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5G网络关键技术及标准化进展

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各位领导、各位嘉宾,还有冒雨来听我们演讲的女士们、先生们,大家早上好,下面我给大家介绍一下5G网络关键技术及标准化进展。

    听了前面几位专家和领导介绍之后,我发现我这个5G网络关键技术,大家基本上都涵盖到了,讲得非常专业和全面。我在这里就相当于是给大家做一个小结和回顾。纵观我们移动通信网络发展的历史,我们可以说,我们现在的移动通信网络经历了2G、3G、4G,目前已经步入到了5G时代,在2G时代的时候,主要提供为用户提供业务是语音业务,3G出现了移动多媒体业务,4G解决了用户手机上网的问题。到了5G时代,更多是把用户手机上网的业务体验进一步增强,把一些4G时代之前不能实现的一些业务给,采用新的技术和新的架构为用户能够提供出来。比如说我们现场直播的视频转播,AR、VR以及远程医疗、车辆等等这些业务,在5G时代我们都可以成为现实。4G时代之前呢机器类的设备,实际上是互相之间一个独立的,到了5G时代,就出现了,除了人和人之间的通信,人和服务器之间的通信之外,也出现了物和物之间的通信,人和物之间的通信,就是所谓的物联网。

    可以总结一下5G时代主要的特点就是步入移动互联网和物联网的一个时代。主要有两大特点,一个就是到了5G时代之后,由于我们有了新的技术,所以移动业务的需求,移动业务流量突飞猛进。设备联网的需求,大量的物联网的业务NBIOT的设备,他们需要进行互联,需要进行通信,这是一个特点。我们涉及到了物和物之间通信,涉及到了垂直行业,从通信行业单一的领域可以进化到跨专业的,跨行业的这种领域一起协同来创新,为用户提供更多丰富多彩的服务。

    基于这两方面的特点,我们为了能够使得我们移动通信网络能够适应和满足这些新的需求,所以我们需要新的关键技术和新的网络架构来提供支撑。刚刚刘超介绍了整个思路和部署,在5G时代,出现了NFV和SDN关键技术,由于有了新的技术可以促使了我们能够设计出新型网络架构,能够满足我们刚才提到的那些业务的需求,出现了网络切片、边缘计算以及网络安全这样的一些,能够满足垂直行业的一些更加严苛性能要求的一些技术。昨天听我们主会场上院士们介绍,一个网络里面灵魂是架构,这个观点我也是非常同意的。我们任何2G、3G、4G、5G,任何一个时代的网络,首先我们需要考虑到的是网络的架构,网络架构设计好了之后,架子搭起来之后我们再去完善其他的功能和业务流程。对于5G网络新型架构最主要的特点,核心的内涵就是两个字开放。我们可以看一下,由于我们NFV这个技术,它的特点能够实现软件和硬件的分离,我们能够采用统一的技术测试平台,把我们这个资源分为物理资源和虚拟资源,用统一的接口开放给上层的网络功能调用,对于上层网络功能来讲的话,我们可以把网络功能进行重构,变成一个一个可以提供服务的模块,前面看到的这些绿色的这些模块,我们可以把这些服务的能力,提供给上层的应用,让他们按需来调用和配置自己所需要网络的功能,形成一个动态的这种所谓的切片的技术,来提供服务。

    对于接入层面和核心网之间,采用统一接口,4G之前是不同的接入技术,接入不同的核心网,所以说是一个不算是开放的网络。到了5G之后所有的接入技术采用统一的接口,接入统一的核心网里面去,也是一定层面的开放。还有另外一个开放,就是运维层面,对于前面的这些虚拟资源、物理资源,以及控制平面的这些服务化的功能模块,还有就是转发平面的这些服务器的使用,都是通过统一的运维平面,编排、网管、管理、业务生命周期的管理、策略逻辑的管理等等,都是通过统一接口来进行控制。所以这是5G新型网络架构的一个核心,是基于NFV、SDN这样的技术,利用网络切片、边缘计算、网络安全等等这些新的技术来提供的一个开放的新型网络架构。

