5G核心網(wǎng)架構和未來核心網(wǎng)演進趨勢
時間：2023-05-07 08:51:01 | 來源：網(wǎng)站運營
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5G核心網(wǎng)架構和未來核心網(wǎng)演進趨勢：移動通信已經(jīng)融入到了家家戶戶的日常生活之中，為了適應更高帶寬需求、超高流量密度、超低時延需求，第五代移動通信標準（5G）逐漸成型并已經(jīng)進入商業(yè)化使用階段。5G已經(jīng)成為家喻戶曉的名詞，但是5G網(wǎng)絡結構究竟有什么不同？是哪些因素影響了網(wǎng)絡結構的演進？未來的新一代移動通信網(wǎng)絡結構又會是什么樣子？本文將重點調研這幾個問題，將從移動通信發(fā)展歷程開始研究，探索5G核心網(wǎng)架構的組成和設計理念，研究其主要網(wǎng)元功能和接口協(xié)議，并根據(jù)網(wǎng)絡演進發(fā)展需求探討3GPP標準下5G-Advanced的新特性和新趨勢，最后討論未來6G網(wǎng)絡的性能需求和網(wǎng)絡架構。
關鍵詞： 5G，6G，核心網(wǎng)，通信
引言移動通信的發(fā)展是業(yè)務和技術的雙重驅動是貫穿本文全部調研內容的核心思想。具體來說，根據(jù)不斷衍生的業(yè)務場景需求，基于已有和可以達到的技術基礎，逐漸實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡體系
低成本、低耦合、高效率、通用化、標準化以及
業(yè)務場景深入化是移動通信網(wǎng)絡一以貫之的演進趨勢。
本文將分為4大部分，
第一部分介紹移動通信的基礎原理和歷史發(fā)展，從最早的交換系統(tǒng)開始，介紹2G、3G、4G網(wǎng)絡的特性和網(wǎng)絡結構變化，總結其變遷規(guī)律和影響因素，驗證5G網(wǎng)絡架構的設計理念。
第二部分將結合5G時代的需求特點和設計原則來介紹5G核心網(wǎng)架構的組成部分和特點，重點著眼于SBA架構，研究5G核心網(wǎng)NFV網(wǎng)元的功能和演進特點，最后簡單介紹5G核心網(wǎng)相關接口協(xié)議。
第三部分將介紹3GPP Rel-18標準內的5G-Advanced演進新趨勢，驗證網(wǎng)絡架構演進的核心驅動力，并介紹5G-Advanced的幾個新特性和應用場景。
第四部分將討論未來6G網(wǎng)絡的演進可能性，從業(yè)務技術雙重驅動的角度調研6G網(wǎng)絡的愿景和性能指標，并介紹當下通信前沿領域關于6G網(wǎng)絡架構的研究。
一、移動通信工作原理與發(fā)展歷程移動通信是一種無線通信技術，相比于固定的有線通信而言，移動通信所處的傳輸環(huán)境和管理技術更加復雜，移動通信技術需解決
兩大技術問題：
1、 克服移動通信復雜信道的影響實現(xiàn)較高的的通信性能，涉及的通信技術主要包括調制，編碼，天線，資源調度等等；
2、 移動性管理，包括通信核心網(wǎng)的注冊，切換，漫游，業(yè)務連續(xù)性等等。
因此，從技術角度出發(fā)，每一代移動通信網(wǎng)絡都在前一代的基礎上對上述兩個方面做出了優(yōu)化，本部分將從移動通信基礎原來開始介紹，逐代介紹2G、3G、4G網(wǎng)絡的特性和架構變化。
1.1 電磁波與頻段移動通信中，信號的傳輸載體是電磁波。電磁波的基礎公式：
其中，f是載波頻率，光速常量為C，波長為λ?？梢园l(fā)現(xiàn)，波長和頻率呈現(xiàn)反比關系。而信號裝載在電磁波上是利用了波的周期性特性，因此頻率越大，波長越小，也就是說，可以傳遞的數(shù)據(jù)量會更大。因此在移動通信傳輸中，我們會傾向于使用更高的電磁頻段，因為使用的電磁頻段越高，單位時間傳遞的信息量就越大，但是頻率越大，電磁波發(fā)射所需要的能量也越大，而且頻率越大，電磁波的繞障能力會降低，傳播過程會受到各種障礙物和噪聲的影響。
因此，如何通過一系列技術來減少高頻段下信號傳輸?shù)脑肼暫透蓴_，以及如何提高高頻率下整個通信系統(tǒng)的效率成為是每一代通信標準的研究重點和技術驅動力。
下圖簡要展現(xiàn)了2G、3G、4G、5G標準所使用的頻段。
圖2 移動通信頻段范圍概圖
1.2 通信網(wǎng)絡基礎架構當然，我們所說的每一代通信網(wǎng)絡，頻段的不同也僅僅是其中的一個區(qū)別，要明白當下5G第五代移動通信標準的制定邏輯和網(wǎng)絡架構，就需要先回顧前幾代的移動通信原理。
簡而言之，1G采用模擬信號傳輸，即將電磁波進行頻率調制，將語音信號轉換到載波電磁波上，只可以傳遞語音，而且抗干擾能力很差；2G采用的是數(shù)字調制技術，比1G多了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆?，此時的移動通信便可以傳遞數(shù)據(jù)，可以收發(fā)短信和鏈接互聯(lián)網(wǎng)，同時數(shù)據(jù)速率也大大提升。同時，當下5G移動通信的基礎結構也在2G時代跌定了基礎。
自從交換系統(tǒng)出現(xiàn)之后，通信網(wǎng)絡的基礎架構可以用下圖簡要概述：
圖3 通信網(wǎng)絡基礎架構
在移動通信系統(tǒng)中，終端部分還需要經(jīng)過一個信號接入網(wǎng)從而通過承載網(wǎng)絡與核心網(wǎng)相連接。因此從最早的移動通信網(wǎng)絡架構開始，核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、接入網(wǎng)和終端便是移動通信網(wǎng)絡結構的組成成分。
其中，無線接入網(wǎng)，也就是通常所說的RAN（Radio Access Network），我們常說的基站（BaseStation，BS），就是屬于無線接入網(wǎng)（RAN）；核心網(wǎng)（Core Network，簡稱 CN），本質就是對數(shù)據(jù)的處理和分發(fā)以及對終端賬戶進行管理與運營；承載網(wǎng)則是作為連接核心網(wǎng)和接入網(wǎng)，核心網(wǎng)和因特網(wǎng)的橋梁，通常以有線通信作為傳輸方式。
