5G-Advanced网络技术演进白皮书

5G-Advanced 网络技术演进白皮书（2021） ——面向万物智联新时代 简介 5G网络商用正在全球加速推进，从产业发展驱动角度看， 5G通信被认为是个人消费体验升级和行业数智化转型的关键，全球的主要经济体均明确要求将5G作为长期产业发展的重要一环。从业务上5G将要进入千行百业，从技术上5G需要进一步融合DOICT等技术。因此本白皮书提出需要对5G网络的后续演进—5G-Advanced进行持续研究,并充分考虑架构演进及功能增强。 本白皮书首先分析了5G-Advanced的网络演进架构方向，包括云原生、边缘网络和网络即服务，同时阐述了5G-Advanced的技术发展方向包括智慧、融合与使能三个特征。其中智慧代表网络智能化，包括充分利用机器学习、数字孪生、认知网络与意图网络等关键技术提升网络的智能运维运营能力，打造内生智能网络；融合包括行业网络融合、家庭网络融合、天地一体化网络融合等，实现5G与行业网协同组网、融合发展；使能则包括对5G交互式通信和确定性通信能力的增强，以及网络切片、定位等现有技术的增强，更好赋能行业数智化转型。 参编单位 中国移动，中国电信，中国联通，中国广电，SKTelecom，KT，中国信息通信研究院， 华为，爱立信（中国），上海诺基亚贝尔，中兴，中国信科，三星，亚信，vivo，联想，IPLOOK，紫光展锐，OPPO，腾讯，小米 （排名不分先后） 目录CONTENTS 1产业进展概述01 1.15G产业发展现状01 1.25G网络演进驱动力01 1.2.1产业发展驱动力01 1.2.2网络技术驱动力02 25G-Advanced网络演进架构趋势和技术方向04 35G-Advanced关键技术06 3.1网络智能化06 3.1.1网络智能化关键技术06 3.1.2智能网络应用场景08 3.2行业网融合08 3.3家庭网络融合09 3.4天地一体化网络融合10 3.5交互式通信能力增强11 3.6确定性通信能力增强11 3.7用户面演进12 3.8网络切片增强12 3.9定位测距与感知增强13 3.10组播广播增强13 3.11策略控制增强13 4总结和展望14 1.15G产业发展现状 5G网络的全球商用部署如火如荼。截止2021年4月，全球已经有68个国家和地区中的162个5G网络商用发布[2]。在此基础上，已有上千个行业5G网络项目签署了商用合同，体现出5G在行业市场的快速发展。据GSMA预测，在未来5年中5G连接数将从2020年的2亿增加到2025年18亿[3]。 整体而言，全球的5G产业仍然处于网络建设早期。而业界普遍认为，未来的6G技术至少将至2030年才会开始应用。因此无论从业务场景、网络技术，还是产业进程、部署节奏等各方面而言，未来3~5年仍将是5G发展的关键时期。 为此，3GPP在4月举行的PCG#46[1]次会议上初步确定以5G-Advanced作为5G网络演进的理念。后续，电信产业各方面将从R18开始逐步为5G-Advanced完善框架和充实内容。 而在端到端5G-Advanced网络演进过程中，核心网的演进有着举足轻重的作用。一方面，核心网上接各种业务和应用，是整个网络业务的汇聚点，也是未来业务发展的发动机；另一方面，核心网下连各种制式的终端及接入网，是整个网络拓扑的中心，牵一发而动全身。因此，基于实际业务需求推动5G核心网技术发展及架构演进，将有助于帮助运营商提升投资回报，有助于帮助行业用户更好地利用5G网络实现数智化转型。 1.25G网络演进驱动力 1.2.1产业发展驱动力 01产业进展概述 与前几代通信网络不同，5G被认为是行业数智化转型的基石。全球的主要经济体均明确要求将5G作为长期产业发展的重要一环。例如欧盟提出2030数字罗盘（DigitalCompass）计划，明确制定了商业数字化转型、公共服务数字化等纲要，并采用5G作为工业4.0发展的基础。