5G服務化網(wǎng)絡白皮書

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

中國聯(lián)合網(wǎng)絡通信有限公司網(wǎng)絡技術研究院

2018年6月

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

15G服務化網(wǎng)絡發(fā)展背景

1.15G時代多元化的業(yè)務需求

5G時代，移動網(wǎng)絡將不僅為傳統(tǒng)的人人通信提供支持，同時將提供大量前所未有的新

興行業(yè)的后向合作，業(yè)務的發(fā)展趨勢逐漸由基于現(xiàn)有技術和大眾市場的核心應用，轉向基于

全新技術和面向垂直行業(yè)研發(fā)和探索的應用。

新興業(yè)務

實時遠程

自動控制遠程控制

智能安防信息處理

延伸業(yè)務

擬真視頻通信電子健康

UHD內容虛擬現(xiàn)實

交付

智能測量

核心業(yè)務增強現(xiàn)實

移動寬帶

IMS業(yè)務

VHBB互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場急救連接自動駕駛

接入

云服務

語音/短信業(yè)務專用網(wǎng)絡

人對人人對物物對物

圖1-15G技術框架

未來不同服務對于網(wǎng)絡的要求是多樣化的，例如智能家居、智能電網(wǎng)、智能農業(yè)和智能

秒表需要大量的額外連接和頻繁傳輸小型數(shù)據(jù)包的服務支撐，自動駕駛和工業(yè)控制要求毫秒

級時延和趨于100%的可靠性，而娛樂信息服務則要求固定或移動寬帶連接。上述服務需求

表明5G網(wǎng)絡需要更加靈活以支撐不同環(huán)境下的業(yè)務需求。

為適配未來不同服務的需求，5G網(wǎng)絡需要更靈活更開放的彈性架構，能快速部署和

變更，并提供高效靈活的管理能力，以便為未來的不同行業(yè)需求做出快速的響應和調整。

1版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

1.2當前移動網(wǎng)絡面臨的困難和挑戰(zhàn)

現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡架構是為語音通信以及常規(guī)的數(shù)據(jù)業(yè)務而設計，而且經(jīng)歷了3GPP各

個版本的升級，網(wǎng)元眾多，網(wǎng)元功能相互重疊，網(wǎng)元間接口復雜，其靈活性不足以支撐5G

時代的多業(yè)務場景

網(wǎng)元功能耦合

簽約上下文用戶數(shù)據(jù)

HSSSPR

Rx

計費

安全認證

接入控制

會話管理

移動性管理PCRF

會話管理地址分配

QoS報文轉發(fā)

網(wǎng)關選擇

MMES/P-GW

圖1-2EPC網(wǎng)元功能分布

3GPP協(xié)議定義的EPC網(wǎng)元功能組合復雜，網(wǎng)絡功能同網(wǎng)元強耦合，而且存在功能重

疊，所有不同的業(yè)務共用同一套邏輯控制功能，無法做到為某一種特定的業(yè)務類型定制控制

功能組合。眾多控制功能間的緊耦合性以及復雜接口缺乏必要的靈活性，造成新業(yè)務的上線

周期長，網(wǎng)絡的運維成本高等問題。而靈活組合、個性化定義、動態(tài)部署以及靈活擴展能力

將是下一代移動網(wǎng)絡的必要特性，以現(xiàn)有EPC系統(tǒng)的情況，很難適應未來5G復雜多變的

應用場景。

協(xié)議定義固化

EPC的網(wǎng)絡協(xié)議多實現(xiàn)為二進制編碼格式，基于嚴格、固定的接口消息格式定義，某

些網(wǎng)絡協(xié)議的傳輸和編解碼開銷相對較大。業(yè)務的上線周期比較長，這將限制網(wǎng)絡和新業(yè)務

的快速創(chuàng)新能力。而為滿足針對各類業(yè)務的快速組網(wǎng)定義和靈活部署，急需網(wǎng)絡定義更新、

更靈活、更輕量化的網(wǎng)絡協(xié)議，以實現(xiàn)新業(yè)務的部署商用，進而通過網(wǎng)絡創(chuàng)造更多的價值。

網(wǎng)絡拓撲復雜

2版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

現(xiàn)有EPC網(wǎng)絡下，隨著運營商網(wǎng)絡的不斷發(fā)展和迭代，網(wǎng)元和接口功能的復雜度逐步

隨著接口數(shù)量的增加而增加：從2G、3G到4G網(wǎng)絡，每增加一個新的網(wǎng)元，就需要考慮引

入該網(wǎng)元的接口，以及其與現(xiàn)有網(wǎng)絡兼容的問題，往往一個網(wǎng)元和接口的引入會影響到其他

多個現(xiàn)有網(wǎng)元和接口，并進一步影響到后期的端到端的網(wǎng)絡維護。傳統(tǒng)的“點到點”架構下

的固有的連接模式導致后續(xù)新網(wǎng)元和新功能的引入容易造成“牽一發(fā)而動全身”的問題。在

后續(xù)功能增強中，一個消息參數(shù)的修改需要端到端的考慮整個信令流程的兼容性，導致前向

演進的復雜度會隨著新版本的產(chǎn)生而增加。

網(wǎng)絡運維的人工依賴

現(xiàn)有移動網(wǎng)絡的大量運維活動仍然依賴人工參與，自動化程度較低。例如通過人工來打

通不同環(huán)節(jié)，操作部門需要在EMS對設備進行維護，維護模式是針對逐個網(wǎng)元設備，并且

需要理解大量設備相關信息，操作效率很低。

在5G時代，對網(wǎng)絡自動化提出了極大的需求，根據(jù)需要可以自動定義組網(wǎng)結構、自

動部署、靈活擴充。并且，同一張網(wǎng)絡中可以存在若干個網(wǎng)絡切片，每一個網(wǎng)絡切片都將擁

有特定的拓撲結構，網(wǎng)絡功能以及資源分配模型，如果像當前的網(wǎng)絡運維一樣大量依賴人工

的方式對網(wǎng)絡進行設計和部署，將對運營商的運維系統(tǒng)帶來極大的挑戰(zhàn)。

網(wǎng)絡功能開放性

國內外運營商都希望開放網(wǎng)絡能力以提供更多增值服務，但至今能力開放的商業(yè)成果仍

不能滿足運營商日益迫切的轉型需求。導致這種結果的原因，除了商業(yè)模型限制外，還有本

身網(wǎng)絡架構的局限性。3GPP前期網(wǎng)絡架構在設計的過程中并沒有考慮能力開放，雖然通過

網(wǎng)元修改也能夠實現(xiàn)部分網(wǎng)絡能力開放，但無法滿足電信級API快速創(chuàng)新需求。普通的Web

API創(chuàng)新周期為幾小時或者幾天，而由于網(wǎng)絡架構的限制，電信級API創(chuàng)新周期往往需要數(shù)