1.3 第2代移動通信系統(tǒng)（2G）我所說的蜂窩移動通信便是從2G的GSM網(wǎng)絡開始，在2G的GSM網(wǎng)絡架構中，我們會將信號覆蓋地區(qū)劃分為一個個蜂窩，也叫cell。BTS指的是基站，BSC指的是基站控制器。
在2G的時代，基站控制器是獨立的硬件系統(tǒng)，負責控制基站接收和發(fā)送信號。信號通過承載網(wǎng)傳遞到核心網(wǎng)的網(wǎng)元MSC（移動交換中心），而HLR（位置寄存器）、AUC（鑒權中心）等核心網(wǎng)網(wǎng)元也分別承擔了一些功能。
值得一提的是，在2G時代，這些網(wǎng)元指的都是
實體網(wǎng)絡功能單元。信號經(jīng)過核心網(wǎng)的處理后，轉發(fā)給公共電話網(wǎng)絡。
圖4 2G-GSM網(wǎng)絡架構
在2G和3G之間還存在一個2.5G網(wǎng)絡GPRS，它在2G只能打電話發(fā)短信的基礎上，開始有了數(shù)據(jù)（上網(wǎng)）業(yè)務。也是2G的GSM網(wǎng)絡向3G的WCDMA的過渡。而2.5G相比于2G最重要的一點變化就是，有了數(shù)據(jù)的分組交換（Packet Switch），也叫包交換，GPRS全稱General Packet Radio Service，也即通用分組無線服務。
圖5 2.5G-GPRS網(wǎng)絡架構圖
上圖所示的2.5G網(wǎng)絡架構中，GPRS網(wǎng)絡實現(xiàn)了PS數(shù)據(jù)交換，其中SGSN（Serving GPRS Support Node），即服務GPRS支持節(jié)點，GGSN（Gateway GPRS Support Node），即網(wǎng)關GPRS支持節(jié)點，它們都是為了實現(xiàn)GPRS數(shù)據(jù)業(yè)務。通過上述網(wǎng)絡結構，移動通信網(wǎng)絡可以將數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務通過GPRS網(wǎng)絡傳送給IP數(shù)據(jù)網(wǎng)絡，傳統(tǒng)的語音業(yè)務依然走GSM網(wǎng)絡，是2G向3G時代的一種過渡。
1.4 第3代移動通信系統(tǒng)（3G）3G網(wǎng)絡主要的特點就是提供數(shù)據(jù)業(yè)務，因此3G的網(wǎng)絡架構有兩個重要的特點：
-
第一點是IP化。傳統(tǒng)的TDM中繼電路變成了以網(wǎng)線、光纖為主的以太網(wǎng)連接方式，基站設備的外部接口和內部通信，都開始圍繞IP和端口號進行交互；
-
第二點是控制面與用戶面的分離。具體就是網(wǎng)元設備功能模塊開始解耦和細化，將功能模塊化而非單一設備集成多個功能。其中，用戶面負責用戶的實際業(yè)務數(shù)據(jù)，控制面主要管理數(shù)據(jù)的走向。業(yè)務數(shù)據(jù)承載和信令控制分離的設計理念使得3G的WCDMA網(wǎng)絡架構中SGSN網(wǎng)元被獨立出來，用于專門控制信令。
圖6 3G-WCDMA網(wǎng)絡架構圖
1.5 第4代移動通信系統(tǒng)（4G）4G的LTE網(wǎng)絡架構提供了3G不能滿足的無線網(wǎng)絡寬帶化。4G 網(wǎng)絡是全 IP 化網(wǎng)絡，主要提供數(shù)據(jù)業(yè)務，其數(shù)據(jù)傳輸?shù)纳闲兴俾士蛇_20Mbps，下行速率高達 100Mbps，基本能夠滿足各種移動通信業(yè)務的需求。
4G 網(wǎng)絡架構中，SGSN 變成 MME（Mobility Management Entity，移動管理實體），GGSN 變成 SGW/PGW（Serving Gateway，服務網(wǎng)關；PDN Gateway，PDN 網(wǎng)關），也就演進成了 4G 核心網(wǎng)。而接入網(wǎng)部分，為了實現(xiàn)扁平化，基站eNodeB合并了部分RNC的功能，還有一部分功能分給了核心網(wǎng)，基站可以進行自我的控制管理。
圖7 4GLTE網(wǎng)絡架構圖
在4G時代，硬件平臺開始電腦化。電信運營商使用IT的方式來重構網(wǎng)絡，目前常用的就是ATCA平臺，可以提供更強大的多媒體數(shù)據(jù)服務，硬件上采用IBM等廠商生產(chǎn)的x86通用平臺服務器，也稱“刀片”，使得一部分的網(wǎng)元功能實現(xiàn)虛擬化，成為NFV網(wǎng)元（Network Function Virtualization），也即將實體的網(wǎng)元硬件功能軟件化，集成在x86的服務器平臺上，方便模塊化調用。這樣同時打開了第三方生態(tài)，有利于不同客戶進行不同的商業(yè)模式個性化改造。
圖8 網(wǎng)元功能虛擬化
但是上述的架構還有些不足，主要是控制面和用戶面的分離做的還不夠徹底，網(wǎng)絡中的SGW/PGW兩個網(wǎng)關不但要處理轉發(fā)用戶面的數(shù)據(jù)，還要負責進行會話的管理和承載控制等功能，這使得部署運維還是受限于“中心化”。
因此，2016年，3GPP組織對SGW/PGW做了一次拆分，將這兩個網(wǎng)元拆分成控制面和用戶面兩部分，稱作CUPS架構，這使得其可以靈活部署于核心網(wǎng)，也可以部署于接入網(wǎng)，最終可以實現(xiàn)可分布式部署，也是為多元化的5G業(yè)務需求奠定了一些基礎理念。
1.6 總結回顧從1G到4G的移動通信發(fā)展歷程，每一代移動通信系統(tǒng)都可以通過標志性的能力指標和核心的關鍵技術來定義，如下表所示：
| 網(wǎng)絡 | 信號類型 | 理論速率（bps） | 代表技術 | 制式 |
| 1G | 模擬 | 2.4k | FDMA | AMPS、TACS |
| 2G | 數(shù)字 | 64k | TDMA、CDMA | GSM、CDMA |
| 3G | 數(shù)字 | 2M | WCDMA、SCDMA | WCDMA、CDMA-2000、TD-SCDMA |
| 4G | 數(shù)字 | 100M | OFDM、IMT-Advanced | TD-LTE |
| 5G | 數(shù)字 | 7.5G | IMT-2020 | |
除了通信技術的變遷外，從