作为最早部署5G的国家，韩国进一步加强5G+融合生态系统的构建，推进5G融合服务的发展。日本则持续推进B5G （Beyond5G）对民生、社会的价值体现。中国也提出了以坚持科技创新为牵引的、面向2035年的远景目标，并将持续深化“5G+工业互联网”作为当前的重要目标。 因此，5G-Advanced需要充分考虑架构演进及功能增强，从当前仍然以消费者为中心的移动宽带（MBB）网络成长为真正的工业互联网的核心。当前虽然可以利用网络切片、MEC（Multi-accessEdgeComputing）、NPN（NonPublicNetwork）等功能为行业服务，但无论是网络部署形态、业务SLA（ServiceLevelAgreement）保障能力、易运维能力、以及行业需要的一些辅助功能，5G网络当前的能力还有所不足，因此需要在3GPPR18及后续版本继续增强。 首先，未来XR（ExtendedReality）将成为网络承载的业务主体，不但XR的清晰度将从8K向16K/32K甚至更高升级，面向行业应用的AR（AugmentedReality）业务场景也将从单终端通信演进到多XR协同交互，并在2025年左右得以快速发展。届时由于业务流量和业务特征的影响，XR业务对网络容量、时延、带宽等SLA保障将提出更高的要求。与此同时，基础通信业务仍然有着较大的发展空间。以远程办公为代表的多方视频通话、虚拟会议等将成为常态。在业务形式上，当前固定接入+视频+通话的会议方式，将转变为移动接入+富媒体+实时互动的多方远程协作，例如企业员工在家可随时以虚拟形象接入企业办公环境并与同事进行高效沟通。因此，5G-Advanced需要提供新的话音网络架构和交互式通信能力增强，以满足现有以清晰话音为主的通信方式向全感知、交互式、沉浸式通信方式演进的业务发展需求，使能个人消费体验升级。 其次，行业数智化带来了远比消费者网络更为复杂的业务环境。工业互联网、能源互联网、矿山、港口、医疗健康等不同行业的业务不但需要网络为它们提供差异化的业务体验，并且更需要对业务结果提供确定性的SLA保障。例如工业互联网需要上下有界的确定性通信传输时延，智能电网需要高精时钟同步及高隔离高安全，矿山需要在地表下提供精准定位，港口需要远程的龙门吊控制，医疗需要实时的诊疗信息同步并支持超低时延的远程诊断。因此5G-Advanced需要充分考虑对行业业务的确定性体验保障，包括实时业务感知、测量、调度并最终形成整体的控制闭环。针对不同行业，5G需要采用公众网络、本地专网、以及多种混合组网模式满足行业所需的业务隔离和数据安全需求，因此5G-Advanced应该从整体网络架构、组网方案、设备形态和服务支撑能力上匹配多样性的复杂业务环境。 1.2.2网络技术驱动力 5G-Advanced演进在技术上呈现为ICT技术、工业现场网技术、数据技术等全面融合的趋势。 4G之后的通信网络充分引入IT技术，普遍采用电信云作为基础设施。在实际的电信云落地过程中，NFV （NetworkFunctionsVirtualization）、容器、SDN （SoftwareDefinedNetwork）、基于API（ApplicationProgrammingInterface）的系统能力开放等技术都得到了实际的商用验证。 另一方面，网络边缘是未来业务发展的中心，但其商业模式、部署模式、运维模式、尤其是资源可获得性以及资源效率均与集中化部署的云计算存在较大的差异性。Linux基金会提出，在将CloudNative理念引入边缘后，也需要结合边缘的各种特征而形成边缘原生（EdgeNative）[4]的应用形态。因此，5G-Advanced的演进中需要综合云原生与边缘原生的特点，通过同一个网络架构实现两者的平衡，最终走向云网融合、云网一体的长期演进方向。 对于CT技术本身，5G-Advanced需要进一步发挥网络融合的能力。