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電子電信技術 電子電信技術 通信與無線電學應用
 
 
 
 
5G標準之網絡架構:構建萬物互聯的智能世界
 叢書名稱: 5G新技術叢書
 作  者: 譚仕勇/倪慧
 出版單位: 電子工業
 出版日期: 2020.03
 進貨日期: 2020/5/13
 ISBN: 9787121382918
 開  本: 16 開    
 定  價: 660
 售  價: 528
  會 員 價: 484
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編輯推薦:

《5G標準之網絡架構——構建萬物互聯的智能世界》寫作團隊均來自華為公司5G網絡架構標準研究團隊,所有作者均全程參與了5G網絡架構的國際標準制定。
《5G標準之網絡架構——構建萬物互聯的智能世界》內容結合3GPP在內的各個標準組織剛剛發布的5G標準協議、技術文稿,以及作者對標準化過程中核心問題的討論總結,圍繞5G網絡架構的演進,從基本概念入手,介紹了5G網絡架構的業務、部署驅動力及整體設計原則,重點論述了5G網絡架構各基礎特性及增強特性的實現原理和標準化方案,並對網絡架構的進一步演進進行了展望,是掌握5G技術不可或缺的手冊。
《5G標準之網絡架構——構建萬物互聯的智能世界》適合希望了解5G系統整體運行機制的相關人士閱讀,不僅可以作為5G研發和工程人員的技術參考資料,也可以作為電子通信相關專業的高校老師、學生和研究人員的學習材料。


內容簡介:

本書由IMT-2020(5G)推進組網絡技術組組長、華為公司5G網絡架構標準研究團隊負責人譚仕勇或領銜撰寫,所有作者均系華為公司5G網絡架構標準研究團隊的核心骨乾,包括直接主導和參與5G網絡架構國際標準制定的各技術領域的資深研究和標準專家。本書基於的3GPP國際標準,同時又不拘泥於此,而是深入剖析標準背後的商業和技術驅動力,融合作者在3GPP標準制定過程中的洞察和思考,使讀者能夠知其然更知其所以然。

本書對5G網絡架構的設計思想和技術方案進行了全面而系統的介紹。全書共4章,第1章介紹了無線網絡架構的概念、演進路徑、部署模式、商業價值和標準協議地圖。第2章對5G網絡架構設計的驅動力及基本設計原則進行了探討。第3章深入討論了5G網絡架構的整體設計以及主要的技術特性及方案,除移動性管理、會話管理、QoS和策略控制、語音及與4G互操作等基礎特性以外,還分析了服務化架構設計、網絡切片、邊緣計算、網絡智能化、物聯網、車聯網、超高可靠低時延通信、固定移動網絡融合等5G網絡特性。此外,第3章還介紹了5G網絡架構對於安全及垂直行業的支持能力。第4章對5G網絡架構後續的持續演進進行了展望。

本書適合希望了解5G系統整體運行機制的相關人士閱讀,不僅可以作為5G研發和工程人員的技術參考資料,也可以作為電子通信相關專業的高校老師、學生和研究人員的學習材料。


作者簡介:

譚仕勇,畢業於清華大學,獲模式識別與智能系統碩士學位,從事移動通信行業研發工作18年,歷經3G、4G、5G三代移動網絡架構的標準制定。自2013年起投入5G網絡架構的研究和標準工作,擔任中國IMT-2020(5G)推進組網絡技術組組長。現擔任華為技術有限公司5G網絡架構標準研究團隊負責人,他帶領的團隊是5G網絡架構標準制定的領導者,是服務化架構、切片、控制面和用戶面分離、網絡智能化等5G重要技術的提出者和主導者。

倪慧,畢業於天津大學,獲計算機科學與技術博士學位,現為華為技術有限公司標準研究主任工程師,無線網絡架構技術專家,參與和主導5G網絡架構、網絡切片、URLLC、邊緣計算、4G網絡控制轉發分離等技術的標準化工作。華為3GPP SA2資深標準代表,作為核心貢獻者深度參與5G網絡架構國際標準制定,SA2 URLLC、邊緣計算等課題報告人。

張萬強,畢業於北京郵電大學,獲通信與信息系統碩士學位,現為華為技術有限公司標準專家,無線網絡架構技術專家,曾參與並主導4G/5G移動網絡系統架構、移動性管理、NB-IoT系統架構等標準化研究。華為3GPP SA2首席標準代表,作為核心貢獻者深度參與4G與5G網絡架構國際標準制定,SA2 C-IoT課題報告人,已連續參加了3GPP SA2標準會議12年。