業(yè)務驅動的角度來看，移動通信的業(yè)務從最早的語音信號傳輸逐漸擴展到多媒體寬帶數(shù)據(jù)業(yè)務，用戶也從基礎的toC到后面toB。因此，業(yè)務場景和業(yè)務需求的個性化和多元化也同樣是是移動通信技術發(fā)展的驅動力。
從這個角度我們可以發(fā)現(xiàn)，2G到4G的網(wǎng)絡結構除了技術升級外，還有幾個重要的變化特征：
-
網(wǎng)絡結構耦合性降低-
網(wǎng)絡兼容性上升，開始允許第三方生態(tài)接入-
用戶面和控制面逐步分離，網(wǎng)元功能獨立化、模塊化-
硬件平臺電腦化、通用化-
運維部署分布式化從這幾個方面可以看出，5G網(wǎng)絡標準的設計理念將繼續(xù)在上述角度上繼續(xù)深入革新，最終滿足不斷發(fā)展的新業(yè)務場景的需求，實現(xiàn)
低成本、低耦合、高效率、通用化、標準化的移動通信網(wǎng)絡。下一部分將介紹5G網(wǎng)絡的性能指標和標準演進。
二、5G核心網(wǎng)架構和接口協(xié)議面對來自未來移動網(wǎng)絡業(yè)務場景需求帶來的挑戰(zhàn)，IMT-2020（5G）推進組于2020年５月和2016年５月接連發(fā)布了“5Ｇ網(wǎng)絡技術架構”和“5Ｇ網(wǎng)絡架構設計”兩本白皮書，確定了５Ｇ網(wǎng)絡通過引入SDN/NFV技術，從基礎設施平臺和網(wǎng)絡架構兩方面來實現(xiàn)網(wǎng)絡換代的５Ｇ網(wǎng)絡架構設計原則。
本部分將介紹5G網(wǎng)絡結構，首先從5G業(yè)務需求分析、網(wǎng)絡架構設計原則、5G頻段資源劃分等角度解釋其必要性，并重點對SBA架構的5G核心網(wǎng)進行介紹，了解其中主要網(wǎng)元的功能和特點，然后將其與舊的通信網(wǎng)絡架構組成進行對比，探索其中變化的特征，驗證其低成本、低耦合、高效率、通用化、多場景的演進趨勢，最后將介紹5G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡接口和協(xié)議。
2.1 5G時代通信業(yè)務需求分析從第一部分分析我們看出業(yè)務和技術是移動通信發(fā)展的主要驅動力，討論5G性能指標和網(wǎng)絡架構首先明確5G時代的業(yè)務場景和技術基礎。
當下，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務已經(jīng)成為了移動通信的主要驅動力，5G需要滿足人們在生活、工作、交通、娛樂等多種場景下的多樣化業(yè)務需求，不僅需要滿足超高流量密度、超高連接數(shù)、超高移動特征的場景，也需要滿足在“萬物互聯(lián)”領域下超低延遲、超高可靠性等特征。因此，這種多樣化業(yè)務場景下的差異化性能指標要求對5G的網(wǎng)絡架構設計產(chǎn)生了很大的挑戰(zhàn)，總的來說，可以將應用場景分為以下四個方面：
1.
連續(xù)廣域覆蓋場景：保證用戶的通信移動性和連續(xù)性，提供高速的通信速率（100Mbps以上）。
2.
熱點高容量場景：對于極高流量密度的場景，提供正常的數(shù)據(jù)傳輸速率。
3.
低功耗杭州接場景：主要用于物聯(lián)網(wǎng)應用場景具有低功耗、小數(shù)據(jù)包、海量連接等特點。這要求網(wǎng)絡能夠提供100萬/km2的連接密度要求。
4.
低時延高可靠性場景：主要面對車聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)控制等場景，這類場景對時延和可靠性有著很高的要求，需要提供毫秒級的端到端的鏈接和接近100%的可靠性保證。
上述四個主要應用場景可以將5G的網(wǎng)絡需求分為三個具體的需求指標：eMBB（增強型移動寬帶）、mMTC（大規(guī)模機器類型通信）和uRLLC（超可靠和低延遲通信）。對應的指標雷達圖如下圖所示。
圖9 5G時代多樣化的通信需求
下圖是IMT-2020的5G關鍵性能愿景圖，以及和4G網(wǎng)絡的對比：
圖10 IMT-2020的5G關鍵性能愿景圖
5G業(yè)務包含杭州接、高速率、低延時等多種場景，業(yè)務驅動因素與技術驅動因素相輔相成，互相推動移動通信深入行業(yè)領域。因此，在理解5G的多樣化場景需求和性能指標后，在現(xiàn)有技術的設計原則基礎上，我們可以更好的理解5G核心網(wǎng)的功能組成和架構特點。
2.2 5G網(wǎng)絡架構的設計原則根據(jù)ITU（國際電信聯(lián)盟）提出的5G多樣化通信需求，可以得出
5G網(wǎng)絡架構的設計原則以及演進方向，包括以下幾個方面：
圖11 5G網(wǎng)絡架構的設計原則
這種設計原則也是以滿足上述5G性能指標的技術路線，整體上依舊符合網(wǎng)絡架構模塊化、通用化等規(guī)律。且借鑒IT的“微服務”領域，采取服務化架構拆解網(wǎng)絡功能為獨立NFV，提供自管理、自包含、可重用網(wǎng)絡功能。這種網(wǎng)絡架構及業(yè)務連接特征對核心網(wǎng)提出了新的要求。
2.3 5G頻段資源劃分在3GPP協(xié)議中，5G的總體頻譜資源定義成了兩個FR頻段：
FR1：Sub6G頻段，也就是低頻頻段，頻率范圍是450MHz到6GHz。該頻段頻率低，信號繞射能力強，覆蓋范圍好，是當下的主流頻段，其中低于3Ghz的部分，包括了現(xiàn)網(wǎng)使用的2G、3G、4G頻譜，可以在實現(xiàn)較低成本的快速部署，我國的三大運營商所使用的5G頻段就是Sub6G。
FR2：毫米波頻段，頻率范圍是24Ghz到52Ghz，為5G的擴展頻段，頻譜干凈，干擾較小，最大支持400Mbps的帶寬，5G所說的高達20Gbps的峰值速率也是基于FR2的超大帶寬。但是使用FR2頻譜建設成本較高，信號繞射能力低，覆蓋范圍小，需要建設更多的基站，目前使用者以美國高通公司為主。
圖12 5G的總體頻譜資源
2.4 5G核心網(wǎng)網(wǎng)絡架構及特點 5G網(wǎng)絡架構宏觀上分為接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩部分，5G接入層成為NG-RAN（NR），由5G基站（gNB）組成；5G核心網(wǎng)由控制面（CP）、用戶面（UP）分離組成。
圖13 5G整體網(wǎng)絡架構