月甚至更長的時間，嚴重阻礙了網(wǎng)絡能力開放的發(fā)展。

當前架構中，能力開放使能網(wǎng)元（Enabler）通過私有接口連接各網(wǎng)元，為了增加一個

新的API，往往要修改Enabler和提供能力的所有網(wǎng)元，周期很長。另一方面為解決

Multi-Vendor場景，還面臨標準化問題，多數(shù)運營商要求商用部署前先標準化，但這種從定

義規(guī)范、開發(fā)產(chǎn)品、網(wǎng)絡部署上線流程要經(jīng)過幾年時間，遠遠無法滿足新業(yè)務創(chuàng)新需求。

25G服務化網(wǎng)絡關鍵功能

2.1服務化網(wǎng)絡系統(tǒng)框架

在面向業(yè)務的5G網(wǎng)絡架構中，我們可以將現(xiàn)有網(wǎng)絡側的控制面功能進行融合和統(tǒng)一，

同時將控制面功能分解成為多個獨立的網(wǎng)絡服務，這些獨立的網(wǎng)絡服務可以根據(jù)業(yè)務需求進

3版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

行靈活的組合。每個網(wǎng)絡服務和其他服務在業(yè)務功能上解耦，并且對外提供統(tǒng)一類型的服務

化接口，向其它調用者提供服務，將多個耦合接口轉變?yōu)閱我环战涌?，可以有效減少接口

數(shù)量，并統(tǒng)一服務調用方式，進而提升了網(wǎng)絡的靈活性。

服務化網(wǎng)絡提供了基于服務化的調用接口，服務化接口基于TCP/HTTP2.0進行通訊，

使用JSON作為應用層通信協(xié)議的封裝?；赥CP/HTTP2.0/JSON的調用方式，使用輕

量化IT技術框架，可以適應5G網(wǎng)絡靈活組網(wǎng)定義、快速開發(fā)、動態(tài)部署的需求。在將來，

服務化接口還可以使用QUIC/HTTP2.0進行通訊，相比較TCP/HTTP2.0方式，可以獲得

更高的通訊效率。

控制面服務組合

控制面服務其他服務

移動性管理服務會話管理服務

控制器（如位置服務等）

外部接服務管理框架數(shù)據(jù)服務

口功能

用戶數(shù)據(jù)

安全管理接入控制策略管理其他

管理

基本控制面服務

圖2-1網(wǎng)絡功能服務化

在網(wǎng)絡功能服務化的應用中，所有的服務調用、交互過程均在服務管理框架內進行，

5G服務化網(wǎng)絡在控制面和轉發(fā)面分離的情況下，進一步對控制面網(wǎng)元進行了“總線式”連

接，所謂的“總線”在實際部署中是一臺或幾臺路由器，與目前的4G網(wǎng)絡中DRA不同的

是，DRA本身是感知上層協(xié)議的，如用戶的號段、簽約信息等3GPP層消息，并基于這些

信息進行消息的轉發(fā)，但5G服務化網(wǎng)絡中的控制面“總線”只進行基于路由器3/4層協(xié)議

的轉發(fā)，而不會感知上層的協(xié)議。

服務控制器提供網(wǎng)絡服務功能的注冊，發(fā)現(xiàn)，授權，更新，監(jiān)控等管理功能，其本身也

是網(wǎng)絡服務的一種，對應5GC標準網(wǎng)元NRF（NetworkRepositoryFunction）。服務功能

相互獨立的特性確保了在新增或升級業(yè)務功能的過程中現(xiàn)有的網(wǎng)絡服務不受影響，只需要服

務控制器針對單個服務進行相應的更新即可。相比現(xiàn)有的緊耦合網(wǎng)絡控制功能，服務化的控

制面架構通過服務的靈活編排大大簡化了新業(yè)務的拓展及上線流程，為5G網(wǎng)絡業(yè)務的發(fā)

展打下了基礎。NRF是5G網(wǎng)絡能力開放的重要組成部分，也是區(qū)別于4G網(wǎng)絡能力開放的

顯著標志。NRF的引入意味著運營商進一步深層次網(wǎng)絡能力開放的可能性，通過其提供的

功能，第三方可以間接的通過NRF提供的服務注冊、發(fā)現(xiàn)、授權操作獲得運營商內部其它

網(wǎng)元提供的服務，這里的第三方一方面指OTT廠家，另一方面指其它運營商的訪問。

網(wǎng)元提供的服務包含接入管理、鑒權管理、會話管理、用戶數(shù)據(jù)管理、策略管理、QoS

管理、計費管理、定位管理等，一方面實現(xiàn)了通過一個融合化接口管理多個不同模塊的功能，

另一方面第三方可通過能力開放平臺訪問/調用不同服務，為實現(xiàn)深度網(wǎng)絡能力開放打下基

4版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

礎。

2.2服務化網(wǎng)絡的能力開放

5G服務化網(wǎng)絡的“總線式”設計將使所有控制面網(wǎng)元接口協(xié)議的統(tǒng)一成為必然，5G

網(wǎng)路架構將摒棄GTP-C、Diameter等傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡協(xié)議，采用更靈活、更輕量的HTTP協(xié)