吳曉波,畢業於東北大學,獲計算機軟件碩士學位,現為華為技術有限公司標準研究主任工程師,無線網絡架構技術專家,曾參與4/5G語音、5G網絡智能等研究方向,領導3GPP SA2 5G智能化標準化工作。華為3GPP SA2資深標準代表,作為核心貢獻者深度參與4G與5G網絡架構國際標準制定,SA2 eNA、eNA Phase2、eVoLTE、RobVoLTE等課題報告人,已連續參加了3GPP SA2標準會議12年。

胡華東,畢業於天津大學,獲電工理論與新技術專業博士學位,現為華為技術有限公司標準研究專家,曾參與並領導3G PCC, 4G SAE&CUPS, 5G服務化架構等相關研究方向以及標準化工作。華為技術有限公司無線網絡架構資深標準專家,5G安全標準專家,華為3GPP SA全會首席標準代表,已連續參加了3GPP SA2/SA標準會議14年。
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圖書目錄:

第1章 概述 / 1
1.1 無線網絡架構和核心網的基本概念 / 1
1.2 無線網絡架構的演進路徑 / 2
1.2.1 2G / 2
1.2.2 3G / 4
1.2.3 4G / 5
1.2.4 5G / 8
1.3 5G網絡架構的部署模式 / 8
1.4 5G網絡架構的商業價值 / 10
1.5 5G網絡架構的標準協議地圖 / 11
參考文獻 / 12

第2章 為5G設計全新網絡架構的驅動力 / 15
2.1 業務驅動 / 16
2.1.1 簡介 / 16
2.1.2 增強型移動寬帶 / 17
2.1.3 超高可靠低時延通信 / 18
2.1.4 大規模的物聯網應用 / 19
2.1.5 小結 / 20
2.2 運營部署驅動 / 21
2.2.1 簡介 / 21
2.2.2 虛擬化/雲化 / 22
2.2.3 軟件定義網絡 / 23
2.2.4 智能化 / 24
2.2.5 多接入 / 25
2.2.6 小結 / 25
2.3 5G網絡架構的設計原則 / 26
2.3.1 簡介 / 26
2.3.2 功能模塊化 / 26
2.3.3 接口服務化 / 27
2.3.4 控制與轉發分離 / 27
2.3.5 接入無關 / 28
2.3.6 靈活錨點 / 29
2.3.7 小結 / 29
參考文獻 / 30

第3章 5G網絡架構的關鍵特性 / 31
3.1 5G網絡架構簡述 / 31
3.2 5G網絡架構基本特性一覽 / 38
3.2.1 移動性管理 / 38
3.2.2 會話管理 / 64
3.2.3 服務質量 / 76
3.2.4 策略控制架構 / 85
3.2.5 語音 / 100
3.2.6 融合組網以及互操作 / 106
3.3 服務化架構 / 115
3.3.1 簡介 / 115
3.3.2 服務化架構的重要概念 / 117
3.3.3 服務化架構的主要特徵 / 117
3.3.4 服務化架構的接口協議 / 122
3.3.5 小結 / 122
3.4 網絡切片 / 123
3.4.1 簡介 / 123
3.4.2 網絡切片的定義與標識 / 124
3.4.3 UE對網絡切片的支持 / 126
3.4.4 網絡切片的關鍵流程 / 127
3.4.5 小結 / 133
3.5 邊緣計算 / 133
3.5.1 簡介 / 133
3.5.2 邊緣計算的相關國際標準 / 135
3.5.3 5G網絡對邊緣計算的支持 / 136
3.5.4 小結 / 141
3.6 網絡智能化 / 141
3.6.1 簡介 / 141
3.6.2 網絡智能化的整體框架 / 142
3.6.3 網絡智能化的關鍵流程 / 144
3.6.4 NWDAF可提供的數據分析結果 / 151
3.6.5 小結 / 175
3.7 物聯網 / 176
3.7.1 簡介 / 176
3.7.2 NB-IoT / 176
3.7.3 5G支持物聯網的關鍵技術方案 / 178
3.7.4 小結 / 196
3.8 車聯網 / 196
3.8.1 簡介 / 196
3.8.2 C-V2X架構 / 198
3.8.3 Uu接口通信 / 200
3.8.4 PC5接口通信 / 205
3.8.5 小結 / 213
3.9 超高可靠低時延通信 / 213
3.9.1 簡介 / 213
3.9.2 超高可靠傳輸 / 214
3.9.3 PDB分解 / 218
3.9.4 QoS監測 / 218
3.9.5 小結 / 220
3.10 固定移動網絡融合 / 220
3.10.1 簡介 / 220
3.10.2 5G固移融合整體架構 / 221
3.10.3 5G固移融合關鍵特性 / 223
3.10.4 小結 / 251
3.11 安全 / 252
3.11.1 簡介 / 252
3.11.2 5G安全架構 / 252
3.11.3 5G安全關鍵特性 / 254
3.11.4 5G安全評估 / 259
3.11.5 小結 / 263
3.12 面向垂直行業的特性 / 263
3.12.1 5G LAN / 263
3.12.2 時間敏感通信 / 265
3.12.3 面向垂直行業的網絡部署 / 268
參考文獻 / 273