相比于傳統(tǒng)的4G核心網(wǎng)，5G核心網(wǎng)采用了原生適配云平臺的設計思路、基于服務的架構和功能設計提供更泛在的介入、更靈活的控制和轉發(fā)以及更友好的能力開放。
5G通過架構和功能擴充，實現(xiàn)了軟件定義網(wǎng)絡功能（SDN），4G的“網(wǎng)元”重構為5G的虛擬網(wǎng)元功能（NFV），這些網(wǎng)絡功能相互之間解耦，具備獨立升級和獨立彈性能力，同時具備標準接口與其他網(wǎng)絡功能服務互通，這種基于服務的網(wǎng)絡架構（SBA）是5G核心網(wǎng)基礎的設計思維。3GPP標準的eSBA核心網(wǎng)架構如下圖所示。
圖14 5G核心網(wǎng)eSBA架構
總的來說，相比于4G網(wǎng)絡，5G網(wǎng)絡引入了SBA架構、CP/UP（控制平面與用戶平面）分離、網(wǎng)絡切片、邊緣計算等多項關鍵技術。在R16版本中，5G核心網(wǎng)的架構和功能進一步演進，包括eSBA（服務化架構增強）、ETSUN（拓撲架構增強）、eNS（網(wǎng)絡切片增強）、eLCS（位置服務增強）等關鍵功能。同時，5G核心網(wǎng)整體依舊處于一個非常全面且標準不斷動態(tài)演進的狀態(tài)，而5G核心網(wǎng)設計之初已經(jīng)應用的基于SDN與NFV技術的SBA架構使得網(wǎng)絡功能的升級和擴展更為靈活、便捷。
2.5 5G網(wǎng)元虛擬化5G的網(wǎng)元是虛擬化的網(wǎng)元功能模塊，而傳統(tǒng)的網(wǎng)元是一種軟硬件結合的緊耦合的獨立設備。在引入了虛擬化之后，軟件和硬件解耦，從4G時代開始便使用通用服務器運行虛擬的網(wǎng)元功能模塊。
專家們借鑒了IT系統(tǒng)中微服務的架構，把大的單體軟件進一步分解為多個小的模塊化組件，這些組件就叫做網(wǎng)絡功能服務 (NFS)，它們高度獨立自治，并通過開放接口來相互通信，可以像搭積木一樣組合成大的網(wǎng)絡功能(NF)，以提升業(yè)務部署的敏捷性和彈性。在SBA架構中，各NF通過服務化接口對外提供服務，并允許其他NF訪問或調用自身的服務。下圖展現(xiàn)了5G核心網(wǎng)內主要的網(wǎng)元及其功能。
圖15 5G核心網(wǎng)網(wǎng)元功能一覽
可以看到，5G核心網(wǎng)架構的網(wǎng)元組成和之前2.2節(jié)提到的5G網(wǎng)絡架構設計原則是相呼應的。因此，
業(yè)務驅動——技術解決方案——標準制定和演進是移動通信網(wǎng)絡不斷更新迭代的基本流程。
2.6 5G主要NFV介紹 下面將對核心網(wǎng)主要網(wǎng)元功能進行介紹：
AMF：接入和移動管理功能。主要功能是移動性管理、可達性管理，注冊連接管理，在接入網(wǎng)和CP控制面穿釘信令N2終結。同時也可以用于UE和其他CP的NF的NAS消息轉發(fā)，也可以提供非3GPP的接入。類似于4GEPC核心網(wǎng)中的MME網(wǎng)元。
圖16 接入和移動管理功能AMF
SMF：會話管理功能。負責會話管理、UP選擇和控制，包含對AN和UPF之間的隧道維護，也負責管理和分配UE的IP地址和接口，提供下行數(shù)據(jù)通知、數(shù)據(jù)漫游等功能。類似于4GEPC核心網(wǎng)中MME+SGW+PGW中會話和承載管理的控制面功能（SGW-C/PGW-C）。
圖17 會話管理功能SMF
UPF：用戶平面功能。負責數(shù)據(jù)報文的路由、轉發(fā)、檢測和QoS處理，負責流量的統(tǒng)計和上報，也作為分支點支持multihomed類型PDU會話，也可用于下行數(shù)據(jù)的緩存和通知觸發(fā)。類似于4GEPC核心網(wǎng)中的SGW/PGW用戶面功能。
圖18 用戶平面功能UPF2
除了這三個網(wǎng)元外，5GSBA網(wǎng)絡還有其他的一些網(wǎng)元功能，下表簡單介紹。
| 網(wǎng)元簡稱 | 網(wǎng)元中文名稱 | 主要功能 |
| AMF | 接入和移動管理 | 完成移動性管理、NAS MM信令管理，NAS SM信令路由、安全錨點和安全上下文管理等 |
| SMF | 會話管理功能 | 完成會話管理、UE IP地址分配和管理、UP選擇和控制等 |
| UPF | 用戶面功能 | 完成用戶面轉發(fā)處理 |
| UDM | 統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理 | 管理和存儲簽約數(shù)據(jù)、鑒權數(shù)據(jù) |
| PCF | 策略控制功能 | 支持統(tǒng)一策略框架、提供策略規(guī)則 |
| NRF | 網(wǎng)絡存儲功能 | 維護已部署NF的信息，處理從其他NF過來的請求 |
| NSSF | 網(wǎng)絡切片選擇功能 | 完成切片選擇功能 |
| AUSF | 鑒權服務器功能 | 完成鑒權服務功能 |
| NEF | 網(wǎng)路開放功能 | 開放各網(wǎng)絡功能的能力嗎，內外部信息轉換 |
| LMF | 位置管理功能 | 管理和控制端和基站的相對位置 |
| NRF | 網(wǎng)絡倉儲功能 | NF的登記和管理 |
2.7 5G NFV主要特點其實，大部分5G NF還是能在4G核心網(wǎng)中找到影子，上面三個標紅的虛擬網(wǎng)元功能AMF、SMF、UPF是5GSBA架構中最重要的三個網(wǎng)元，承擔了原4GEPC核心網(wǎng)中MME、PGW，SWG三個網(wǎng)元的絕大多數(shù)功能，并實現(xiàn)了控制面和用戶面的分離。
而4G CUPS核心網(wǎng)的MME和HSS中關于用戶鑒權的功能也被抽取出來，合并成為5G的AUSF。與此同時，HSS中剩余的用戶數(shù)據(jù)管理功能獨立成為UDM，和AUSF配合工作來完成用戶鑒權數(shù)據(jù)相關的處理。
下圖這種從4G到5G的網(wǎng)元變化的特點踐行了移動通信網(wǎng)絡組件
逐步獨立化、模塊化的原則。
圖19 4G與5G網(wǎng)元功能變化
在5G的網(wǎng)絡架構中，最大的變化還是每個NF都通過服務化接口對外提供服務，并允許其他NF訪問或調用自身的服務。提供服務的NF被稱作“NF服務提供者”，訪問或調用服務的NF被稱作“NF服務使用者”。這些活動都需要NRF的管理和監(jiān)控。