議，使移動網(wǎng)絡內外無縫交互成為可能，從而進一步為深層次的5G能力開放提供了更方便

的API開發(fā)和調用能力。

面向垂直行業(yè)的業(yè)務需求將是多樣化、定制化的。5G網(wǎng)絡架構的設計需要通過將自身

的能力開放給垂直行業(yè)和OTT應用以滿足其靈活的定制化需求。網(wǎng)絡能力開放的目的是更

好的滿足OTT的應用業(yè)務需求。通過能力開放5G網(wǎng)絡將應用需求與網(wǎng)絡的能力、用戶的

屬性、網(wǎng)絡的策略形成雙向互動，從而提升用戶的端到端體驗、增強網(wǎng)絡價值、使能更立體

的業(yè)務場景。

5G網(wǎng)絡架構設計將滿足網(wǎng)絡的全方位能力開放和OTT互動能力。為實現(xiàn)該能力，需

要考慮部署專有的能力開放功能，提供一種安全和統(tǒng)一的內部功能開放方法，與外部應用對

接，形成特色解決方案。通過服務化網(wǎng)絡實現(xiàn)其與其他核心網(wǎng)服務的自動發(fā)現(xiàn)和全互聯(lián)，網(wǎng)

絡中的各個網(wǎng)元都可以通過能力開放功能開放自身的能力。

業(yè)務優(yōu)化能力實時位置能力計費能力其他能力

定向加速實時位置流量統(tǒng)付用戶行為特征

視頻優(yōu)化用戶軌跡差異化計費業(yè)務防欺詐

….….….….

網(wǎng)絡能力開放功能

5G網(wǎng)絡功能15G網(wǎng)絡功能25G網(wǎng)絡功能35G網(wǎng)絡功能4...5G網(wǎng)絡功能n

圖2-2基于服務化網(wǎng)絡的5G能力開放

5G服務化網(wǎng)絡有助于業(yè)務的快速上線，進一步提升能力開放的靈活性。例如通過能力

開放功能可以直接對接外部的應用實體，并通過網(wǎng)絡內部業(yè)務功能實體的服務化接口，靈活

地獲取和處理統(tǒng)計信息、位置信息、計費信息等，或者干涉內部處理的策略。一方面減少了

定制開發(fā)的周期和復雜度，另一方面也便于對不同的數(shù)據(jù)進行組合應用，產(chǎn)生新的商業(yè)價值。

5版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

2.3服務化網(wǎng)絡的管理維護

服務化網(wǎng)絡下，每個控制面網(wǎng)元可以包含多種服務，在網(wǎng)元上線時需要在服務可用之后

將服務實例注冊到NRF上以供服務的消費者獲取。完整的服務實例注冊的內容至少需要包

括服務的名字、服務的數(shù)字證書、服務的通信地址、服務的版本號、服務的實例標識。其中

服務的數(shù)字證書用于服務的身份認證；服務的通信地址是一個URI，可以包含一個FQDN、

一個IP地址或者多個IP地址。

具體網(wǎng)元可自己發(fā)起到NRF的服務實例注冊而不是交給OAM系統(tǒng)代為注冊，這樣可

以簡化OAM的管理功能，增加網(wǎng)元管理效率和速度，同時更加方便第三方服務提供者的集

成。因為是網(wǎng)元自身發(fā)起服務的注冊，無法保證在故障時能夠及時調用服務的去注冊功能，

因此需要NRF提供服務實例的心跳時間，網(wǎng)元在心跳時間到達之前重復注冊。在網(wǎng)元故障

時NRF可以根據(jù)注冊實例的有效時長自動釋放不可用的資源，避免將不可用的服務實例信

息擴散到服務的消費者，增強了系統(tǒng)在異常場景下的可用性。

服務的消費者通過NRF發(fā)起服務實例發(fā)現(xiàn)過程，需要傳遞的內容包括待發(fā)現(xiàn)的服務名

稱、服務消費者的數(shù)字證書。服務消費者的數(shù)字證書用于服務消費者的身份認證。NRF根

據(jù)服務名稱返回已經(jīng)注冊的一個或者多個實例的注冊信息。服務的消費者需要根據(jù)業(yè)務需求

從多個注冊實例中選擇一個或者多個實例發(fā)起業(yè)務請求。

NRF無法保證返回給服務消費者的每個服務實例信息都是可用的，因此在服務消費者

需要建立多個服務實例的連接并在發(fā)現(xiàn)不能和選擇的某個服務實例建立業(yè)務通道時，需要重

新選擇其他可用的服務實例。

在網(wǎng)元決定對一個服務進行升級時，需要將已經(jīng)注冊的服務實例去注冊，升級完畢后再

重新注冊。在服務升級過程中，短暫不能提供服務，已經(jīng)建立連接的服務消費者在連接不可

用時，將從NRF重新獲取服務實例列表，重新選擇可用的服務實例保證業(yè)務的連續(xù)性。

35G服務化網(wǎng)絡云化實現(xiàn)

3.1云化架構是服務化網(wǎng)絡的基礎

服務化網(wǎng)絡將天然適合云化架構，其網(wǎng)絡功能需要基于云化平臺進行整體變革，使網(wǎng)絡

更加彈性，業(yè)務上線更加靈活，同時滿足敏捷、可用性、性能和運維等方面的電信級要求。

為實現(xiàn)這一系列要求，云化網(wǎng)絡功能需要基于三大原則重新設計系統(tǒng)，分別是前端無狀態(tài)、

橫向可擴展性、單點失效不影響業(yè)務。

為了滿足服務化網(wǎng)絡下各網(wǎng)元彼此開放自身的服務能力的需求，需要將業(yè)務處理單元和

6版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

存儲節(jié)點進行分離，計算節(jié)點不再保存需要持久化的用戶狀態(tài)信息，只負責對到來的信令進

行處理。而在業(yè)務處理單元前端，需要具備負責業(yè)務報文分發(fā)和數(shù)據(jù)面消息負載均衡的組件。

業(yè)務處理單元，分布式數(shù)據(jù)庫，以及分布式負載均衡，形成了服務化網(wǎng)絡云化的優(yōu)化VNF

結構。這樣的架構保證了單個業(yè)務處理節(jié)點故障、業(yè)務消息被負載均衡分發(fā)到其他正常狀態(tài)