这些融合包括对不同代际、NSA/SA不同模式的融合，也包括对个人消费者、家庭接入与行业网络的融合。此外，随着卫星通信的演进，5G-Advanced核心网也将为面向地海空天一体化的全融合网络架构做好准备。 除ICT技术外，未来将有更多的来自生产运营的需求，并通过OT技术（OperationalTechnology）为移动网络带来新的基因。例如面向工业制造的产业互联网与传统消费互联网不同，其对网络质量有着更为严苛的需求，需要考虑在引入5G的同时支持极简组网。基于机器视觉的质检场景需要网络同时支持大带宽和低时延能 力；远程机械控制需要网络支持确定性传输、可保障可承诺的连接数以及带宽；面向柔性制造的智能产线还需要网络提供精准定位，数据采集等能力。为此，无线接入网络需要具备媲美有线接入的可靠性、可用性、确定性和实时性。OT与CT的融合将成为移动网络发展的一个重要方向，5G-Advanced网络将成为构建工业环境下人、机、料、法、环全面互联的关键基础设施，实现工业设计、研发、生产、管理、服务等产业全要素的泛在互联，是工业数智化转型的重要推动力。 此外，DT(DataTechnology)技术也将为网络演进注入新的动力。数字经济的发展基础是海量连接、数字提取、数据建模和分析判断。5G网络与大数据、AI （ArtificialIntelligence）等技术结合，可以实现更加精准的数字提取，基于丰富的算法和业务特征构建数据模型，基于数字孪生技术做出最合适的分析判断，并反向作用于物理实体，从而充分发挥数智化效应，进一步推动网络演进。 综上，DOICT的全融合将共同驱动网络变革和能力升级，助力全社会全领域的数智化发展。 02 5G-Advanced 网络演进架构趋势和技术方向 为了满足个人消费者体验升级和行业数智化转型的需求，5G-Advanced网络需要从架构层面和技术层面持续演进，以满足多样化业务诉求，提升网络能力。 在架构层面，5G-Advanced网络需要充分考虑云原生、边缘网络以及网络即服务理念，持续增强网络能力并最终走向云网融合、算网一体。 -云原生（CloudNative）是在电信云NFV基础上的进一步云化增强，以便更快的实现5G网络的灵活部署和功能的灵活开发和测试。云原生需考虑通过软件优化提高对硬件资源占用效率，同时考虑引入云化的安全机制实现基础设施内生安全 -边缘网络是分布式网络架构与边缘业务相结合的高效部署形态。 -网络即服务(NetworkasaService)模式使5G系统 变得高度灵活，可以适配垂直行业需求的各种定制化方案，其具体实现形态可以是5G网络切片，也可以是独立部署的网络。5G核心网的SBA服务化架构设计深入网络逻辑内部，有助于运营商全面掌控网络，贴合“网络即服务”的5G网络发展目标。SBA的设计使得5G网络功能(NFs)可以进行无状态开发。它允许对NFs进行模块化、灵活和以应用程序为中心的更高效通信。SBA的一个重要特点是，通过使用基于请求/响应和订阅/通知的方法，有效地管理和控制NF服务之间的各种通信。SBA架构允许对NF服务进行具备鲁棒性的伸缩、监控和负载平衡。 运营商以SBA为网络基础、以网络切片为服务框架、以网络平台为核心、以关键网络功能API为抓手，构建敏捷定制化5G能力，帮助用户深度参与到网络服务的定义和设计中，提供差异化的业务体验及更高的业务效率，使得联接与计算共同成为5G服务行业发展的强大助推器。 API 网络即服务（NaaS） API 云原生 管理面 控制面 边缘网络 用户面 用户面 全接入 个人消费业务行业业务 智慧 rtificialIntelligence 融合 onvergence 数据分析 使能 nabler 图2.1-1：5G-Advanced网络架构 在网络特征与网络功能层面，未来用户对网络有着越来越复杂多样的需求，基于此，5G-Advanced需要具备智慧（AI）、融合（Convergence）和更丰富使能 （Enabler）的特征，即ACE。