第4章 對5G網絡架構未來演進的展望 / 275
4.1 3GPP版本節奏 / 275
4.2 5G網絡架構的持續演進 / 276
4.2.1 簡介 / 276
4.2.2 邊緣計算 / 277
4.2.3 網絡智能化 / 278
4.2.4 多播廣播 / 279
4.2.5 終端直連 / 280
4.2.6 其他面向垂直行業的持續增強 / 280
4.2.7 小結 / 281
參考文獻 / 282

縮略語 / 283


章節試讀:


4G移動通信網絡自2010年開始在全球規模商用至今,成功地促進了移動互聯網的爆發式增長。各類依賴於智能手機和高速蜂窩連接的互聯網應用和創新層出不窮,從深層次改變了人們的生活方式。經過多年的發展,4G移動通信已取得了驚人的商業成功,成為人們生活不可或缺的通信基礎設施。截至2019年年底,中國的移動用戶總數已經超過16億,滲透率超過100%,全國4G基站總規模突破了430萬個。移動終端已逐漸成為人們接入互聯網的主要方式。移動通信的跨越式發展,也為各行各業向信息化、數字化和移動化轉型提供了全新的契機。在此基礎上,移動通信產業開始從4G向5G演進,5G網絡正在從理論走進現實,移動通信產業正在迎來又一次新的變革。
隨著移動寬帶的普及,用戶對移動網絡的業務體驗需求也在逐步提高。以4K/8K高清視頻、VR/AR、實時遊戲、在線商城、移動支付為代表的移動寬帶業務對於帶寬、時延和安全性的要求快速提升。在4G網絡的基礎上,5G網絡需要進一步提升通信帶寬,降低傳輸時延,為消費者提供更優質的移動寬帶業務體驗,為方興未艾的移動互聯網的蓬勃發展提供更為堅實的連接基礎,從而催生出更多新的移動業務和商業模式。
除此之外,5G網絡的觸角也在向垂直行業延伸。隨著行業數字化進程的推進,包括ICT、金融、零售、汽車、工廠、農業等各行業正在不斷地進行轉型。5G網絡承載著支
撐物聯網和行業數字化轉型的重任,社會普遍寄希望於5G網絡能夠為各行各業提供統一的連接能力,通過構建更為完善的面向公共通信和垂直行業通用的通信網絡架構,支撐行業的快速數字化轉型和業務創新。在網絡需求方面,有別於移動寬帶業務,很多垂直行業對於部分通信網絡的性能(如時延、可靠性和數據安全)的要求非常苛刻,這也為5G網絡的設計和部署帶來了全新的挑戰。
與此同時,以網絡虛擬化、雲計算、軟件定義網絡、網絡切片、邊緣計算、人工智能為代表的一系列ICT演進技術也在同一時期逐步成熟並形成初期部署。5G網絡所面臨的部署和運營環境正在發生革命性的變化,網元的虛擬化和分布式部署逐漸成為趨勢。5G網絡架構的設計,除了需要全面支持多種差異化業務,如增強移動寬帶、超高可靠低時延無線通信、海量物聯網連接等典型場景,同時需要考慮如何滿足新的部署環境對網絡的需求,以及如何支撐異系統(如4G/5G)共網聯合部署和降低運營複雜度的問題,其網絡架構的設計難度可想而知。