的業(yè)務處理節(jié)點后，新的業(yè)務處理節(jié)點與后臺數(shù)據(jù)庫交互獲得用戶狀態(tài)后，仍然可以正常處

理用戶的業(yè)務消息。新擴容的業(yè)務處理節(jié)點與數(shù)據(jù)庫交互獲得用戶狀態(tài)，也能夠正常處理用

戶的業(yè)務消息。

分布式數(shù)據(jù)庫

DDCC故故障障業(yè)業(yè)務務不不中中斷斷

S

O

無狀態(tài)的處理單元A

DDCC故故障障業(yè)業(yè)務務不不中中斷斷

B

U

分布式負載均衡S

DDCC故故障障業(yè)業(yè)務務不不中中斷斷

圖3-1服務化網(wǎng)絡云化架構

基于三層云化的VNF設計，可以實現(xiàn)更快的業(yè)務擴展、更高的容錯能力和可靠性、以

及更加專業(yè)的模塊設計。

3.2服務化網(wǎng)絡的NFV模版設計

服務化架構的重要功能在于每個網(wǎng)元在控制平面上提供不同的“服務”，通過串聯(lián)不同

網(wǎng)元提供的“服務”，最終實現(xiàn)注冊、會話管理、移動性管理、鑒權及密鑰協(xié)商等端到端的

移動網(wǎng)絡信令流程。每個網(wǎng)元都可以在作為服務請求者的同時為其它NF提供服務。網(wǎng)元模

塊主要包括訪問和移動性管理功能、會話管理功能、認證服務器功能、網(wǎng)絡曝光功能、NF

庫功能、策略控制功能和統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理功能。

7版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

網(wǎng)絡1網(wǎng)絡2...網(wǎng)絡3

網(wǎng)絡粒度

NF模塊1NF模塊2NF模塊3...NF模塊n

模塊粒度

服務粒度簽約信息會話管理安全管理...移動性管理

訪問創(chuàng)建刪除修改...訂閱

運行粒度

圖3-2服務化模版設計層次

服務化按能力可以劃分成網(wǎng)絡、模塊、服務、運行四個層級粒度：

網(wǎng)絡粒度：是實現(xiàn)不同網(wǎng)絡切片的模版，對應于NFVMANO中的NS模版設計，主要

管理網(wǎng)絡切片的內部拓撲、VNF之間的接口關系等。

模塊粒度：是用來規(guī)定一個網(wǎng)絡切片中包含的各種NF模塊，對應于NFVMANO中的

VNF模版，包括業(yè)務處理單元、性能管理單元、網(wǎng)絡管理單元等。

服務粒度：是具體到一個NF模塊下的每個具體的業(yè)務處理單元，與原有的VNF設計

不同，業(yè)務處理單元在服務化網(wǎng)絡的模版設計中將會被進一步細分出來，按照移動網(wǎng)絡不同

的信息和功能種類，可以劃分成用戶簽約、會話、移動性、安全、策略等不同的業(yè)務處理單

元，每個業(yè)務處理單元僅對該具體業(yè)務相關的信息進行維護和處理，形成一個NF下可提供

的不同服務類別。

運行粒度：是基于服務粒度，對NF內的資源的具體操作進行的進一步區(qū)分。按照對

NF內資源的影響不同，服務化網(wǎng)絡中對服務在運行粒度上是按照“改變性”和“完整性”

兩個方面進行考慮和劃分的?！案淖冃浴笔侵府敺仗峁┱邽榉照埱笳咛峁┓諘r，此類

服務不會改變服務提供者自身的存儲狀態(tài)?！巴暾浴狈毡硎镜那闆r是當服務請求者多次

向服務提供者發(fā)送相同的指令（可能由于網(wǎng)絡堵塞產(chǎn)生），服務提供者每次回復相同的信息。

不具有“完整性”的服務是指當服務請求者多次向服務提供者發(fā)送相同的指令，服務提供者

將多次重復指令且回復不同的信息。例如，當服務請求者多次向服務提供者請求建立新的會

話時，服務提供者會多次建立新的不同的會話并將其反饋給服務請求者。

根據(jù)服務的“改變性”、“完整性”可以將運行不同資源的NF模塊提供的服務分為“訂

閱類”、“訪問類”、“創(chuàng)建類”、“修改類”、以及“刪除類”：

“訂閱類”：服務提供者根據(jù)服務請求者的訂閱指令為其監(jiān)視相關的訂閱條件，當請求

者的訂閱條件觸發(fā)時，服務提供者向服務請求者發(fā)送通知消息。

“訪問類”：服務提供者只為服務請求者提供相關的數(shù)據(jù)，此類服務并不會影響到服務

提供者的自身存儲狀態(tài)。

8版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

“創(chuàng)建類”：服務提供者根據(jù)服務請求者的指令為其創(chuàng)建新的諸如“移動性管理”、“會

話管理”等上下文數(shù)據(jù)，但不會改變自身的存儲狀態(tài)。

“修改類”：服務提供者根據(jù)服務請求者的指令為其修改已有的諸如“移動性管理”、“會

話管理”等上下文數(shù)據(jù)，即對自身的存儲數(shù)據(jù)進行修改。

“刪除類”：服務提供者根據(jù)服務請求者的指令為其刪除已有的諸如“移動性管理”、“會

話管理”等上下文數(shù)據(jù)，即對自身存儲數(shù)據(jù)進行刪除。

一個服務內的不同運行操作可以包含在一個VM中也可以包含多不同的VM中，具體實

現(xiàn)方式視VM的計算性能、數(shù)據(jù)共享能力、親和性條件等而定。

服務化網(wǎng)絡的分層原則決定了在NFVMANO中的模版設計需要通過“自上而下”的方

式實現(xiàn)，即通過業(yè)務需求定義網(wǎng)絡特征，并通過網(wǎng)絡、模塊、服務、運行四個粒度由上而下

逐層設計，實現(xiàn)網(wǎng)絡實例化。

45G服務化網(wǎng)絡演進思路

5G的服務化網(wǎng)絡將網(wǎng)絡功能原子化，可以基于云化架構更加靈活的編排，滿足網(wǎng)絡業(yè)

