内容简介

新型的网络架构需要满足千倍流量增长、降低时延、海量设备连接的网络发展需要，支持网络管理的自动化、网络资源的虚拟化和网络控制的集中化。本书根据未来5G网络业务和运营部署的需求，以及技术发展的趋势，重点介绍软件定义网络、网络功能虚拟化、内容存储和分发、以及未来5G的蜂窝SDN架构下如何实现控制与转发分离、接入网和核心网融合、异构网络间无线资源协调管理、网络虚拟化、网络能力开放等，使得5G网络具有可编程性、灵活性和可扩展性，最终达到以用户为中心的服务目标。

作者简介

　　　　杨峰义，中国电信股份有限公司技术创新中心副主任、教授级高级工程师，"新一代宽带无线移动通信网”国家科技重大专项总体专家组专家，国家高技术研究发展计划（"863”计划）5G专家组专家，中国通信标准化协会无线技术委员会副主席，中国通信学会无线及移动通信委员会委员，长期工作在移动通信领域。因中国第三代移动通信研究开发项目获2003年国家科技进步二等奖，并数次获得邮电部、信息产业部和中国电信科技进步奖，发表学术论文数十篇，撰写涉及第三代、第四代移动通信领域的学术专著6部，及ITU-R关于数字选呼系统的国际标准译著1部。

目录

第1章 Chapter 1
5G网络业务需求 1
1．1 移动通信发展近况和5G国际研究情况 2
1．1．1 移动通信发展近况 2
1．1．2 5G国际研究情况 4
1．2 5G业务需求、应用场景与性能指标 5
1．2．1 5G业务需求 5
1．2．2 5G应用场景与性能目标 6
1．3 5G网络建设部署及运营维护需求 9
1．3．1 5G网络建设部署需求 9
1．3．2 5G网络运营维护需求 9
1．4 5G网络架构特征分析 10
1．4．1 更高数据流量和用户体验 10
1．4．2 更低时延 14
1．4．3 海量终端连接 15
1．4．4 更低成本 16
1．4．5 更高能效 17
1．4．6 5G网络架构特征总结 18
1．5 参考文献 19

第2章 Chapter 2
软件定义网络 23
2．1 SDN概述 24
2．2 SDN标准研究进展 25
2．2．1 ONF标准化进展 26
2．2．2 IETF相关工作进展 27
2．2．3 ITU-T相关工作进展 28
2．2．4 CCSA相关工作进展 29
2．3 SDN架构、接口、协议 30
2．3．1 SDN架构和接口 31
2．3．2 OpenFlow协议 32
2．3．3 OF-CONFIG协议 39
2．4 SDN的应用场景 43
2．5 SDN在移动通信中的应用 44
2．5．1 SDN在核心网中的应用 44
2．5．2 SDN在无线接入网中的应用 46
2．5．3 SDN应用于移动通信中的挑战 48
2．6 参考文献 49

第3章 Chapter 3
网络功能虚拟化 51
3．1 虚拟化概述 52
3．2 网络虚拟化概述 53
3．2．1 网络虚拟化定义 53
3．2．2 网络虚拟化技术 55
3．2．3 国际上网络虚拟化研究项目 57
3．2．4 无线网络虚拟化 58
3．3 网络功能虚拟化概述 60
3．4 NFV标准研究进展 61
3．5 NFV架构、接口、协议 63
3．5．1 NFV架构 63
3．5．2 NFV接口协议 66
3．6 NFV的应用场景与挑战 68
3．6．1 NFV在移动通信中应用 69
3．6．2 NS扩缩容 70
3．6．3 VNF扩缩容 74
3．6．4 NFV在内容分发网络中的应用 76
3．6．5 NFV面临的挑战 76
3．7 SDN和NFV的关系 77
3．8 参考文献 78

第4章 Chapter 4
5G网络架构 81
4．1 欧洲METIS 5G架构 82
4．1．1 网络功能架构 83
4．1．2 网络逻辑编排和控制架构 85
4．1．3 拓扑和功能部署架构 87
4．1．4 4G和5G架构比较 90
4．2 日本5G架构 90
4．3 韩国5G架构 92
4．4 北美5G生态系统架构 94
4．5 NGMN 5G架构 95
4．5．1 5G设计原则 96
4．5．2 5G架构 98
4．5．3 网络切片 100
4．5．4 5G系统组件 101
4．6 中国IMT-2020（5G）网络架构 102
4．6．1 三朵云概念架构 102
4．6．2 系统参考架构 107
4．6．3 部署架构示例 109
4．7 总结及展望 114
4．8 参考文献 115

