5G-Advanced核心网演进白皮书2023年

IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced核心网演进白皮书 目录 5G-Advanced核心网发展愿景 P1 5G-Advanced移动网络价值场景、挑战和需求 P2 5G-Advanced核心网关键技术方向 P16 5G-Advanced核心网网络架构展望 P34 5G-Advanced产业落地建议 P36 主要贡献单位 P38 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。 5G-Advanced核心网发展愿景 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced核心网演进白皮书 1 随着全球5G大规模商用，产业界开启了5G下一阶段演进的技术研究和探索。3GPP从R18启动研究，标志着全球5G发展进入5G-Advanced新阶段。移动通信网络历经了五代的发展，从1G/2G的话音业务实现移动通信的普及，到3G/4G的数据业务实现了移动互联网，5G进一步提升了无线带宽效率。在5G-Advanced阶段，移动网络价值场景呈现蓬勃发展的趋势，体现在新媒体、新连接、新能力三个方面，逐步发展出超越带宽效率的多维化能力。 新媒体方面，随着8K视频、裸眼3D、XR和新通话等应用的不断发展，未来将实现更加真实和自然的虚拟现实体验，并会进一步和AI以及物联网深入结合，推动更加广泛和深入的应用。而这些应用场景需要媒体协议层优化和按需调度以及5G网络边缘上部署媒体渲染等处理设备。 新连接方面，一方面千亿物联极大地丰富了各行业网络上的资源并构成智能社会的基础，另一方面用户从单一的端-云的基础网络连接，发展到端-端、端-云、端-家、端-车等多种差异化连接。而这些连接需要网络具备智能化、动态组网能力，且需要5G网关具备高带宽、高隔离、低时延、长连接的特征。 新能力方面，通信网络的部署范围较为广泛，具备智能化和感知能力后，可以实现通信网络任务外延化及业务普遍化。通信智能化和感知融合是在5G-Advanced阶段比较有代表性的新技术，具有较为广泛的应用空间。而这些能力需要供给给行业应用后，才能体现出价值。这就需要5G网关具备感知数据的收集、处理能力。 随着5G-Advanced技术的深入研究，需要对以上三个方面加强技术创新和产业升级，提高5G-Advanced产业竞争力和市场占有率，推动5G-Advanced产业的可持续发展；加强企业间合作和产业链协同，形成产业生态圈，通过能力开放实现5G-Advanced和行业融合，为各行业供给新动能，发展出5G-Advanced的新业态。最后，通过以用户为中心构建切片技术，实现产业闭环。 多终端协同交互。因此，使用5G网络通用的QoS机制处理新兴媒体业务会具有更高的挑战，需要考虑 2 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced核心网演进白皮书 5G-Advanced移动网络价值场景、挑战和需求 2.1新媒体 2.1.1新兴媒体业务 新兴媒体业务，如高清视频、沉浸式游戏、AR/VR等需要网络层提供高带宽低时延的传输能力，将成为5G-Advanced网络承载的重要业务类型。当前，多媒体技术不断发展，编解码效率和压缩率在逐步提升；媒体硬件设备性能不断完善，显示设备清晰度逐渐从4K/8K向16K甚至更高升级演进，显示器的重量、尺寸、耗电量等性能也逐步优化，且眼动追踪，手势等交互方式逐渐多样化，以满足不用业务场景下用户沉浸式体验的需求；新兴媒体业务的应用领域和生态不断完善，在娱乐、教育、办公、出行、体育赛事直播等领域的应用逐步拓展。 