務快速拓展的需要，將可靈活編排的5G網(wǎng)絡功能組合起來，可以支持靈活的網(wǎng)絡切片。運

營商將以SDN/NFV技術為依托，逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡由傳統(tǒng)的煙囪式網(wǎng)絡向服務化網(wǎng)絡的演進。

服務化網(wǎng)絡的演進路線將經(jīng)歷煙囪式網(wǎng)絡、云化網(wǎng)絡和服務化網(wǎng)絡三個階段。

階段一：煙囪式網(wǎng)絡階段二：云化網(wǎng)絡階段三：服務化網(wǎng)絡

NetworkSlicing1

AAAAA

NetworkSlicing2

PPPPP

NetworkSlicing3

PPPPP

微服務模塊

2G3G4GAAAAA

PPPPP

PPPPP

SDN/NFV架構SDN/NFV架構

圖4-1服務化網(wǎng)絡演進思路

煙囪式網(wǎng)絡即為目前的EPC網(wǎng)絡現(xiàn)狀，每一個網(wǎng)元都有專用服務器實現(xiàn)，彼此之間的

資源無法共享和重用。

云化網(wǎng)絡是當前通信產(chǎn)業(yè)正在大力推進的網(wǎng)絡能力，利用SDN/NFV技術實現(xiàn)對虛擬化

資源的高效管理以滿足不同網(wǎng)元實時、動態(tài)的業(yè)務處理能力要求。云化網(wǎng)絡架構下，網(wǎng)絡資

源基于虛擬化進行管理，可以在DC內部和各DC之間靈活的調配，形成對整個網(wǎng)絡資源的

云化部署。

9版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

服務化網(wǎng)絡是基于云化網(wǎng)絡架構的進一步演進，主要對應用層邏輯網(wǎng)元和架構進行進一

步優(yōu)化，把各網(wǎng)元的能力通過“服務”進行定義，并通過API形式供其它網(wǎng)元進行調用，

基于服務化定義的應用層邏輯網(wǎng)元和架構將進一步適配于底層基于NFV/SDN技術的原生

云基礎設施平臺，真正實現(xiàn)5G服務化網(wǎng)絡的目標。

當前，移動網(wǎng)絡正處于煙囪式網(wǎng)絡向云化網(wǎng)絡的轉變期，利用NFV/SDN技術逐步實現(xiàn)

對網(wǎng)絡資源的動態(tài)共享和靈活調配。待云化網(wǎng)絡系統(tǒng)搭建完成后，將開始實現(xiàn)應用層向服務

化網(wǎng)絡的重要改變，實現(xiàn)基于“原子粒度”的服務化網(wǎng)元的實例化和強大的生命周期管理功

能，支持網(wǎng)絡按需自由組合各網(wǎng)元的能力，實現(xiàn)網(wǎng)絡切片服務。

5總結與展望

5G服務化網(wǎng)絡是一種全新的電信網(wǎng)絡設計理念，它可以充分適配SDN/NFV基礎設施，

實現(xiàn)由業(yè)務需求到網(wǎng)絡資源的靈活匹配，從而以網(wǎng)絡切片的形式滿足未來5G網(wǎng)絡中不同垂

直行業(yè)特定的功能要求。此外，5G服務化網(wǎng)絡也將對未來網(wǎng)絡運維、前/后向兼容性以及網(wǎng)

絡快速適配能力等方面帶來非常顯著的增益。

5G服務化網(wǎng)絡將有助于運營商解決接口數(shù)量不斷激增導致的部署和維護成本問題，同

時更好地適配未來虛擬化環(huán)境下的生命周期管理行為，最大程度上發(fā)揮虛擬化技術的優(yōu)勢。

5G服務化網(wǎng)絡也是運營商實現(xiàn)新的盈利模式的重要技術手段，有助于運營商進一步深

化網(wǎng)絡能力開放，從而實現(xiàn)第三方OTT公司通過服務化接口直接調用相關網(wǎng)元的服務，甚

至將自身的APP加入進運營商網(wǎng)絡中，作為5G網(wǎng)絡切片的一部分，實現(xiàn)深度的ICT合作。

10版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

目錄

15G服務化網(wǎng)絡發(fā)展背景................................................................................................1

1.15G時代多元化的業(yè)務需求...............................................................................................1

1.2當前移動網(wǎng)絡面臨的困難和挑戰(zhàn)......................................................................................2

25G服務化網(wǎng)絡關鍵功能................................................................................................3

2.1服務化網(wǎng)絡系統(tǒng)框架.........................................................................................................3

2.2服務化網(wǎng)絡的能力開放.....................................................................................................5

2.3服務化網(wǎng)絡的管理維護.....................................................................................................6

35G服務化網(wǎng)絡云化實現(xiàn)................................................................................................6

3.1云化架構是服務化網(wǎng)絡的基礎.........................................................................................6

3.2服務化網(wǎng)絡的NFV模版設計...........................................................................................7

45G服務化網(wǎng)絡演進思路................................................................................................9

5總結與展望.....................................................................................................................10