這套設計理念與當下互聯(lián)網(wǎng)Web2.0中的前后端分離思想是有異曲同工之處的。2.8 5G網(wǎng)絡接口在5G總體網(wǎng)絡架構中，接口主要分為兩種，一種是基于服務的接口，一種是基于參考點的接口。
其中，
基于服務的接口是核心網(wǎng)內每個網(wǎng)絡功能單元和總線之間的接口，它是核心網(wǎng)基于服務架構SBA的體現(xiàn)，CP控制面的NF（例如AMF等網(wǎng)元功能）使其他授權的NF可以訪問它所提供的服務。
基于參考點的功能接口聚焦于成對網(wǎng)絡功能之間的交互，主要是接入網(wǎng)基站gNB與5G Core核心網(wǎng)之間的接口,這兩個網(wǎng)絡功能的交互通過點對點的參考點進行（如N1接口），詳見上文圖12。
下表列出了基于服務的接口（SBI）：
| 接口 | 功能 |
| Namf | AMF展示的基于服務的接口 |
| Nsmf | SMF展示的基于服務的接口 |
| Nnef | NEF展示的基于服務的接口 |
| Npcf | PCF展示的基于服務的接口 |
| Nudm | UDM展示的基于服務的接口 |
| NAF | AF展示的基于服務的接口 |
| Nnrf | NRF展示的基于服務的接口 |
| Nausf | AUSF展示的基于服務的接口 |
| Nudr | UDR展示的基于服務的接口 |
| Nudsf | UDSF展示的基于服務的接口 |
| … | … |
下表列出了主要的參考點：
| 參考點 | 位置 |
| N1 | UE和AMF之間的參考點 |
| N2 | RAN和AMF之間的參考點 |
| N3 | RAN和UPF之間的參考點 |
| N4 | SMF和UPF之間的參考點 |
| N6 | UPF和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡之間的參考點 |
| N9 | 兩個UPF之間的參考點 |
| N5 | PCF和AF之間的參考點 |
| N7 | SMF和PCF之間的參考點 |
| N24 | 訪問網(wǎng)絡中的PCF和舊屬網(wǎng)絡中PCF之間的參考點 |
事實上，我們討論的5G核心網(wǎng)內部的接口，主要是基于服務的接口（SBI），SBI也是和SBA架構相輔相成的，這類接口使用統(tǒng)一的定義，基于HTTP/2協(xié)議棧，使得NF之間的通信更像一個服務網(wǎng)絡功能，而不是串行連接，它減少了接口之間的依賴性并且給每個網(wǎng)元功能的獨立擴展留有足夠的個性化空間，提高了跨功能擁有新功能和服務的依賴性。
2.9 5G網(wǎng)絡協(xié)議在拓撲圖上可以看出，5G網(wǎng)絡接口分為Xn和NG兩種接口。
圖20 5G網(wǎng)絡接口拓撲圖
上圖所示的5G無線接入網(wǎng)內，Xn表示了gNB與gNB間的接口，支持數(shù)據(jù)和信令傳輸；NG為gNB與核心網(wǎng)的接口；F1表示gNB-CU和gNB-DU之間的接口。
所為“協(xié)議”，是指對等邏輯實體之間共同遵循的一套規(guī)則，下圖展現(xiàn)了5G無線控制面和用戶面協(xié)議棧。我們可以將上述三種接口分為兩塊，控制面CP協(xié)議棧主要包括Xn-C、NG-C、F1-C接口信令，基于SCTP協(xié)議（可靠性高）；用戶面UP協(xié)議棧主要包括Xn-U、NG-U、F1-U，基于GTP-U協(xié)議。
圖21 5G無線協(xié)議棧
圖22 5G端到端網(wǎng)絡控制面協(xié)議棧
圖23 5G端到端網(wǎng)絡用戶面協(xié)議棧
上圖所示5G的控制面和用戶面協(xié)議棧實現(xiàn)了協(xié)議分層化，類似于計算機網(wǎng)絡中的OSI參考模型，這種
分層化、服務化的協(xié)議模型有以下好處：
1、 各層之間相互獨立，通過層間接口調用對應服務，降低系統(tǒng)的復雜度。2、 靈活性好，可以對某一層的服務進行增刪改查。3、 易于實現(xiàn)和維護，降低了整個體系的耦合度。4、 用戶面控制面協(xié)議分離，使得核心網(wǎng)和接入網(wǎng)直接的關聯(lián)降低，方便網(wǎng)絡切片和分布式部署運維。2.10 總結縱觀整個5G的SBA網(wǎng)絡架構、NFV網(wǎng)元、分層協(xié)議、獨立接口等技術，均是以
降低整個通信系統(tǒng)的系統(tǒng)的耦合度、提高通信系統(tǒng)效率、提高兼容性、適應個性化業(yè)務場景需求為目標導向。將一個復雜的系統(tǒng)進行模塊化、通用化是當下各類電子設計的演進趨勢，也是工程架構領域中的“自頂向下”的思維理念。
因此，整個移動通信系統(tǒng)的演進趨勢都是在不斷的業(yè)務驅動需求下，基于現(xiàn)有和可以達到的技術基礎，
提高整體系統(tǒng)效率，實現(xiàn)系統(tǒng)的模塊化、個性化、標準化。
三、未來移動通信技術演進趨勢——5G-Advanced2022年2月，工信部公布數(shù)據(jù)顯示，我國已經(jīng)建成142萬個5G基站，5G網(wǎng)絡已經(jīng)能夠覆蓋全國所有地市一級縣城城區(qū)，以及87%的鄉(xiāng)鎮(zhèn)鎮(zhèn)區(qū)。5G的發(fā)展已經(jīng)滿足當下很多業(yè)務場景的需求并保留足夠多的性能冗余，但是仍然有很多新的業(yè)務場景需要更加個性化的通信服務要求。產(chǎn)業(yè)界和學術界將在這種業(yè)務驅動下，繼續(xù)升級完善現(xiàn)有的5G網(wǎng)絡。這就是R-18標準下的5G-Advanced架構體系。
本部分將從介紹3GPP組織5G標準演進日程開始，然后介紹5G-Advanced的需求背景，業(yè)務指標以及技術解決方案。從這過程中形成一套業(yè)
務場景驅動-技術解決方案-標準制定的移動通信網(wǎng)絡演進體系，并將其應用到未來的網(wǎng)絡演進規(guī)劃中。
3.1 5G-Advanced誕生背景3GPP作為國際移動通信行業(yè)的主要標準組織，承擔5G國際標準技術內容的制定工作。3GPP R14階段被認為是啟動5G標準研究的時機，R15階段啟動了5G標準工作項目，R16及以后階段將對5G標準進行完善增強，并提出5G-Advanced。3GPP組織 5G發(fā)展時間計劃如下圖所示：