图1新兴媒体业务演进 然而，新兴媒体业务的沉浸式、交互式、协同式需求对通信网络能力提出更高要求，如网络传输速率需提升到Gbps级，网络传输时延需要降低到10ms以内，且部分业务场景也将从单终端通信演进到 在2C领域，新通话为消费者提供丰富的业务服务和个性化、差异化的业务体验，提升用户黏性， 3 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced核心网演进白皮书 如何充分利用新兴媒体业务流的特性来进一步提升网络传输的效率和QoS控制能力，同时，也需要加强网络与应用的协同和交互，进一步提升应用根据网络环境进行自适应优化的能力。由于多媒体业务涉及多种网络传输协议，如RTP、QUIC等，根据业务的需求，网络需要考虑针对不同传输协议下媒体帧粒度信息的感知，以便于网络执行帧级的QoS调度，进行传输调度优化。 新型媒体业务将带来大量的存储和带宽需求，基于现有的内容分发方式，由内容缓存节点直接向最终用户分发的方式，将对内容提供商引入更高的带宽开销及成本。另一方面由于当前内容缓存节点的部署位置位于移动网络外部，很难进一步降低内容分发时延。 对于交互式XR业务，客户端通常在媒体帧的所有报文完整到达后再进行解码和显示。然而媒体帧非连续发送，具有微突发特性，并且不同类型的媒体帧可能产生毫秒级超大数据量的微突发，如果网络不能提供相应的传输保障引起丢包或大的时延抖动而产生无效帧，会导致卡顿或花屏，影响用户体验。网络如果按照最大微突发带宽为用户提供带宽保障，虽然可以保障用户体验，但网络资源利用率和用户容量将非常低。 对于辅助型AR等高算力应用，可通过部署在边缘的计算资源为应用提供低时延的计算卸载服务，满足终端设备轻量化的需求。为了保障用户体验，终端处理时延、网络传输时延、边缘计算时延之和需要小于特定值，而网络拥塞和边缘计算负载都将引入毫秒级时延，因此独立调度网络计算资源很可能无法同时满足端到端时延需求并最优使用网络计算资源。 面向各类新媒体业务的大流量转发、传输调度需求，未来用户面网元需要多样化的转发调度能力，同时新媒体业务的广泛应用也会引入大量差异化能力的用户面网元边缘部署。当前控制面集中管理的方式，将引入较高的管理复杂度，包括对用户面网元管理、用户面路径管理、应用寻址等；并且边缘网络和应用的变更也依赖集中控制面的功能、配置同步，从而可能对集中控制面和大网业务产生影响。 2.1.2新通话 过去三十年，层出不穷的用户需求和不断发展的通信技术，推动着运营商为用户提供的实时通信业务经历了标清语音通话、高清语音通话到高清视频通话的发展演进。5G-Advanced时代，运营商实时通信业务将以新通话为基础，朝着智能化、交互化、沉浸化的方向持续演进，通过音频、视频、数据三通道，并结合AI、AR/VR等技术，为用户提供更好的沉浸式交互式感官体验，帮助用户提高沟通效率。与此同时，将业务覆盖范围从人与人通信扩展到人与物、物与物的多媒体实时通信范畴，使能千行百业。 4 表3周期性确定性业务的性能需求 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced核心网演进白皮书 为运营商创造业务增值空间。例如：主叫名片（又称多媒体来显）、内容共享业务基于音频、视频通道之外的第三通道——数据通道，为用户在通话接通前、通话过程中传递更丰富的多媒体内容；趣味通话、数字人通信业务，借助AI/ML、AR/VR技术，为用户增加通话的趣味性以及在敏感场景下保护用户的个人隐私；无障碍通话业务通过AI/ML技术实现语音、文本、图像、视频数据之间的转换，帮助老年人、残障人士、国际友人进行无障碍的沟通交流。 图2新通话2C场景 在2B领域，新通话将普惠的实时通信能力赋能行业，帮助行业实现数字化转型，从而进一步释放了运营商网络的价值，实现了网络能力的变现。例如：远程指导、智能客服等业务帮助企业在视频通话过程中完成产品安装、故障排查或业务办理等各种业务，实现业务闭环，有助于企业的降本增效。 