的要求 较高，在社区需投入大量的资源建立完善的测试平台。当然上述的讨论是完全是基于理念上的 设想，还需要在后续的探索中进一步付诸实践，切实找到产业界多方合作共赢的方式。随着网 络 NFV化的进一步深入，被云化、虚拟化的网元场景增多，采用灰盒的方式进行研发的场景将 会越来越多。以无线网为例，目前 3GPP已经确定采用 CU/DU两级架构，而 CU作为一定区域内 的控制锚点和业务分发锚点，有引入 NFV进行云化的趋势。而从增强核心竞争力的角度来说， 运营商参与 CU无线控制器功能的研发，将使得运营商获得更强的网络自主控制力，基于无线 网资源管理策略引入人工智能方法后可提升无线资源分配的效率和用户感知。 2.2 开放网络架构的总体目标 开放网络架构首先要明确目标场景，并依据目标场景的特征，从能力开放的黑盒、完全开 放的白盒、半开放的灰盒三种可能的方案中进行选择。因此在描述开放网络架构的总体目标前， 需要先阐述影响开放策略选择的因素： （ 1） 研发成本因素。若网络设备研发成本占设备整体成本的比重较高，多家公司采用白 盒开放方式，将降低软硬件的设计研发成本。并最终降低整体设备成本。 （ 2） 运营商定制因素。部分软硬件功能研发具有运营商的特殊属性，需要针对不同运营 商的定制，而定制工作会造成设备成本的上升。运营商定制化功能与已有功能的融合可采用灰 盒方式。 （ 3） 网络运维因素。对与可靠性要求较高场景，则需要设备黑盒或者纯白盒自主研发实 Open5G： 5G 网络的开放生态 12 现，由单一厂商负责设备的完整可靠性。对于运维要求不高，或处理性能要求不高场景，则可 采用灰盒模式，最大化发挥厂商间分工协作 。 （ 4） 分层协作因素。若厂商间的合作模型以分层解耦形态存在，则以黑盒方式开放能力， 定义 API解决协作方案。若厂商间工作耦合度高，不易于实现接口的清晰定义，则采用白盒、 灰盒方式为宜。 在 5G网络架构中定义网络切片和服务化架构，标志着 5G是一个对定制化业务灵活需求非 常友好的新一代系统。开放式架构，在此基础上更近一步。 提供开放式架构本质的目的是以需求发展为导向，使网络能力提供者与解决方案提供者分 离。通过开放式架构，使前者能够将有限的资源，更有效地投入到系统架构设计、使能技术研 究以及提高系统运维优化能力的创新上 ；使后者能够以提供应用和服务为核心目标，降低解决 方案对底层技术细节的依赖，降低应用、服务创新的技术成本，进而促进服务的创新。 开放式架构本身并不是设计来直接产生经济价值，而是（在其生命周期里）提供一个分工 明确，焦点清晰，对服务创新和技术优化均友好的生态环境。 开放式架构可以应用于技术创新、运营创新、应用创新三类场景中。在技术创新的场景中， 开放式架构为构建 概念验证（ Poc） 原型提供丰富的要素集合；在运营创新的场景中，开放式 架构提供了一种兼顾灵活性与标准化的解决思路；在应用创新的场景，开放式架构针对垂直行 业应用 提供了一致的，稳定的开发环境和测试验证平台。 2.3 SDN/NFV SDN/NFV是 5G网络 的核心使能技术 ， 引起了 5G网络 颠覆性的 变革， 为 实现 网络重构 提供 了技术支撑 ，使 5G网络进入软件化、虚拟化的新阶段。 其中， SDN提供 网络功能的 全网统一 控制， 解耦网络 控制面和用户面， 降低了 5G网络 的 部署 、升级 和管理成本 。 NFV通过虚拟化 技术， 解耦 网络软、硬功能组件 ， 促进了网络资源更为 灵活的调度和 更为深 度 的 共享。 SDN 和 NFV相互独立却又相互补充， NFV负责各种网元的虚拟化及灵活部署，而 SDN负责网络资源 的集中调控并弥补 NFV资源 分配及业务自动化部署问题 。 SDN/NFV技术在核心网率先得到了技术方案的实现，如 3GPP的 SBA架构。 然而， 由于无 线应用场景的多样化、业务需求的动态化、网络的异构化以及技术标准的碎片化， SDN/NFV 技术在无线接入网的解决方案尚需进一步的研究和发展。 例如 ， SDN的控制方法无法直接应用 到无线网络当中。具体而言，由于无线环境的复杂性，无线网络的描述涉及到了大量的物理参 数，如频率、带宽、调制方式、天线模式等等，这远比有线网络参数更为复杂。 在核心网中， 利用 NFV技术 可较为容易的在硬件上进行资源的抽象和隔离，而由于 无线通信的广播特性和无 线信道的时变性，无线资源的抽象和隔离将会变得异常困难。 SDN/NFV技术实现了 5G网络的软件化和虚拟化，为实现端到端业务编排提供了技术基础， 进一步提高 5G网络的灵活性。 针对传统 网络 模式运行单一的问题， 基于共享的物理基础设施， 利用 SDN/NFV等创新技术，灵活地调配资源、 编排 网络功能， 可 组建定制化的 端到端网络切 Open5G： 5G网络的开放生态 13 片，包含核心网和无线接入网。每个网络切片可视为一个逻辑上独立的虚拟网络，通过对切片 的资源最优化管理， 可 适配某类特定 物联网（ IoT） 业务或垂直行业需求 ，从而赋予了 Open5G 网络针 对业务特性 灵活定制的 属性 。 3 开放式核心网 传统蜂窝核心网依赖专用的网元设备，完成包括移动性管理、会话管理、认证安全、计费 等一些列核心网功能。不同的功能承载在物理上独立部署的核心网网元上。 2G的核心网主要 面向电路域的支持， 3G开始添加了数据分组域的考虑， 4G是一个全分组网。 4G时代，网络进 行了控制面 MME和用户面 SGW/PGW的分离，进一步地，伴随 SDN/NFV技术的发展， 4G核心 网络一方面推进基于 SDN考虑的 CUPS（ control user plane split）技术，另一方面，尝试通过 NFV 技术来承载 网络功能。同时，为了满足多样化的数据传输场景需求，核心网提供了场景专用核 心网 Dcor/eDecor概念。 3GPP 5G SBA架构则是基于 4G核心网增强技术的全面变革，一方面，网络平台虚拟化成 为共识，传统的网元概念淡化。标准化上，逻辑功能标准化，替代了传统的网元标准化；不同 的逻辑功能通过互联网传输协议实现功能衔接，核心网控制面协议从 4G