圖24 3GPP組織 5G發(fā)展時間計劃
5G從3GPP Release 15開始提出，5G的標準是全球統(tǒng)一的，由3GPP組織制定。在R15階段，提出了NR NSA（非獨立組網(wǎng)NR）和NR SA（獨立組網(wǎng)NR）。非獨立組網(wǎng)就是現(xiàn)網(wǎng)升級NSA，在現(xiàn)有LTE4G網(wǎng)絡基礎設施上升級，之后再向獨立組網(wǎng)SA演進，這種部署方式易于早期eMBB快速部署，投資較小。
在“2022年世界電信和信息社會日大會”的5G網(wǎng)絡創(chuàng)新與應用揚帆論壇上，中國信息通信研究院副院長王志勤表示，5G增強標準將助力行業(yè)應用，5G行業(yè)標準的制定預計分為四個階段：
圖25 5G行業(yè)標準的制定四個階段
前三個階段覆蓋了5G的三大應用場景以及基礎性問題，第四階段的R18標準正在制定中，將會開啟5G的第二個階段即5.5G的標準（5G-Advanced），有5G與人工智能融合等全方位的能力提升和場景拓展。
事實上，在3GPP最新的工作計劃（SP-220718）中，R18已經(jīng)在日程上，R19也已經(jīng)啟動。而2022 年 3 月已經(jīng)實現(xiàn)了R17版的功能凍結。
圖26 3GPP最新的工作計劃（SP-220718）
下圖展現(xiàn)了3GPP 整體架構和規(guī)范，包括 2G、3G、4G 和 5G 系統(tǒng)，直至 Release-17（Copyright ? 2021 Muneaki Ogawa）。
圖27 3GPP 整體架構和規(guī)范
自從2020年5G開始商用化，除了進一步促進移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，更重要的是會促進移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的整合，進而全面落地大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等相關技術。根據(jù)下圖5G核心網(wǎng)商用部署演進流程可以看出，目前5G的商用化部署已經(jīng)處于后期階段，除了滿足消費者的通信需求，當下有越來越多新的場景需要5G更多的定制化需求，立足2C(to customer)基礎，拓展2B2C(to business to customer)商業(yè)模式。
圖28 5G核心網(wǎng)商用部署演進流程
新商業(yè)模式和應用場景的需求也反過來要求5G開始制定新的標準和功能特性。3GPP早年間定義了5G三大應用場景，即eMBB、mMTC、uRLLC。后來，華為2020年11月提出在原有5G網(wǎng)絡應用場景基礎上加入UCBC（上行超帶寬）、RTBC（寬帶實時交互）、HCS（通信感知融合）三大應用場景，5G網(wǎng)絡的應用架構由此從原有的“三角形”也開始向“六邊形”演進。這就催生出了5G-Advanced網(wǎng)絡演進理念。
3.2 5G-Advanced 新特性2021年4月3GPP提出5G-Advanced網(wǎng)絡演進理念，產(chǎn)業(yè)各界從R18開始逐步為5G-Advanced完善框架和充實內容。5G-Advanced將從R18版本開始，預計2023年底標準凍結。
3GPP 5G-Advanced主要關注五個方面：
基礎能力增強、新業(yè)務支持、分布式智能化、垂直行業(yè)能力增強和物聯(lián)網(wǎng)架構演進，涉及實時通信、近距通信、無人機等關鍵特性，能更好地滿足不同行業(yè)客戶需求。
與R-18版本前的5G相比，5G-Advanced進一步增強上行能力，寬帶實時交互以及低時延等能力，將為5G后續(xù)發(fā)展定義新的目標和新的能力，通過網(wǎng)絡演進和技術增強，實現(xiàn)萬物智聯(lián)等目標，將產(chǎn)生更大的社會和經(jīng)濟價值。5G-Advanced也將為未來6G愿景的實現(xiàn)提供前期的基礎。
圖29 5G-Advanced LOGO
根據(jù)3GPP TSG SA Chair，Ceorg Mayer發(fā)布的《5G Advanced in the Making the TSG SA Approach to Release-18》白皮書中所述，R-18所關注的增強5G網(wǎng)絡架構將會重點圍繞“增能、智能、賦能”三個特性來研究和擴展，進一步增強網(wǎng)絡基礎能力及融合能力，推動網(wǎng)絡智能化變革，為千行百業(yè)用戶高效賦能。下表列出了這三個需求特性對應的網(wǎng)絡要求和功能解決方案。
| 類型 | 網(wǎng)絡特性 | 功能/方案 |
|---|
| 增強 | 基礎能力增強 | 網(wǎng)絡切片能力增強
ATSSS增強
衛(wèi)星接入增強 |
| 新業(yè)務支持 | XR與媒體業(yè)務
下一代實時通信業(yè)務
近距通信業(yè)務
位置定位增強 |
| 智能 | 分布式智能化 | 網(wǎng)絡智能化
AI/ML業(yè)務
數(shù)字孿生 |
| 賦能 | 垂直行業(yè)能力增強 | 5G LAN增強
NPN增強
確定性網(wǎng)絡
支持無人機系統(tǒng)
多播廣播增強 |
| 物聯(lián)網(wǎng)架構演進 | 無源物聯(lián)網(wǎng)
能力簡化技術 |
下面以上述五個網(wǎng)絡特性中的基礎能力增強需求為例，簡要介紹5G-Advanced的新技術及其解決方案。
【舉例：基礎能力增強特性】5G-Advanced網(wǎng)絡需要充分考慮基礎架構演進以及功能的增強，從網(wǎng)絡架構、組網(wǎng)方案、設備形態(tài)和服務能力上去匹配更加復雜的業(yè)務場景，從網(wǎng)絡切片增強、ATSSS（接入流量控制、切換和分流）增強、衛(wèi)星接入設計等方向推動網(wǎng)絡能力增強。
- 網(wǎng)絡切片增強：
網(wǎng)絡切片技術可基于統(tǒng)一的網(wǎng)絡基礎資源及設施隔離出多個虛擬的端到端網(wǎng)絡，并且保證各虛擬網(wǎng)絡的業(yè)務隔離性，以適應多樣化業(yè)務。5G-Advanced網(wǎng)絡將針對以下三個方面進行增強，推動網(wǎng)絡切片更好地應用于不同的通信業(yè)務。
