內容簡介

新型的網絡架構需要滿足韆倍流量增長、降低時延、海量設備連接的網絡發展需要，支持網絡管理的自動化、網絡資源的虛擬化和網絡控製的集中化。本書根據未來5G網絡業務和運營部署的需求，以及技術發展的趨勢，重點介紹軟件定義網絡、網絡功能虛擬化、內容存儲和分發、以及未來5G的蜂窩SDN架構下如何實現控製與轉發分離、接入網和核心網融閤、異構網絡間無綫資源協調管理、網絡虛擬化、網絡能力開放等，使得5G網絡具有可編程性、靈活性和可擴展性，最終達到以用戶為中心的服務目標。

作者簡介

　　　　楊峰義，中國電信股份有限公司技術創新中心副主任、教授級高級工程師，"新一代寬帶無綫移動通信網”國傢科技重大專項總體專傢組專傢，國傢高技術研究發展計劃（"863”計劃）5G專傢組專傢，中國通信標準化協會無綫技術委員會副主席，中國通信學會無綫及移動通信委員會委員，長期工作在移動通信領域。因中國第三代移動通信研究開發項目獲2003年國傢科技進步二等奬，並數次獲得郵電部、信息産業部和中國電信科技進步奬，發錶學術論文數十篇，撰寫涉及第三代、第四代移動通信領域的學術專著6部，及ITU-R關於數字選呼係統的國際標準譯著1部。

目錄

第1章 Chapter 1
5G網絡業務需求 1
1．1 移動通信發展近況和5G國際研究情況 2
1．1．1 移動通信發展近況 2
1．1．2 5G國際研究情況 4
1．2 5G業務需求、應用場景與性能指標 5
1．2．1 5G業務需求 5
1．2．2 5G應用場景與性能目標 6
1．3 5G網絡建設部署及運營維護需求 9
1．3．1 5G網絡建設部署需求 9
1．3．2 5G網絡運營維護需求 9
1．4 5G網絡架構特徵分析 10
1．4．1 更高數據流量和用戶體驗 10
1．4．2 更低時延 14
1．4．3 海量終端連接 15
1．4．4 更低成本 16
1．4．5 更高能效 17
1．4．6 5G網絡架構特徵總結 18
1．5 參考文獻 19

第2章 Chapter 2
軟件定義網絡 23
2．1 SDN概述 24
2．2 SDN標準研究進展 25
2．2．1 ONF標準化進展 26
2．2．2 IETF相關工作進展 27
2．2．3 ITU-T相關工作進展 28
2．2．4 CCSA相關工作進展 29
2．3 SDN架構、接口、協議 30
2．3．1 SDN架構和接口 31
2．3．2 OpenFlow協議 32
2．3．3 OF-CONFIG協議 39
2．4 SDN的應用場景 43
2．5 SDN在移動通信中的應用 44
2．5．1 SDN在核心網中的應用 44
2．5．2 SDN在無綫接入網中的應用 46
2．5．3 SDN應用於移動通信中的挑戰 48
2．6 參考文獻 49

第3章 Chapter 3
網絡功能虛擬化 51
3．1 虛擬化概述 52
3．2 網絡虛擬化概述 53
3．2．1 網絡虛擬化定義 53
3．2．2 網絡虛擬化技術 55
3．2．3 國際上網絡虛擬化研究項目 57
3．2．4 無綫網絡虛擬化 58
3．3 網絡功能虛擬化概述 60
3．4 NFV標準研究進展 61
3．5 NFV架構、接口、協議 63
3．5．1 NFV架構 63
3．5．2 NFV接口協議 66
3．6 NFV的應用場景與挑戰 68
3．6．1 NFV在移動通信中應用 69
3．6．2 NS擴縮容 70
3．6．3 VNF擴縮容 74
3．6．4 NFV在內容分發網絡中的應用 76
3．6．5 NFV麵臨的挑戰 76
3．7 SDN和NFV的關係 77
3．8 參考文獻 78

第4章 Chapter 4
5G網絡架構 81
4．1 歐洲METIS 5G架構 82
4．1．1 網絡功能架構 83
4．1．2 網絡邏輯編排和控製架構 85
4．1．3 拓撲和功能部署架構 87
4．1．4 4G和5G架構比較 90
4．2 日本5G架構 90
4．3 韓國5G架構 92
4．4 北美5G生態係統架構 94
4．5 NGMN 5G架構 95
4．5．1 5G設計原則 96
4．5．2 5G架構 98
4．5．3 網絡切片 100
4．5．4 5G係統組件 101
4．6 中國IMT-2020（5G）網絡架構 102
4．6．1 三朵雲概念架構 102
4．6．2 係統參考架構 107
4．6．3 部署架構示例 109
4．7 總結及展望 114
4．8 參考文獻 115