    下面我分别介绍一下这三种关键技术,其实前面梅博士还有刘超和王处都涵盖到了,我再简单总结一下,先介绍一下网络切片,网络切片特点就是顾名思义,切片就是根据业务的需求我来切一片网络的资源,组成一个虚拟的网络,来满足我不同业务的差异化需求。到了5G时代,互联网业务种类非常多,终端,我原来只是手机终端或者是ipad,或者是一些功能比较强大的终端。到了5G时代之后,大量这种物联网的终端,功能有的非常简单,只是非常简单的功能,种类非常多,需求也是差别很大。再有就是忙闲时候对于网络资源的需求差异也是比较明显的。还有一个突发的场景,要接入车联网的业务,或者是远程医疗,对突发的情况需要快速的响应和超低时延,业务种类是多样。因此对于网络的需求,从移动性,从承载力,以及低时延要求方面都有比较大的差异。我们就采用切片的技术,需要的时候我们就切一片,不需要的时候我们就把这个切片资源释放掉,通过切片的技术能够做到资源可伸缩。我在忙的时候我可以多占用一些资源,在闲的时候,需求资源少的时候,可以把多余的资源释放出来,网络切片的功能也可以根据业务的需要来进行定制,这是对于网络切片基本的概念。

    网络切片的理念刚才介绍了,我们对于5G网络切片,可以针对不同的业务类型进行按需生成不同的切片,逻辑上是相互隔离的,另外每一个切片生命周期都是自己独立进行管理的,是跨域,传输网以及核心网。这些虚拟的切片切好之后,怎么样能够运作起来呢?怎么样能够工作起来呢?是通过一个网络切片实例的概念,是把这些切片逻辑的资源和之间的关系,连接关系实例化,通过实例化之后,把端到端的这种网络的功能、资源连接关系运作起来,形成一个可以正常工作的一个网络。

    5G网络切片关键技术,提到了,这里可以清晰看出来,正是因为有了NFV、SDN的技术,可以把基础资源和下面的网络功能解耦开放出来,其他的这些工作原理我就不说了。还有一个关于切片管理,是网络切片核心关键技术,是把业务级别的需求,转化成基于NFV的一种逻辑实现,我把业务的一些需求转化成一组部署的,就是可以把它部署的这种文件,以及业务实现的一些文件。实现每一个业务对应切片生命周期的管理,包括切片设计、购买上线、运营,不用之后下线等等这些管理,是通过切片管理的功能来实现的。

    下面再讲一下另外一个关键技术就是边缘计算,刚才王处已经展开给大家介绍的边缘计算的很多关键技术,以及应用。我在这里简单再总结一下。就是MEC它的一个特点叫多接入边缘计算,在网络边缘,在靠近用户的位置上提供IT的服务、环境和云计算能力,也就是说我们把网络能力下沉到核心网边缘,来为用户提供超低时延,超高可靠性,以及更高安全性的一个服务。主要特点是支持低时延、高带宽,另外可以,因为放在鸡蛋旁边,可以把无线网络的信息,比如说位置信息,资源的占用情况,这些信息开放给上层的MEC的平台。另外可以实现本地的计费,对于本地卸载MEC的流量可以单独进行计费。另外还可以基于用户位置,我可以选择接入边缘平台,边缘服务器的业务,我也可以选择接入大网的业务,是通过5G边缘计算业务打造极致用户体验。

    关键技术里面主要涉及到四个方面,一个是本地流量卸载,这是最核心边缘,就是把流量和服务下沉到网络的边缘来,就近提供给用户,这是一个关键技术。另一个就是提供给用户之后,需要有相应的计费和控制的机制,从而可以让运营商和相应的边缘计算服务提供商之间,可以以后形成良好的商业合作的模式。再一个是能力开放,边缘计算,刚才王处跟大家讲了,可以赋能给上层,也可以把无线网的一些,无线的能力、核心网的能力开放给第三方的应用,这是一个关键技术。

    还有一个就是边缘计算技术形成之后,更多的是需要得到用户的认可,让用户去方便使用,所以他可以提供多样化第三方的应用,把MEC和业务平台集成起来、结合起来,形成一些好用的APP,满足不同的业务场景,给用户提供丰富多彩的业务。这也是MEC的功能情况。

    MEC平台架构,我们通过这个图可以很清晰地看出来,也是基于SDN和NFV的技术,把底层的资源开放给上层的能力域,然后再把能力赋能给第三放的应用域,然后统一对功能进行管理。