I版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

15G服務化網(wǎng)絡發(fā)展背景

1.15G時代多元化的業(yè)務需求

5G時代，移動網(wǎng)絡將不僅為傳統(tǒng)的人人通信提供支持，同時將提供大量前所未有的新

興行業(yè)的后向合作，業(yè)務的發(fā)展趨勢逐漸由基于現(xiàn)有技術和大眾市場的核心應用，轉向基于

全新技術和面向垂直行業(yè)研發(fā)和探索的應用。

新興業(yè)務

實時遠程

自動控制遠程控制

智能安防信息處理

延伸業(yè)務

擬真視頻通信電子健康

UHD內容虛擬現(xiàn)實

交付

智能測量

核心業(yè)務增強現(xiàn)實

移動寬帶

IMS業(yè)務

VHBB互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)場急救連接自動駕駛

接入

云服務

語音/短信業(yè)務專用網(wǎng)絡

人對人人對物物對物

圖1-15G技術框架

未來不同服務對于網(wǎng)絡的要求是多樣化的，例如智能家居、智能電網(wǎng)、智能農業(yè)和智能

秒表需要大量的額外連接和頻繁傳輸小型數(shù)據(jù)包的服務支撐，自動駕駛和工業(yè)控制要求毫秒

級時延和趨于100%的可靠性，而娛樂信息服務則要求固定或移動寬帶連接。上述服務需求

表明5G網(wǎng)絡需要更加靈活以支撐不同環(huán)境下的業(yè)務需求。

為適配未來不同服務的需求，5G網(wǎng)絡需要更靈活更開放的彈性架構，能快速部署和

變更，并提供高效靈活的管理能力，以便為未來的不同行業(yè)需求做出快速的響應和調整。

1版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

1.2當前移動網(wǎng)絡面臨的困難和挑戰(zhàn)

現(xiàn)有的移動網(wǎng)絡架構是為語音通信以及常規(guī)的數(shù)據(jù)業(yè)務而設計，而且經(jīng)歷了3GPP各

個版本的升級，網(wǎng)元眾多，網(wǎng)元功能相互重疊，網(wǎng)元間接口復雜，其靈活性不足以支撐5G

時代的多業(yè)務場景

網(wǎng)元功能耦合

簽約上下文用戶數(shù)據(jù)

HSSSPR

Rx

計費

安全認證

接入控制

會話管理

移動性管理PCRF

會話管理地址分配

QoS報文轉發(fā)

網(wǎng)關選擇

MMES/P-GW

圖1-2EPC網(wǎng)元功能分布

3GPP協(xié)議定義的EPC網(wǎng)元功能組合復雜，網(wǎng)絡功能同網(wǎng)元強耦合，而且存在功能重

疊，所有不同的業(yè)務共用同一套邏輯控制功能，無法做到為某一種特定的業(yè)務類型定制控制

功能組合。眾多控制功能間的緊耦合性以及復雜接口缺乏必要的靈活性，造成新業(yè)務的上線

周期長，網(wǎng)絡的運維成本高等問題。而靈活組合、個性化定義、動態(tài)部署以及靈活擴展能力

將是下一代移動網(wǎng)絡的必要特性，以現(xiàn)有EPC系統(tǒng)的情況，很難適應未來5G復雜多變的

應用場景。

協(xié)議定義固化

EPC的網(wǎng)絡協(xié)議多實現(xiàn)為二進制編碼格式，基于嚴格、固定的接口消息格式定義，某

些網(wǎng)絡協(xié)議的傳輸和編解碼開銷相對較大。業(yè)務的上線周期比較長，這將限制網(wǎng)絡和新業(yè)務

的快速創(chuàng)新能力。而為滿足針對各類業(yè)務的快速組網(wǎng)定義和靈活部署，急需網(wǎng)絡定義更新、

更靈活、更輕量化的網(wǎng)絡協(xié)議，以實現(xiàn)新業(yè)務的部署商用，進而通過網(wǎng)絡創(chuàng)造更多的價值。

網(wǎng)絡拓撲復雜

2版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

現(xiàn)有EPC網(wǎng)絡下，隨著運營商網(wǎng)絡的不斷發(fā)展和迭代，網(wǎng)元和接口功能的復雜度逐步

隨著接口數(shù)量的增加而增加：從2G、3G到4G網(wǎng)絡，每增加一個新的網(wǎng)元，就需要考慮引

入該網(wǎng)元的接口，以及其與現(xiàn)有網(wǎng)絡兼容的問題，往往一個網(wǎng)元和接口的引入會影響到其他

多個現(xiàn)有網(wǎng)元和接口，并進一步影響到后期的端到端的網(wǎng)絡維護。傳統(tǒng)的“點到點”架構下

的固有的連接模式導致后續(xù)新網(wǎng)元和新功能的引入容易造成“牽一發(fā)而動全身”的問題。在

后續(xù)功能增強中，一個消息參數(shù)的修改需要端到端的考慮整個信令流程的兼容性，導致前向

演進的復雜度會隨著新版本的產(chǎn)生而增加。

網(wǎng)絡運維的人工依賴

現(xiàn)有移動網(wǎng)絡的大量運維活動仍然依賴人工參與，自動化程度較低。例如通過人工來打

通不同環(huán)節(jié)，操作部門需要在EMS對設備進行維護，維護模式是針對逐個網(wǎng)元設備，并且

需要理解大量設備相關信息，操作效率很低。

在5G時代，對網(wǎng)絡自動化提出了極大的需求，根據(jù)需要可以自動定義組網(wǎng)結構、自

動部署、靈活擴充。并且，同一張網(wǎng)絡中可以存在若干個網(wǎng)絡切片，每一個網(wǎng)絡切片都將擁

有特定的拓撲結構，網(wǎng)絡功能以及資源分配模型，如果像當前的網(wǎng)絡運維一樣大量依賴人工

的方式對網(wǎng)絡進行設計和部署，將對運營商的運維系統(tǒng)帶來極大的挑戰(zhàn)。

網(wǎng)絡功能開放性

國內外運營商都希望開放網(wǎng)絡能力以提供更多增值服務，但至今能力開放的商業(yè)成果仍

不能滿足運營商日益迫切的轉型需求。導致這種結果的原因，除了商業(yè)模型限制外，還有本

身網(wǎng)絡架構的局限性。3GPP前期網(wǎng)絡架構在設計的過程中并沒有考慮能力開放，雖然通過

網(wǎng)元修改也能夠實現(xiàn)部分網(wǎng)絡能力開放，但無法滿足電信級API快速創(chuàng)新需求。普通的Web

API創(chuàng)新周期為幾小時或者幾天，而由于網(wǎng)絡架構的限制，電信級API創(chuàng)新周期往往需要數(shù)