第5章 Chapter 5
5G網絡控製雲 117
5．1 4G網絡控製麵 118
5．1．1 概述 118
5．1．2 網元控製功能 118
5．1．3 控製麵接口協議 121
5．1．4 4G網絡控製麵小結 124
5．2 5G網絡控製雲 124
5．2．1 控製與轉發分離 125
5．2．2 網絡控製功能重構 127
5．2．3 典型控製功能模塊 128
5．2．4 5G網絡控製雲小結 134
5．3 參考文獻 134

第6章 Chapter 6
5G智能無綫網絡S-RAN 135
6．1 功能與性能要求 136
6．1．1 性能需求 137
6．1．2 功能需求 140
6．2 5G無綫網絡關鍵技術 144
6．2．1 關鍵技術與網絡性能 144
6．2．2 5G無綫網絡關鍵技術 144
6．3 5G智能無綫網絡 161
6．3．1 5G無綫網絡設計原則 162
6．3．2 5G無綫網絡邏輯架構 163
6．3．3 5G無綫網絡部署架構 166
6．4 典型場景下5G智能無綫網絡 169
6．4．1 熱點高容量場景下5G智能無綫網絡 169
6．4．2 低時延高可靠場景下5G智能無綫網絡 174
6．5 參考文獻 178

第7章 Chapter 7
數據轉發網 179
7．1 移動網絡數據轉發現狀分析 180
7．1．1 當前移動數據轉發網絡架構 180
7．1．2 基於現有3GPP架構的數據轉發改進方案 184
7．2 5G網絡對數據轉發的要求 194
7．3 5G網絡數據轉發設計方案 195
7．3．1 承載與控製分離的架構 195
7．3．2 業務鏈管理與核心轉發功能的融閤 200
7．3．3 基於虛擬化平颱的模塊化的業務鏈統一管理 201
7．3．4 轉發麵下沉的部署方案 202
7．4 本章小結 205
7．5 參考文獻 205

第8章 Chapter 8
移動邊緣計算 209
8．1 概述 210
8．1．1 趨勢與市場驅動力 210
8．1．2 移動基站的演進方嚮 211
8．1．3 商業價值 212
8．2 應用案例 213
8．3 技術標準發展情況 216
8．4 部署場景 216
8．5 MEC架構 217
8．5．1 MEC應用平颱服務 218
8．5．2 MEC應用平颱管理接口 219
8．6 關鍵技術 220
8．6．1 雲計算和虛擬化 220
8．6．2 高性能標準服務器 221
8．6．3 應用程序和業務生態係統的實現 221
8．7 技術挑戰和需求 221
8．7．1 網絡集成 221
8．7．2 應用程序的可移植性 221
8．7．3 安全 222
8．7．4 性能 222
8．7．5 彈性 223
8．7．6 操作 223
8．8 本章小結 223
8．9 參考文獻 224

第9章 Chapter 7
網絡能力開放 225
9．1 能力開放概述 226
9．1．1 基本概念 226
9．1．2 電信業務能力開放 226
9．1．3 能力開放的價值 229
9．2 發展現狀及應用情況 230
9．2．1 能力開放平颱 230
9．2．2 標準化情況 232
9．2．3 現網應用 240
9．3 下一代網絡能力開放的典型場景和關鍵技術 243
9．3．1 5G能力開放概述 243
9．3．2 典型場景 244
9．3．3 METIS能力開放平颱架構 247
9．3．4 5G網絡能力開放平颱架構 249
9．3．5 關鍵技術 251
9．4 參考文獻 252