    前面提到5G网络里面,除了网络切片、边缘计算,还有一个很重要的关键技术是关于网络安全,我们由于涉及到跨领域、跨行业,所以有很多专网,有很多其他的垂直行业,他们对于安全的要求,相对于我们4G网络人和人之间的通信,相比较而言的话,他们会提出更高的要求。所以我们在5G网络安全架构设计的时候,也是考虑到能够采用一种新的架构来实现灵活的,并且高效的,支持多种应用场景的双向健全的网络架构。

    比如说我们在5G时代,前面提到需要兼容多种兼容技术的WPE,还有特有的接入技术,这些不同的接入技术在原来网络中都采用是多种不同的认证方式,但是到了5G之后,我们设计出采用统一的认证的框架,他们基于不同的接入技术,基于统一,逻辑上统一的认证服务器,为他们提供认证的服务。这样子的话,就使得在4G之前,不同接入技术,我们需要进行不同的认证方式,所以他们之间进行切换的时候是不可能连续的。但是到了5G之后,由于我们采用统一的架构,统一的认证模式,使得我们在用户,在不同的接入技术之间进行切换的时候,可以做到无缝切换,使得这种无缝切换成为一种可能。

    再一个是前面提到,梅博士给大家提到5G网络切片很详细工作的原理。5G网络切片非常好,是一个按需生成的,相互独立的,资源可伸缩的,这样的一个机制。但是我们需要考虑的一个非常重要的一点,就是5G网络切片的安全如何来保证。在我们3GPP国际规范里面,对于切片安全做了设计和考虑,分为三个域,这个图里面,大家可以看到一个粉色、绿色和黄色的,来解决不同切片的安全,一个是终端设备和外部的NF之间的安全。另外一个是切片内NF和切片外NF之间的安全。切片里面的NF和切片外的NF之间也要保证通信的安全。再一个是同一个切片内不同NF之间的安全,我们需要详细机制来保证。比如说终端和切片之间的安全,我们通过接入管理功能,实际上是采用一种接入策略控制,应对UE和网络之间的访问层面的一些安全的风险。通过接入的策略控制来完成,切片内的NF和切片外NF分为三个级别,第一个级别是切片内NF其切片共用NF之间,刚才讲到有共用的NF,不属于任何一个切片,需要跟切片内的NF,不同的切片NF之间进行通信,如何来保证它的安全。我这个切片内的NF不允许非法我不了解的NF来访问我。另外切片内和设备外网的安全,我们通常采用虚拟或者是物理的这种防火墙来完成这种切片内和外网设备之间的物理隔离,保证它的安全。再一个是不同切片之间的NF,第一个切片和第二个切片之间NF进行通信的时候,我们如何能进行安全的隔离呢?就是说我们可以采用在划分切片的时候,我们就采用WLAN或者是利用物理隔离的方式已经隔离了。切片内NF之间也不会进行互相影响,一个切片如果产生了故障,这个时候不会影响别的切片的正常工作。

    最后是切片NF之间,不同切片NF之间也要保证通信的安全,这种安全我们一般是通过采用双方的互相认证,就是两个NF我要先认证通过,然后建立隧道的方式,比如说采用安全隧道的方式来进行切片内NF的通信,这样的话从不同的层面来保证了切片的5G网络切片的安全。另外还有一个比较重要安全相关的关键技术,就是能力开放。我们前面提到了很多开放,能力开放,包括网络的功能和无线能力的开放,以及应用类的能力的开放,对于安全领域来讲,5G安全能力也是可以开放给第三方应用的,如果他能够开放给第三方应用的话,对于第三方应用企业,垂直行业来讲,5G安全能力开放给他之后,可以直接调用网络的这些健全认证,这些安全能力,从而可以集中精力和时间来开发属于他自己满足用户需要的业务的逻辑,可以更快速部署业务,满足多种多样的业务需求,对于运营商来讲,可以把他的能力开放给第三方之后,运营商可以把他的能力深入地渗透到第三方应用的业务逻辑当中去,这样的话可以增强用户的黏性,这是安全能力开放,举个例子,安全能力开放可以提供给第三方应用,比如说我可以把网络层的业务,网络层接入认证能力开放给业务层的访问的认证。如果说业务层和网络层互相信任的话,接入层认证完成之后,业务层可以认可这个结果。这个时候可以加快用户访问业务的流程,提高它的效率,让用户的感受变得更好,另外也可以把,比如说我们用户的基于用户卡的一些安全的能力开放给第三方,这样的话就可以拓展第三方应用开发业务安全的维度,提供可靠性更高的一些业务,这是关于5G能力开放的关键技术。