图3新通话2B场景 图4云手机业务 5 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced核心网演进白皮书 为了提供这些业务，需要运营商网络引入更多新的技术，实现更多新的功能： ●支持数据通道，在终端和网络间传递任何格式的多媒体数据，这是实现交互式通信体验的基础。 ●支持ASR、TTS、NLP等AI/ML技术，实现语音、视频、文本数据之间的转换，提供基本的多模态通信体验。随着生成式AI、大模型、语义通信等技术的不断发展和引入，触觉、嗅觉、味觉等更多模态将会在实时通信中传递、转换和生成，为实时通信提供更加丰富的体验。 ●支持高质量低成本地生成个性化的个人数字人形象，实现“千人千面”，并能进行数字人形象的驱动，降低对终端算力的要求。 ●支持沉浸式语音，创建360°音频体验，包括立体声和环绕声以及头部跟踪支持，为用户提供最逼真的用户体验。 2.1.3云上业务 云上业务是指由云端按需提供业务平台，在该平台上提供业务。目前，云上业务典型代表是云游戏和云手机。 云游戏属于在线交互式流媒体业务，能够降低对游戏终端的硬件和算力要求，降低高品质游戏的使用门槛并简化用户安装使用，从而为玩家带来更丰富、强交互的沉浸式体验。在云游戏业务中，终端设备通过5G网络将操作指令发送给云端服务器，云端服务器进行游戏的运算和渲染，并通过5G网络将画面以视频流的方式发送给终端，从而减少终端因为进行渲染等运算的处理开销；此外也可以节省游戏开发时与不同硬件和系统的适配成本。由于云游戏业务依赖大带宽(几M到百M以上)、低时延（毫秒级）、低抖动的网络传输能力，因此对网络传输性能提出了较高的要求，也成为5G网络的非常典型的落地场景。 云手机业务通过新型应用的形式为用户在本地设备上提供云端虚拟的另一部手机，云手机业务将本地的存储、计算、渲染全部迁移到云上，操作系统以及各种应用也一并运行在云端手机上。 ●寻找遗失物品 6 IMT-2020(5G)推进组 5G-Advanced核心网演进白皮书 云手机支持语音业务对网络有新的需求。从安全和保密的角度考虑，云手机的语音业务流程不回落真机，从云手机可以直接拨打和接收电话，这需要云手机有一个跟真机完全独立的号码和身份，类比虚拟软SIM独立卡号，不依赖真机独立接入核心网，包括云手机认证接入、语音方案、新通话方案等；同时云手机需要具备安全监管能力，云手机和真机绑定，溯源真机身份和位置。 云手机的业务体验也对网络提出了新的需求。一方面，云手机的下行业务流为云端手机上运行的实时画面的视频流，云手机业务上行业务流为控制云端操作系统的指定流，因此网络需要提供高下行带宽来满足业务需求；另一方面，云手机业务的服务器处理时延和部署位置受限等原因引入了额外时延，因此网络需提供更低时延来减少端到端时延，保障云手机的E2E体验，从而使云手机获得与真实手机一致的业务体验。 2.2新连接 2.2.1无源物联 当前5G网络时代，eMTC、NB-IoT、Redcap等各种蜂窝网络技术，以更低成本和更大覆盖范围实现了蜂窝物联网服务，这些蜂窝物联网技术通常面向传统有源物联网终端提供通信服务。此外，在无线生态系统中，还存在着大量无源物联网终端，例如射频识别(RFID)系统，已经在高速公路收费、牲畜标签、仓库资产管理和零售盗窃威慑等场景下广为应用，RFID设备通过反向散射无线电进行通信，可以在没有本地电源的情况下运行。然而，传统无源物联技术受制于无源标签极低功耗和极低复杂度的特性，传输距离短，难以规模组网，应用场景受限。为解决上述问题，新型无源物联技术应运而生，并逐渐成为业界的关注热点。 新型无源物联技术利用蜂窝基站同标签直连或经中继通信，可增大激励距离和接收距离，优化系统效率，满足更大范围、更复杂场景的组网及应用需求，既可应用于资产管理、商超零售等“室内做深”场景，也可应用于智能电网、生产物流等“室外做广”场景。蜂窝无源物联技术包含多种应用场景，例如： ●自动化仓库盘点 ●医疗器械库存管理和定位 ●汽车制造业务内部物流 ●智能家居中的物联网传感器 ●机场航站楼/航运港口物联网