前言/序言

5G技術叢書專傢委員會

專傢委員會主任

鄔賀銓：中國工程院院士，IMT-2020（5G）推進組顧問

專傢委員會副主任

劉韻潔：中國工程院院士，中國聯閤網絡通信集團有限公司

叢書特彆顧問

張乃通：中國工程院院士，哈爾濱工業大學

專傢委員會委員

曹淑敏：IMT-2020（5G）推進組組長，中國信息通信研究院原院長

張新生：中國通信學會副理事長，未來移動通信論壇常務副理事長

侯自強（中國科學院聲學研究所）

王曉雲（中國移動通信集團公司）

畢 奇（中國電信股份有限公司）

趙先明（中興通訊有限公司）

佟 文（華為技術有限公司）

陳山枝（大唐電信科技産業集團）

張 平（北京郵電大學）

尤肖虎（東南大學）

李少謙（電子科技大學）

王 京（清華大學）

李建東（西安電子科技大學）

5G技術叢書編審委員會

編審委員會主任

楊 暘（中國科學院上海微係統與信息技術研究所）

編審委員會委員

楊峰義（中國電信股份有限公司）

王映民（大唐電信科技産業集團）

陶小峰（北京郵電大學）

張欽宇（哈爾濱工業大學）

金 石（東南大學）

季新生（解放軍信息工程大學）

李雲洲（清華大學）

葛曉虎（華中科技大學）

武 剛（電子科技大學）

王海明（東南大學）

徐 景（上海無綫通信研究中心）

鄔賀銓院士之序

電子工業齣版社從我國大力推動第五代移動通信係統（IMT-2020，又稱5G）研究的背景齣發，通過充分調研和認真組織，策劃齣版“5G技術”叢書，以期及時總結、深入分析和充分反映我國在新的無綫通信國際標準製定過程中的最新進展。叢書將按照5G關鍵技術和5G係統設計與應用兩個層麵分成兩捲，“關鍵技術捲”各分冊主要從理論和技術層麵對5G關鍵候選技術進行具體詳實的分析和介紹，“係統設計與應用捲”各分冊主要從係統和應用層麵對5G總體架構以及關鍵方法的評估和應用進行深入分析和描述，各分冊的作者都是國內活躍在相關研究領域的優秀中青年科研工作者，具有較強的理論研究積纍和實踐經驗，目前又都承擔瞭與5G有關的國傢重大專項和“863計劃”等項目。很高興看到這批優秀的中青年科研工作者在參與科研工作的同時，積極參加編寫這套高新技術叢書。

從齣版社和著作者提供的樣書看齣，叢書以及每本書的結構都是經過仔細斟酌的，邏輯清晰、內容全麵、觀點鮮明、創新性強，內容充分反映瞭我國在新一代移動通信國際標準探索和技術開發中的最新成果，可供國內外的同行參考，將促進我國對國際5G標準製定的貢獻。相信本套叢書的齣版發行，將會推動我國移動通信技術的自主創新和産業發展。

鄔賀銓

2016年8月

劉韻潔院士之序

麵嚮2020年及未來，移動通信技術和産業將邁入第五代移動通信（5G）的發展階段。5G將滿足人們的超高業務吞吐量、超高連接數密度、超高移動速度和超可靠低時延的廣泛應用需求，大幅改善提升通信網絡頻譜效率、能量效率與成本效率，拓展移動通信産業的發展空間。更為重要的是，5G將滲透到物聯網和傳統産業領域，與工業設施、醫療儀器、交通工具等深度融閤，全麵實現“萬物互聯”，有效滿足工業、醫療、交通等垂直行業的信息化服務需要。

在2016年7月15日，美國政府宣布推齣4億美元的先進無綫研究計劃（Advanced Wireless Research Initiative），由美國國傢科學基金會牽頭實施，將部署四個城市規模的5G實驗測試平颱，推動麵嚮未來無綫通信的基礎理論和關鍵技術研究。我國工信部、發改委、科技部聯閤成立瞭“IMT-2020推進組”，匯聚産、學、研、用各方力量，引領規劃和重點推動5G關鍵技術研發，充分支持我國優勢電信企業和研究院所在新一代移動通信國際標準製定過程中掌控影響力和話語權。

隨著5G研發和標準化工作的快速深入展開，急需一套全麵論述5G基礎理論、關鍵技術和應用架構的係列書籍，電子工業齣版社提前預見這一技術發展趨勢和重要産業需求，有效組織國傢IMT-2020推進組、國傢03科技重大專項和國傢“863計劃”5G前期研發項目等的主要承擔單位和優秀科技工作者，成功策劃瞭這套5G技術叢書，及時總結和深入分析瞭最新5G技術的理論基礎、體係架構、係統設計、測試評估、應用實現等多個方麵的最新進展和研發挑戰，相信這套叢書的豐富理論成果和實踐經驗能夠幫助和培養新一代移動通信科技工作者，有效推進和鞏固我國在5G國際標準化進程中的領導地位。

劉韻潔

2016年9月

張乃通院士之序

移動通信的發展不僅深刻改變瞭人們的生活方式，且已成為推動國民經濟發展、提升社會信息化水平的重要引擎。移動互聯網關鍵技術和基礎設施的發展是“中國製造2025”、“互聯網+”戰略的基礎和保障。當前，麵嚮2020年及未來的第五代移動通信（5G）已成為全球研發熱點。為占領信息領域國際領先地位、掌握産業發展話語權，國傢工信部、發改委、科技部成立“IMT-2020推進組”，組織我國産、學、研、用各方力量，推動5G技術研究，以期在新的無綫通信國際標準製定中掌握話語權和主導權，推動技術創新發展戰略，為自主可控的信息網絡提供基礎設施保障。目前，我國的5G研發工作已走在國際前列。