    以上就是我简单总结了一下5G网络新型架构以及涉及到的几个比较重要的关键技术。

    我介绍第二部分是关于5G网络标准化进展,主要是信息类的东西,不同的技术体制是采用不同标准体系的,到了5G之后,都会采用全球统一的技术标准,会满足性能指标的要求,速率达到10G,多样化关键能力指标,能够支持移动互联网和物联网业务的需求,是采用全球统一的一个5G标准。5G标准国际标准制定的规划,ITO已经完成了评估方法的研究,计划在2019年中完成侯选提案的征集,后面就可以做成技术规范,对于3GPP来讲的话,2018年6月份完成了独立组网5G标准第一个版本,可以支持增强基础的要求。在国际3GPP制定的过程中,我们国家的话语权也是逐步在提升,目前来看,我们国家的核心技术,倡导的核心技术,纳入了5G国际标准有这些,包括无线灵活系统的设计,无线技术还有大规模天线,还有接入网架构CODO分离,对于核心网来讲,刚才刘超给大家介绍中国移动主导服务化的架构,另外还有GNR的语音等等,这是我们国家主导的关键技术,都已经成功纳入了5G国际标准。

    架构的优化和增强面向服务化的架构,这是R16想要定义的内容,未来还会继续研究未来移动网络演进,刚才王院长也给大家讲了,数据驱动还有智能化,人工智能等等这些新的技术,会在未来移动网络演进里面进行研究。包括端到端统一的管理,目前切片主要是聚焦在核心网络。对应于前面我们讲的是2018年8月份可以做完这些架构和网络功能,包括移动华QS策略控制等等这些内容,包括接口协议6月份到8月份可以做完,到R16标准计划在2019年完成,主要是新业务5G网络功能的增强,主要研究网络自动化,还有业务连续性,基于UROC架构的优化和增强面向自动化的智能架构,这是R16想要定义的内容。未来还会继续研究未来移动网络演进,刚才王院长也给大家讲了数据驱动,还有智能化,人工智能等等这些新的技术会在未来移动化演进目标里面进行研究,包括端到端切片统一的管理,目前切片主要是聚焦在这一块。

    下面是关于5G安全的标准,5G安全标准也是由3GPP来做的,主要在SA3专门做安全的标准组来做聚焦5G系统安全架构和业务流程,SA3和5G安全相关的问题归纳为了17个,这17个特征分为优先级变成了两个阶段,一个是针对前面两个核心网15,一个是16,时间结构安排基本上也是类似,2018年9月份计划发布,也就是15的标准,重点研究框架结构安全和隐私保护这些专业特征。到了R16的时候在2019年底推进切片安全、开放的安全研究和推进256层的密码算法的研究。这个是关键技术,对于我们国内来讲的话,安全的标准2020推进组正在做,已经发布了一个5G网络安全需求架构的白皮书,目前正在做的工作是在制定5G网络安全技术要求和测试方法实验的规范。计划也是在今年的8月份做完。下面我简单讲一下5G国内的标准,这里写的比较聚焦,聚焦在移动通信网络,也就是我们移动和无线领域里面的标准的规划,计划在未来十年能大胆分成四个阶段,也许根据技术的演进和国际标准演进有一些小的调整,目前我们正在做的是R15,就是我们国内第一个阶段的标准分为两大部分,一部分是总体技术要求,一部分是设备的要求,总体技术要求主要是从业务场景的角度,制定系列的总体标准,另外设备级标准,主要是分为核心网基站和终端,分别制定各自设备技术要求和测试方法以及接口和协议的要求。

    这些标准的制定,基本上是在中国通信标准化协会CCSA的移动的技术委员会来做的,涉及到了不同的专业领域,目前大致理了一下有五组、八组、九组、十一组和十二组,主要做射频相关的标准,十一组是做一些尺寸、天线配套设备,十二组是今天的主题比较相关的核心网的标准,另外总体技术要求又是在十二组来做的。

    对于5G的国内标准我就简单介绍这么多,总之就是说我们信通院愿意和产业界的合作伙伴们一起,来加速5G新技术的研究,推动5G网络的生态建设,以及产业链的成熟,为我们未来网络的发展做贡献,谢谢大家!