在業界的共同努力下,5G第一個標準化版本Rel-15於2018年6月順利發布,提供了5G基礎業務的支持能力。Rel-16計劃於2020年3月凍結,進一步增強了針對各類垂直行業的支持能力。5G網絡架構採用了模塊化、服務化、控制轉發分離、接入無關等新的設計理念,使得5G網絡架構相較於4G網絡架構更簡單、更靈活、更易於擴展,以便通過統一的網絡架構適配多種多樣的業務需求和部署場景。針對雲化部署和邊緣計算等更為複雜的部署場景,5G網絡架構設計了網元註冊發現、網絡切片、用戶面靈活路由等新的控制和轉發機制,以迎合未來移動網絡的演進趨勢。
早在2013年,工業和信息化部、國家發展和改革委員會和科學技術部聯合推動成立了旨在促進國內5G網絡研究的IMT-2020(5G)推進組,系統性地組織包括運營商、設備商、終端廠商和芯片廠商在內的上下游產業鏈,參與和推動新一代移動通信研究和標準化工作,並孵化了一系列豐碩的成果。華為積極與各運營商及產業夥伴就5G標準化展開合作,基於對移動通信網絡的設計和運營支撐經驗,始終圍繞業務需求和靈活部署、簡化運營的目標,設計通用的系統網絡架構和接口,為3GPP和ITU的5G標準化做出了積極的貢獻。其網絡架構的技術專家Frank Mademann自5G網絡架構研究項目立項之初,到Rel-15標準化完成的整個過程中承擔3GPP SA2網絡架構工作組主席的職責,以專業的技術水平和高效的組織能力保證了5G網絡架構的標準化順利完成。通過產業鏈的共同努力,5G網絡架構標準化工作取得了快速進展,在3GPP面向5G的第一個版本完成了5G非獨立組網和獨立組網架構的同期支持。
2019年6月,中國發布了5G運營牌照,正式啟動5G網絡的商業部署,其中多家運營商均計劃2020年商業化部署5G核心網以支持5G獨立組網業務的開通。這將是世界上最大規模的5G網絡部署,為中國在5G階段的產業創新和持續領先打下了堅實的基礎,也為世界各國的5G實踐提供了更多的借鑒。
本書圍繞5G網絡架構的演進,從基本概念入手,介紹了5G網絡架構的業務、部署驅動力及整體設計原則,重點論述了5G網絡架構各基礎特性及增強特性的實現原理和標準化方案,並對網絡架構的進一步演進進行了展望。本書的第一作者譚仕勇是中國IMT-2020(5G)推進組網絡技術組組長,其他作者均長期參與3GPP相關的研究和標準化工作,對於5G網絡架構標準化從最初的用例和需求確定,到基本方案確定和標準制定,以及後續演進趨勢都有著深刻的理解。本書的素材既有來自包括3GPP在內的各個標準組織的最新標準協議、技術文稿,也有作者對標準化過程中核心問題討論的總結。本書可以作為通信研究從業人員的參考資料,了解5G網絡架構標準化的來龍去脈及發展趨勢,也可以作為相關通信產品開發人員的參考和技術指導材料,還可以作為5G網絡核心網商用部署的特性選擇的參考文獻。
華為技術有限公司Fellow
華為無線標準專利部部長
3GPP標準專家
IMT-2020推進組專家
萬蕾
2020年1月