n 實現(xiàn)SLA保障增強
n 支持切片智能化管理
n 支持切片能力開放
- ATSSS（接入流量控制、切換和分流）增強:
R17中，多連接接入流量切換與分流管理技術通過增強UE和UPF間數(shù)據(jù)分流、增加QoS流的性能檢測等方案，使得UE能夠根據(jù)網(wǎng)絡提供的ATSSS規(guī)則在3GPP接入和non-3GPP接入之間實現(xiàn)流量控制、切換和拆分。5G-Advanced致力于實現(xiàn)多場景、多能力以及多接入的增強。
R16/R17僅支持一個3GPP接入（NR或者LTE）和一個非3GPP接入的業(yè)務建立場景，5G-Advanced網(wǎng)絡支持更多接入的解決方案，如實現(xiàn)在相同PLMN內的兩個非3GPP接入之間切換。
- 衛(wèi)星接入增強: 5G與衛(wèi)星通信的融合是未來空天一體的基礎,5G-Advanced將對5G與衛(wèi)星通信融合技術在衛(wèi)星作為接入和衛(wèi)星作為回傳兩方面進行增強和完善。
n 在衛(wèi)星作為接入方面：針對衛(wèi)星不連續(xù)覆蓋的情況，實現(xiàn)移動性管理方面的優(yōu)化；在移動情況時，支持再生模式下的移動性管理和會話管理的優(yōu)化增強方案。
n 在衛(wèi)星作為回傳方面：增強5G系統(tǒng)對衛(wèi)星回傳質量變化的適配，提供基于包檢測的動態(tài)QoS控制以及回傳質量信息開放等機制；分析UPF在低軌衛(wèi)星上部署的可行性，探討通過星上UPF實現(xiàn)基于衛(wèi)星的邊緣計算和本地環(huán)回等降低回傳時延的技術方案。
3.3 總結正如在R18版本正式立項之前，2021年8月，包括國內三大運營商在內的21家單位聯(lián)合發(fā)布的《5G-Advanced網(wǎng)絡技術演進白皮書》一書所述，網(wǎng)絡系統(tǒng)融合、網(wǎng)絡智能化、行業(yè)使能應用這三個方向是5G當下階段和未來一段時間演進的主要方向，說到底其實就是
以業(yè)務場景驅動作為核心驅動力，
以個性化的需求定制作為應用增長點，同時實現(xiàn)社會治理和社會生活的智能化、便捷化，提升總體社會生產(chǎn)力水平。
同時，從5G-Advanced的技術新趨勢可以看出，移動通信的演進趨勢將會更加和具體業(yè)務場景關聯(lián)，這也是基于模塊化、標準化的網(wǎng)絡結構所形成的優(yōu)勢。
四、未來移動通信技術演進趨勢——6G隨著5G的大規(guī)模商用，6G研究也成為了移動通信行業(yè)新的研究熱點。全球通信發(fā)達的國家和地區(qū)紛紛出臺6G研發(fā)規(guī)劃。盡管5G已將人與人之間的簡單通信做得很完善了，但是在人機物方面還沒有達到完美的地步，6G相關研究已經(jīng)提出，研究6G也是迭代的需要，為了滿足未來行業(yè)的需求。面向2030年，如何定義6G，如何支撐6G突破現(xiàn)有技術的束縛，構建全新的能力體系，推動移動通信產(chǎn)業(yè)的進一步升級，是目前學術界和工業(yè)界都在努力研究的問題。
本部分將從6G時代的需求愿景出發(fā)，探討6G網(wǎng)絡的性能指標和頻譜方案，最后再根據(jù)性能要求提出6G網(wǎng)絡可能的網(wǎng)絡架構和特征，進一步揭示移動通信系統(tǒng)和核心網(wǎng)架構逐漸個性化、業(yè)務化的演進趨勢。
4.1 6G網(wǎng)絡整體愿景目標回顧整個移動通信發(fā)展歷史，每一代通信技術從它的標準化到實用化都是迭代的過程，每一代通信技術迭代發(fā)展都有一定的客觀規(guī)律和節(jié)奏，從2G/3G/4G到現(xiàn)在的5G，以及未來的6G，市場的需求是推動每一代通信技術向前發(fā)展的根本動力所在，這個過程需要時間。
而隨著5G應用的快速滲透、科學技術的不斷突破、DICT的深度融合，通過調研本文認為，6G將在5G基礎上全面支持世界的數(shù)字化，即基于物理世界生成一個數(shù)字化的孿生虛擬世界，物理世界的人和人、人和物、物和物之間將可以通過數(shù)字化世界來傳遞信息與智能?；跀?shù)字世界，可以模擬物理世界的運行狀態(tài)，預測物理世界的發(fā)展趨勢等。基于這些預測形成一些預防性措施，提前干預物理世界的運行，由此改變未來。在這樣的社會發(fā)展愿景下，將會涌現(xiàn)出非常多的全新應用場景，比如人的數(shù)字孿生、全息交互、通感互聯(lián)及智能交互等，如下圖所示。
圖30 6G時代應用場景
6G時代的核心需求場景也將著重于“萬物智聯(lián)”，下圖展現(xiàn)了從3G的“人連”、到5G的“萬物互聯(lián)”，再到6G“萬物智聯(lián)”的演進趨勢。而實現(xiàn)萬物智聯(lián)，核心性能要求就是實現(xiàn)通信網(wǎng)絡更強的感知性和原生AI化。
圖31 移動通信發(fā)展趨勢
圖32 6G時代應用場景概覽
4.2 6G關鍵性能指標借鑒整個5G的研發(fā)歷程，可以初步研判，整個6G研發(fā)將大概分為兩個階段:第一個階段(2018—2025)，愿景、需求的定義和關鍵技術的研究驗證、系統(tǒng)概念設計與原型驗證;第二個階段(2026—2030)，3GPP開始相關標準的研究和制定，端到端產(chǎn)業(yè)化推進，業(yè)務和應用培育以及商用部署。目前全球關于6G的研究正處于定義愿景需求、尋找關鍵技術的階段，正在百花齊放、百家爭鳴。
而根據(jù)圖33的這些應用場景的分析，可以推導出其對網(wǎng)絡能力的需求，由此形成6G網(wǎng)絡的KPI需求，如下圖所示。怎么滿足這些指標，將是未來行業(yè)共同努力的方向，通過從頻譜、無線傳輸技術、網(wǎng)絡架構、網(wǎng)絡功能、安全、AI能力以及技術平臺等方面的突破，實現(xiàn)6G網(wǎng)絡技術體系質的飛躍。
圖33 6G場景化關鍵性能指標（與5G對比）
從上圖可以看出，未來場景化的6G KPI定義將是6G需求指標定義的重要形式。當然，對每個6G場景下的網(wǎng)絡技術指標體系的數(shù)值，業(yè)界還沒有達成共識，還需要結合應用和技術的發(fā)展去進一步豐富和完善。同時，6G的性能指標中除傳統(tǒng)的通信功能之外，還包括確定性QoS、更精準的定位、姿態(tài)感知、計算能力、AI能力、安全能力等指標。所以未來6G網(wǎng)絡將不再簡單提供通信連接的能力，還需提供更加綜合的能力體系，以支持更加豐富多彩的應用場景。