第5章 Chapter 5
5G网络控制云 117
5．1 4G网络控制面 118
5．1．1 概述 118
5．1．2 网元控制功能 118
5．1．3 控制面接口协议 121
5．1．4 4G网络控制面小结 124
5．2 5G网络控制云 124
5．2．1 控制与转发分离 125
5．2．2 网络控制功能重构 127
5．2．3 典型控制功能模块 128
5．2．4 5G网络控制云小结 134
5．3 参考文献 134

第6章 Chapter 6
5G智能无线网络S-RAN 135
6．1 功能与性能要求 136
6．1．1 性能需求 137
6．1．2 功能需求 140
6．2 5G无线网络关键技术 144
6．2．1 关键技术与网络性能 144
6．2．2 5G无线网络关键技术 144
6．3 5G智能无线网络 161
6．3．1 5G无线网络设计原则 162
6．3．2 5G无线网络逻辑架构 163
6．3．3 5G无线网络部署架构 166
6．4 典型场景下5G智能无线网络 169
6．4．1 热点高容量场景下5G智能无线网络 169
6．4．2 低时延高可靠场景下5G智能无线网络 174
6．5 参考文献 178

第7章 Chapter 7
数据转发网 179
7．1 移动网络数据转发现状分析 180
7．1．1 当前移动数据转发网络架构 180
7．1．2 基于现有3GPP架构的数据转发改进方案 184
7．2 5G网络对数据转发的要求 194
7．3 5G网络数据转发设计方案 195
7．3．1 承载与控制分离的架构 195
7．3．2 业务链管理与核心转发功能的融合 200
7．3．3 基于虚拟化平台的模块化的业务链统一管理 201
7．3．4 转发面下沉的部署方案 202
7．4 本章小结 205
7．5 参考文献 205

第8章 Chapter 8
移动边缘计算 209
8．1 概述 210
8．1．1 趋势与市场驱动力 210
8．1．2 移动基站的演进方向 211
8．1．3 商业价值 212
8．2 应用案例 213
8．3 技术标准发展情况 216
8．4 部署场景 216
8．5 MEC架构 217
8．5．1 MEC应用平台服务 218
8．5．2 MEC应用平台管理接口 219
8．6 关键技术 220
8．6．1 云计算和虚拟化 220
8．6．2 高性能标准服务器 221
8．6．3 应用程序和业务生态系统的实现 221
8．7 技术挑战和需求 221
8．7．1 网络集成 221
8．7．2 应用程序的可移植性 221
8．7．3 安全 222
8．7．4 性能 222
8．7．5 弹性 223
8．7．6 操作 223
8．8 本章小结 223
8．9 参考文献 224

第9章 Chapter 7
网络能力开放 225
9．1 能力开放概述 226
9．1．1 基本概念 226
9．1．2 电信业务能力开放 226
9．1．3 能力开放的价值 229
9．2 发展现状及应用情况 230
9．2．1 能力开放平台 230
9．2．2 标准化情况 232
9．2．3 现网应用 240
9．3 下一代网络能力开放的典型场景和关键技术 243
9．3．1 5G能力开放概述 243
9．3．2 典型场景 244
9．3．3 METIS能力开放平台架构 247
9．3．4 5G网络能力开放平台架构 249
9．3．5 关键技术 251
9．4 参考文献 252