前 言
4G移動通信技術在商業上取得了巨大的成功,徹底宣告了移動互聯網時代的到來,已經改變了人們的生活。與此同時,新的需求也在不斷涌現,移動通信網絡又一次走到了升級換代的關口。數據流量迅猛增長,海量物聯初具規模,新型業務對實時性、可靠性又提出了更高的要求,如何改變社會成為了5G技術的歷史使命。如何滿足移動運營商和千行百業的差異化需求,構建萬物互聯的智能世界,對5G網絡架構的設計提出了巨大的挑戰。
早在2012年7月,國際電信聯盟無線電通信組就啟動了對2020年及以後的未來無線通信的研究。在2013年至2015年期間,包括中國、歐洲、韓國、日本和美國在內的諸多國家和地區相繼成立了5G推進組織,移動通信產業界、研究機構和高校都非常積極地投入到5G技術的研究當中,這為5G國際標準的制定打下了堅實的基礎。
2013年2月,我國在工業和信息化部、國家發展和改革委員會、科學技術部聯合推動下,在中國信息通信研究院的組織下,成立了IMT-2020(5G)推進組,這也是我國聚合移動通信領域產學研用力量、推動第五代移動通信技術研究、開展國際交流與合作的基礎工作平台。我非常榮幸地擔任了推進組下的網絡技術組的組長,負責組織協調國內5G網絡架構的技術研究、標準推動和測試規範制定等工作。在此後的數年中,與廣大的5G網絡架構研究和標準專家一起,見證了我國在“2G跟隨、3G突破、4G同步”之後,成功實現了“5G引領”。
3GPP是制定5G技術國際標準的核心組織,在2015年開始啟動5G網絡架構的相關研究,在2018年發布了首個5G國際標準版本,迎來了5G標準化的第一個里程碑,其中5G非獨立部署標準在2018年3月凍結,5G獨立部署版本在2018年6月凍結。到2019年6月,3GPP再次完成了第二個版本的網絡架構(Stage 2)標準制定工作,並將於2020年年初凍結第二個5G國際標準版本。非獨立部署標準目前已經在多個國家成功商用,5G獨立部署標準也已經確定將在2020年走進人們的生活,而IMT-2020是國際電信聯盟無線電通信組為5G的正式命名,也許這個數字上的巧合預示著5G技術將會助力人類社會進入一個新時代,構建萬物互聯的智能社會。
回到本書的主題,所謂架構,直觀樸素的理解是系統內各元素的劃分以及各元素之間的關聯關係。對無線網絡而言,架構就是無線通信系統中各網元的功能劃分以及各網元之間的接口定義。和無線空口技術不同,無線網絡架構的優劣很難通過仿真等技術手段進行量化評估,而評估的維度又很多,包括可擴展性、靈活性、複雜度、開放性、可靠性、安全性、易部署、易維護等。此外,現網中已經部署了成千上萬的網絡設備,這些設備不可能一下子全部升級或退網,因此每一代網絡架構的定義,都需要考慮現網設備的利舊,這是一個巨大的包袱,新一代網絡架構的設計必須在革命的顛覆創新與保守的平滑演進之間取得平衡,從而保障整個產業的商業成功。
本書基於最新的5G網絡架構國際標準,有Release15和Release16兩個版本,對5G網絡架構的設計思想和技術方案進行了全面而系統的介紹,包括對移動網絡架構演進歷史的回顧、定義5G網絡架構的驅動力介紹、5G架構的各種關鍵技術,以及對未來5G架構持續演進的技術走向判斷,系統闡釋了5G架構的方方面面。全書共4章,第1章介紹了無線網絡架構的概念、演進路徑、部署模式、商業價值和標準協議地圖。第2章對5G網絡架構設計的驅動力及基本設計原則進行了探討。第3章深入討論了5G網絡架構的整體設計以及主要的技術特性及方案,除移動性管理、會話管理、QoS和策略控制、語音及與4G互操作等基礎特性以外,還分析了服務化架構設計、網絡切片、邊緣計算、網絡智能化、物聯網、車聯網、超高可靠低時延通信、固定移動網絡融合等5G網絡特性。此外,第3章還介紹了5G網絡架構對於安全及垂直行業的支持能力。第4章對5G網絡架構後續的持續演進進行了展望。在創作本書的過程中,我們力圖基於國際標準,同時又不拘泥於此,嘗試剖析標準背後的商業和技術驅動力,融合3GPP標準制定過程中的洞察和思考,使讀者能夠知其然更知其所以然。
本書是集體智慧的結晶,離不開從事5G網絡架構標準研究的同行們多年的辛苦努力,離不開在工業和信息化部、中國信息通信研究院指導下,IMT-2020(5G)推進組網絡技術組各位專家的技術貢獻。謹以此書獻給為5G網絡架構做出貢獻的研究和標準專家,獻給IMT-2020(5G)推進組、廣大支持5G的運營商和各參與公司的專家們!
本書整個寫作團隊均來自華為公司5G網絡架構標準研究團隊,所有作者均全程參與了5G架構的國際標準制定。華為公司5G架構標準研究團隊是5G架構標準制定的領導者,是服務化架構、切片、控制面和用戶面分離、網絡智能化等重要技術的提出者和主導者,團隊成員中還包括3GPP SA2主席、3GPP CT全會主席等關鍵角色。除署名作者外,參與本書撰寫的還有:李濛、諸華林、孫海洋、周潤澤、黃正磊、崔洋、李歡等。此外,萬蕾、沈祖康、李岩、陳中平、楊艷梅、靳維生、吳榮、王遠、余芳、馬景旺、吳義壯、應江威、李赫、胡力、朱方園、李永翠、葛翠麗、崇衛微、辛陽和許勝鋒等對本書進行了審核校對,提出了寶貴的修改意見,在此一併致謝!
最後,對於本書中存在的不足之處,敬請讀者和專家批評指正。
譚仕勇
2020年1月3日

 
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