4.3 6G頻譜分配從4G和5G發(fā)展的歷史來看，頻率的規(guī)劃和選擇至關重要。5G實現(xiàn)了Sub-6GHz的100 MHz帶寬的載波，毫米波達到了400 MHz的帶寬，結合大規(guī)模天線技術，實現(xiàn)了1 Gbit/s以上的峰值速率。而6G需要支持非常高的傳輸速率，如Tbit/s，因此需要更大的連續(xù)帶寬;另一方面，6G也需要無縫覆蓋，需要更多的低端頻譜。這兩個方面是相互矛盾的。
因此，面向6G，如下圖所示，我們可以對不同的應用場景動態(tài)按需分配不同的頻段范圍。一方面需要10 GHz以下的連續(xù)大帶寬頻率以保證基礎的網(wǎng)絡覆蓋，支持無縫的地面覆蓋網(wǎng)絡部署，保障基礎的業(yè)務能力提升;另一方面，也可以考慮根據(jù)業(yè)務的需要，按需部署與動態(tài)開啟毫米波、THz和可見光等高頻段，滿足超高速率、超大容量的業(yè)務需求，或者在提供數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r，提供定位等感知能力，進一步拓展6G網(wǎng)絡能夠支持的應用場景。
圖34 6G多層頻段動態(tài)選擇方案
4.4 6G網(wǎng)絡架構特征從面向垂直行業(yè)的差異化、碎片化業(yè)務的應用拓展來看，6G網(wǎng)絡架構需要有更大的突破才能真正靈活地適應未來網(wǎng)絡能力指標范圍更為動態(tài)的業(yè)務發(fā)展需求。
結合6G網(wǎng)絡架構演進的驅動力、已有網(wǎng)絡發(fā)展的經(jīng)驗和教訓以及對未來技術發(fā)展趨勢的分析和理解，6G時代的網(wǎng)絡架構應該具備6個特征：
圖35 6G時代的網(wǎng)絡架構特征
通過這6條6G網(wǎng)絡架構演進要求，我們可以看到未來的網(wǎng)絡架構演進趨勢著重于以下5個變化：
-
個性化動態(tài)配置資源、功能、參數(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡資源按需滿足。-
實現(xiàn)網(wǎng)元功能模塊化，核心網(wǎng)統(tǒng)一化，降低耦合性，精簡接口協(xié)議。-
實現(xiàn)云原生，提升通信網(wǎng)絡的敏捷和高效。-
智能化，實現(xiàn)AI的原生化，并智能控制和管理網(wǎng)絡。-
網(wǎng)元的虛擬化和數(shù)字化程度加強。4.5 6G“三層四面”網(wǎng)絡架構設想根據(jù)上述的6G網(wǎng)絡架構特征分析，未來的6G網(wǎng)絡可以分為三層:
第一層是
資源層，包括無線、計算、存儲等物理的資源;
第二層是
網(wǎng)絡功能層，基于下層資源形成特定的網(wǎng)絡功能來支撐上層的服務;
第三層是
服務層，包括各類的應用和服務。
除傳統(tǒng)的控制面和用戶面，未來網(wǎng)絡還需引入新四面，包括
數(shù)據(jù)收集面、智能面、共享與協(xié)作面、安全面。
為了實現(xiàn)AI的內生，需要數(shù)據(jù)收集面去實現(xiàn)全域端到端數(shù)據(jù)的采集、清洗、結構化以及存儲等工作來保證數(shù)據(jù)的按需采集和訂閱;需要AI面來為不同應用場景的AI應用提供數(shù)據(jù)的訓練、模型的更新和算法的調優(yōu)等，保證AI應用需求的滿足;同時，為了實現(xiàn)安全內生需要引入單獨的安全面，保證安全能夠成為整個網(wǎng)絡的免疫系統(tǒng)。
下圖為6G“三層四面”的網(wǎng)絡架構設想圖：
圖36 6G“三層四面”網(wǎng)絡架構設想圖
4.6 6G總結5G已在全球開始大規(guī)模的商業(yè)部署，全球產(chǎn)業(yè)正在圍繞2B和2C開展業(yè)務和應用的孵化和培育。5G的經(jīng)驗和教訓都將成為6G研究非常重要的創(chuàng)新源泉，6G必將進一步繼承和發(fā)展5G中已經(jīng)驗證可行的技術和理念，比如MIMO、polar/LDPC碼、服務化、云化以及網(wǎng)絡切片等。
另一方面，6G也需要往前看，去尋找新的創(chuàng)新突破、理論突破、產(chǎn)業(yè)突破，比如在物理層技術已經(jīng)逼近香農(nóng)限的情況下，
如何進一步提升無線傳輸?shù)男?/b>;在摩爾定律已經(jīng)接近極限時，拿復雜度換性能的技術路線是否還可以延續(xù)，6G需要去重新思考新的產(chǎn)業(yè)路徑和布局。
此外，在需求方面，6G面臨的應用場景會更加復雜，需要在網(wǎng)絡設計之初考慮到更靈活的適應性。因此，我們既要腳踏實地，也要仰望星空，產(chǎn)、學、研、用協(xié)同推動5G往6G的方向演進和發(fā)展。
回顧從1G時代開始到未來6G時代的網(wǎng)絡演進趨勢，從核心網(wǎng)的角度來看，逐漸實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡體系低成本、低耦合、高效率、通用化、標準化以及業(yè)務場景深入化是移動通信網(wǎng)絡一以貫之的演進趨勢，而技術和業(yè)務就是網(wǎng)絡架構演進的核心驅動力。
結束語
本文調研現(xiàn)有5G核心網(wǎng)架構組成，了解其主要組成單元和功能，相關接口和協(xié)議； 調研6G網(wǎng)絡演進發(fā)展需求以及5G核心網(wǎng)的未來發(fā)展趨勢；調研現(xiàn)有開源5G核心網(wǎng)仿真軟件，并對其功能和優(yōu)劣進行了對比分析。
通過調研可以得出結論：移動通信的發(fā)展是業(yè)務和技術的雙重驅動，具體而言，根據(jù)不斷衍生的業(yè)務場景需求，基于已有和可以達到的技術基礎，逐漸實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡體系低成本、低耦合、高效率、通用化、標準化以及業(yè)務場景深入化是移動通信網(wǎng)絡一以貫之的演進趨勢。
謝謝！
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