月甚至更長的時間，嚴重阻礙了網(wǎng)絡能力開放的發(fā)展。

當前架構中，能力開放使能網(wǎng)元（Enabler）通過私有接口連接各網(wǎng)元，為了增加一個

新的API，往往要修改Enabler和提供能力的所有網(wǎng)元，周期很長。另一方面為解決

Multi-Vendor場景，還面臨標準化問題，多數(shù)運營商要求商用部署前先標準化，但這種從定

義規(guī)范、開發(fā)產(chǎn)品、網(wǎng)絡部署上線流程要經(jīng)過幾年時間，遠遠無法滿足新業(yè)務創(chuàng)新需求。

25G服務化網(wǎng)絡關鍵功能

2.1服務化網(wǎng)絡系統(tǒng)框架

在面向業(yè)務的5G網(wǎng)絡架構中，我們可以將現(xiàn)有網(wǎng)絡側的控制面功能進行融合和統(tǒng)一，

同時將控制面功能分解成為多個獨立的網(wǎng)絡服務，這些獨立的網(wǎng)絡服務可以根據(jù)業(yè)務需求進

3版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

行靈活的組合。每個網(wǎng)絡服務和其他服務在業(yè)務功能上解耦，并且對外提供統(tǒng)一類型的服務

化接口，向其它調用者提供服務，將多個耦合接口轉變?yōu)閱我环战涌?，可以有效減少接口

數(shù)量，并統(tǒng)一服務調用方式，進而提升了網(wǎng)絡的靈活性。

服務化網(wǎng)絡提供了基于服務化的調用接口，服務化接口基于TCP/HTTP2.0進行通訊，

使用JSON作為應用層通信協(xié)議的封裝?；赥CP/HTTP2.0/JSON的調用方式，使用輕

量化IT技術框架，可以適應5G網(wǎng)絡靈活組網(wǎng)定義、快速開發(fā)、動態(tài)部署的需求。在將來，

服務化接口還可以使用QUIC/HTTP2.0進行通訊，相比較TCP/HTTP2.0方式，可以獲得

更高的通訊效率。

控制面服務組合

控制面服務其他服務

移動性管理服務會話管理服務

控制器（如位置服務等）

外部接服務管理框架數(shù)據(jù)服務

口功能

用戶數(shù)據(jù)

安全管理接入控制策略管理其他

管理

基本控制面服務

圖2-1網(wǎng)絡功能服務化

在網(wǎng)絡功能服務化的應用中，所有的服務調用、交互過程均在服務管理框架內進行，

5G服務化網(wǎng)絡在控制面和轉發(fā)面分離的情況下，進一步對控制面網(wǎng)元進行了“總線式”連

接，所謂的“總線”在實際部署中是一臺或幾臺路由器，與目前的4G網(wǎng)絡中DRA不同的

是，DRA本身是感知上層協(xié)議的，如用戶的號段、簽約信息等3GPP層消息，并基于這些

信息進行消息的轉發(fā)，但5G服務化網(wǎng)絡中的控制面“總線”只進行基于路由器3/4層協(xié)議

的轉發(fā)，而不會感知上層的協(xié)議。

服務控制器提供網(wǎng)絡服務功能的注冊，發(fā)現(xiàn)，授權，更新，監(jiān)控等管理功能，其本身也

是網(wǎng)絡服務的一種，對應5GC標準網(wǎng)元NRF（NetworkRepositoryFunction）。服務功能

相互獨立的特性確保了在新增或升級業(yè)務功能的過程中現(xiàn)有的網(wǎng)絡服務不受影響，只需要服

務控制器針對單個服務進行相應的更新即可。相比現(xiàn)有的緊耦合網(wǎng)絡控制功能，服務化的控

制面架構通過服務的靈活編排大大簡化了新業(yè)務的拓展及上線流程，為5G網(wǎng)絡業(yè)務的發(fā)

展打下了基礎。NRF是5G網(wǎng)絡能力開放的重要組成部分，也是區(qū)別于4G網(wǎng)絡能力開放的

顯著標志。NRF的引入意味著運營商進一步深層次網(wǎng)絡能力開放的可能性，通過其提供的

功能，第三方可以間接的通過NRF提供的服務注冊、發(fā)現(xiàn)、授權操作獲得運營商內部其它

網(wǎng)元提供的服務，這里的第三方一方面指OTT廠家，另一方面指其它運營商的訪問。

網(wǎng)元提供的服務包含接入管理、鑒權管理、會話管理、用戶數(shù)據(jù)管理、策略管理、QoS

管理、計費管理、定位管理等，一方面實現(xiàn)了通過一個融合化接口管理多個不同模塊的功能，

另一方面第三方可通過能力開放平臺訪問/調用不同服務，為實現(xiàn)深度網(wǎng)絡能力開放打下基

4版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

礎。

2.2服務化網(wǎng)絡的能力開放

5G服務化網(wǎng)絡的“總線式”設計將使所有控制面網(wǎng)元接口協(xié)議的統(tǒng)一成為必然，5G

網(wǎng)路架構將摒棄GTP-C、Diameter等傳統(tǒng)移動網(wǎng)絡協(xié)議，采用更靈活、更輕量的HTTP協(xié)