電子工業齣版社以此為背景，提齣5G技術叢書的齣版計劃，組織國傢IMT-2020推進組的主要參與單位，承擔或參與國傢“863計劃”5G係統研究開發先期研究重大項目的單位，選擇在國傢重大科技專項中承擔5G相關項目研發工作的中青年科技工作者作為叢書編著團隊，編著這套叢書。叢書分為兩捲：

（1）“關鍵技術捲”，從理論和技術層麵對5G關鍵技術進行全麵深入的分析，係統總結近年來我國在麵嚮IMT-2020（5G）研發方麵所取得的進展。

（2）“係統設計與應用捲”，從係統應用層麵對5G總體架構、傳輸性能評估和應用等方麵進行闡述，具有係統創新特色和理論聯係實際的效果，符閤當前開展IMT-2020研究與工程的需求。

IMT-2020推進組當前為瞭更加廣泛與深入的開展研發工作，急需一套從理論技術到應用的叢書，相信本套叢書的豐富內容和先進成果能夠有效促進完成IMT-2020推進組的既定目標。

張乃通

2016年11月

尤肖虎教授之序

從2009年開始，全球掀起4G建設熱潮，截至2015年底，全球4G用戶數已達到10.5億，中國4G用戶數到達3.86億，4G在網用戶人均月度使用流量突破瞭200MB，運營商從原本以語音為主的運營，逐步轉嚮以數據為主的流量運營，同時極大地激活瞭移動互聯網。

2012年底，歐盟啓動瞭全球首個5G研究項目METIS。2013年，國際電聯正式啓動瞭5G標準研究工作，開展5G需求、頻譜及技術趨勢的研究工作，計劃2016年完成技術評估方法研究，2018年完成IMT-2020標準徵集，2020年最終確定5G標準。 3GPP作為國際移動通信的標準化組織，於2015年確定瞭5G研究計劃，2016～2017年完成5G技術方案研究階段，2018～2019年完成5G技術規範製定。我國“863計劃”於2014年啓動瞭5G技術研究項目，係統研究5G領域的關鍵技術，包括無綫網絡架構、大規模天綫、超密集無綫網絡、軟基站試驗平颱、無綫網絡虛擬化、毫米波室內無綫接入和評估與測試驗證。與“863計劃”5G相銜接，國傢科技重大專項5G相關研發課題的目標是麵嚮國際標準，鼓勵我國産學研聯閤開展研發，由企業推動創新成果納入IMT-2020國際標準中。進一步，我國已將“積極推進第五代移動通信（5G）和超寬帶關鍵技術研究，啓動5G商用”寫入 “十三五”規劃中。

5G的主要應用為移動寬帶、物聯網和工業互聯網，旨在成為未來社會的信息基礎設施。5G將引入新型傳輸技術提高頻譜利用率和支持高頻段使用；同時以網絡功能虛擬化（Network Function Virtualization，NFV）和軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）為主要手段，構建控製與轉發分離和控製集中的網絡架構，實現網絡資源的靈活編排和部署；通過新型波形、新多址和新幀結構等技術，從而為海量物聯網設備提供低功耗與深度覆蓋，為工業無綫通信等應用提供高可靠低時延的連接。

本套叢書內容涉及5G係統的最新理論研究成果和關鍵技術評估，具體包括5G網絡架構、無綫傳輸、超密集網絡、大規模多天綫、能效和頻譜優化、仿真與測試等多個方麵的研究成果和技術趨勢，作者來自於電信運營商、設備研製企業和科研院所，內容和視角全麵完整，注重理論分析與實際應用相結閤，具有很好的時效性和參考價值。本叢書適閤高等院校通信信息、電子工程及相關專業的高年級本科生和研究生，以及無綫通信領域的專業工程技術人員。

尤肖虎

2016年9月

前 言

2012年9月，歐盟在第七框架計劃FP7下啓動瞭麵嚮5G研究的5G NOW（5th Generation Non-Orthogonal Waveforms for Asynchronous Signalling）研究課題，拉開瞭全球5G研究的序幕。同年11月，同樣在第七框架計劃下，歐盟正式啓動瞭名為METIS（Mobile and Wireless Communications Enablers for the Twenty-Twenty Information Society）的5G研究項目，並在2014年1月推齣瞭5G PPP（5G Public-Private Partnership）計劃，旨在推動5G技術研究，促進5G在2020年前後投入商用。

2013年2月，由國傢科學技術部、國傢工業和信息化部、國傢發展和改革委員會三部委聯閤組織成立瞭中國IMT-2020（5G）推進組，旨在打造聚閤中國産學研用力量、推動中國5G技術研究和國際交流與閤作的主要平颱。與此同時，國傢高技術研究發展計劃（“863 5G網絡架構 下載 mobi epub pdf txt 電子書

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