議，使移動網(wǎng)絡內外無縫交互成為可能，從而進一步為深層次的5G能力開放提供了更方便

的API開發(fā)和調用能力。

面向垂直行業(yè)的業(yè)務需求將是多樣化、定制化的。5G網(wǎng)絡架構的設計需要通過將自身

的能力開放給垂直行業(yè)和OTT應用以滿足其靈活的定制化需求。網(wǎng)絡能力開放的目的是更

好的滿足OTT的應用業(yè)務需求。通過能力開放5G網(wǎng)絡將應用需求與網(wǎng)絡的能力、用戶的

屬性、網(wǎng)絡的策略形成雙向互動，從而提升用戶的端到端體驗、增強網(wǎng)絡價值、使能更立體

的業(yè)務場景。

5G網(wǎng)絡架構設計將滿足網(wǎng)絡的全方位能力開放和OTT互動能力。為實現(xiàn)該能力，需

要考慮部署專有的能力開放功能，提供一種安全和統(tǒng)一的內部功能開放方法，與外部應用對

接，形成特色解決方案。通過服務化網(wǎng)絡實現(xiàn)其與其他核心網(wǎng)服務的自動發(fā)現(xiàn)和全互聯(lián)，網(wǎng)

絡中的各個網(wǎng)元都可以通過能力開放功能開放自身的能力。

業(yè)務優(yōu)化能力實時位置能力計費能力其他能力

定向加速實時位置流量統(tǒng)付用戶行為特征

視頻優(yōu)化用戶軌跡差異化計費業(yè)務防欺詐

….….….….

網(wǎng)絡能力開放功能

5G網(wǎng)絡功能15G網(wǎng)絡功能25G網(wǎng)絡功能35G網(wǎng)絡功能4...5G網(wǎng)絡功能n

圖2-2基于服務化網(wǎng)絡的5G能力開放

5G服務化網(wǎng)絡有助于業(yè)務的快速上線，進一步提升能力開放的靈活性。例如通過能力

開放功能可以直接對接外部的應用實體，并通過網(wǎng)絡內部業(yè)務功能實體的服務化接口，靈活

地獲取和處理統(tǒng)計信息、位置信息、計費信息等，或者干涉內部處理的策略。一方面減少了

定制開發(fā)的周期和復雜度，另一方面也便于對不同的數(shù)據(jù)進行組合應用，產(chǎn)生新的商業(yè)價值。

5版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

2.3服務化網(wǎng)絡的管理維護

服務化網(wǎng)絡下，每個控制面網(wǎng)元可以包含多種服務，在網(wǎng)元上線時需要在服務可用之后

將服務實例注冊到NRF上以供服務的消費者獲取。完整的服務實例注冊的內容至少需要包

括服務的名字、服務的數(shù)字證書、服務的通信地址、服務的版本號、服務的實例標識。其中

服務的數(shù)字證書用于服務的身份認證；服務的通信地址是一個URI，可以包含一個FQDN、

一個IP地址或者多個IP地址。

具體網(wǎng)元可自己發(fā)起到NRF的服務實例注冊而不是交給OAM系統(tǒng)代為注冊，這樣可

以簡化OAM的管理功能，增加網(wǎng)元管理效率和速度，同時更加方便第三方服務提供者的集

成。因為是網(wǎng)元自身發(fā)起服務的注冊，無法保證在故障時能夠及時調用服務的去注冊功能，

因此需要NRF提供服務實例的心跳時間，網(wǎng)元在心跳時間到達之前重復注冊。在網(wǎng)元故障

時NRF可以根據(jù)注冊實例的有效時長自動釋放不可用的資源，避免將不可用的服務實例信

息擴散到服務的消費者，增強了系統(tǒng)在異常場景下的可用性。

服務的消費者通過NRF發(fā)起服務實例發(fā)現(xiàn)過程，需要傳遞的內容包括待發(fā)現(xiàn)的服務名

稱、服務消費者的數(shù)字證書。服務消費者的數(shù)字證書用于服務消費者的身份認證。NRF根

據(jù)服務名稱返回已經(jīng)注冊的一個或者多個實例的注冊信息。服務的消費者需要根據(jù)業(yè)務需求

從多個注冊實例中選擇一個或者多個實例發(fā)起業(yè)務請求。

NRF無法保證返回給服務消費者的每個服務實例信息都是可用的，因此在服務消費者

需要建立多個服務實例的連接并在發(fā)現(xiàn)不能和選擇的某個服務實例建立業(yè)務通道時，需要重

新選擇其他可用的服務實例。

在網(wǎng)元決定對一個服務進行升級時，需要將已經(jīng)注冊的服務實例去注冊，升級完畢后再

重新注冊。在服務升級過程中，短暫不能提供服務，已經(jīng)建立連接的服務消費者在連接不可

用時，將從NRF重新獲取服務實例列表，重新選擇可用的服務實例保證業(yè)務的連續(xù)性。

35G服務化網(wǎng)絡云化實現(xiàn)

3.1云化架構是服務化網(wǎng)絡的基礎

服務化網(wǎng)絡將天然適合云化架構，其網(wǎng)絡功能需要基于云化平臺進行整體變革，使網(wǎng)絡

更加彈性，業(yè)務上線更加靈活，同時滿足敏捷、可用性、性能和運維等方面的電信級要求。

為實現(xiàn)這一系列要求，云化網(wǎng)絡功能需要基于三大原則重新設計系統(tǒng)，分別是前端無狀態(tài)、

橫向可擴展性、單點失效不影響業(yè)務。

為了滿足服務化網(wǎng)絡下各網(wǎng)元彼此開放自身的服務能力的需求，需要將業(yè)務處理單元和

6版權所有?中國聯(lián)通網(wǎng)絡技術研究院，2018

中國聯(lián)通5G服務化網(wǎng)絡白皮書

存儲節(jié)點進行分離，計算節(jié)點不再保存需要持久化的用戶狀態(tài)信息，只負責對到來的信令進

行處理。而在業(yè)務處理單元前端，需要具備負責業(yè)務報文分發(fā)和數(shù)據(jù)面消息負載均衡的組件。

業(yè)務處理單元，分布式數(shù)據(jù)庫，以及分布式負載均衡，形成了服務化網(wǎng)絡云化的優(yōu)化VNF

結構。這樣的架構保證了單