前言/序言

5G技术丛书专家委员会

专家委员会主任

邬贺铨：中国工程院院士，IMT-2020（5G）推进组顾问

专家委员会副主任

刘韵洁：中国工程院院士，中国联合网络通信集团有限公司

丛书特别顾问

张乃通：中国工程院院士，哈尔滨工业大学

专家委员会委员

曹淑敏：IMT-2020（5G）推进组组长，中国信息通信研究院原院长

张新生：中国通信学会副理事长，未来移动通信论坛常务副理事长

侯自强（中国科学院声学研究所）

王晓云（中国移动通信集团公司）

毕 奇（中国电信股份有限公司）

赵先明（中兴通讯有限公司）

佟 文（华为技术有限公司）

陈山枝（大唐电信科技产业集团）

张 平（北京邮电大学）

尤肖虎（东南大学）

李少谦（电子科技大学）

王 京（清华大学）

李建东（西安电子科技大学）

5G技术丛书编审委员会

编审委员会主任

杨 旸（中国科学院上海微系统与信息技术研究所）

编审委员会委员

杨峰义（中国电信股份有限公司）

王映民（大唐电信科技产业集团）

陶小峰（北京邮电大学）

张钦宇（哈尔滨工业大学）

金 石（东南大学）

季新生（解放军信息工程大学）

李云洲（清华大学）

葛晓虎（华中科技大学）

武 刚（电子科技大学）

王海明（东南大学）

徐 景（上海无线通信研究中心）

邬贺铨院士之序

电子工业出版社从我国大力推动第五代移动通信系统（IMT-2020，又称5G）研究的背景出发，通过充分调研和认真组织，策划出版“5G技术”丛书，以期及时总结、深入分析和充分反映我国在新的无线通信国际标准制定过程中的最新进展。丛书将按照5G关键技术和5G系统设计与应用两个层面分成两卷，“关键技术卷”各分册主要从理论和技术层面对5G关键候选技术进行具体详实的分析和介绍，“系统设计与应用卷”各分册主要从系统和应用层面对5G总体架构以及关键方法的评估和应用进行深入分析和描述，各分册的作者都是国内活跃在相关研究领域的优秀中青年科研工作者，具有较强的理论研究积累和实践经验，目前又都承担了与5G有关的国家重大专项和“863计划”等项目。很高兴看到这批优秀的中青年科研工作者在参与科研工作的同时，积极参加编写这套高新技术丛书。

从出版社和著作者提供的样书看出，丛书以及每本书的结构都是经过仔细斟酌的，逻辑清晰、内容全面、观点鲜明、创新性强，内容充分反映了我国在新一代移动通信国际标准探索和技术开发中的最新成果，可供国内外的同行参考，将促进我国对国际5G标准制定的贡献。相信本套丛书的出版发行，将会推动我国移动通信技术的自主创新和产业发展。

邬贺铨

2016年8月

刘韵洁院士之序

面向2020年及未来，移动通信技术和产业将迈入第五代移动通信（5G）的发展阶段。5G将满足人们的超高业务吞吐量、超高连接数密度、超高移动速度和超可靠低时延的广泛应用需求，大幅改善提升通信网络频谱效率、能量效率与成本效率，拓展移动通信产业的发展空间。更为重要的是，5G将渗透到物联网和传统产业领域，与工业设施、医疗仪器、交通工具等深度融合，全面实现“万物互联”，有效满足工业、医疗、交通等垂直行业的信息化服务需要。

在2016年7月15日，美国政府宣布推出4亿美元的先进无线研究计划（Advanced Wireless Research Initiative），由美国国家科学基金会牵头实施，将部署四个城市规模的5G实验测试平台，推动面向未来无线通信的基础理论和关键技术研究。我国工信部、发改委、科技部联合成立了“IMT-2020推进组”，汇聚产、学、研、用各方力量，引领规划和重点推动5G关键技术研发，充分支持我国优势电信企业和研究院所在新一代移动通信国际标准制定过程中掌控影响力和话语权。

随着5G研发和标准化工作的快速深入展开，急需一套全面论述5G基础理论、关键技术和应用架构的系列书籍，电子工业出版社提前预见这一技术发展趋势和重要产业需求，有效组织国家IMT-2020推进组、国家03科技重大专项和国家“863计划”5G前期研发项目等的主要承担单位和优秀科技工作者，成功策划了这套5G技术丛书，及时总结和深入分析了最新5G技术的理论基础、体系架构、系统设计、测试评估、应用实现等多个方面的最新进展和研发挑战，相信这套丛书的丰富理论成果和实践经验能够帮助和培养新一代移动通信科技工作者，有效推进和巩固我国在5G国际标准化进程中的领导地位。

刘韵洁

2016年9月

张乃通院士之序

移动通信的发展不仅深刻改变了人们的生活方式，且已成为推动国民经济发展、提升社会信息化水平的重要引擎。移动互联网关键技术和基础设施的发展是“中国制造2025”、“互联网+”战略的基础和保障。当前，面向2020年及未来的第五代移动通信（5G）已成为全球研发热点。为占领信息领域国际领先地位、掌握产业发展话语权，国家工信部、发改委、科技部成立“IMT-2020推进组”，组织我国产、学、研、用各方力量，推动5G技术研究，以期在新的无线通信国际标准制定中掌握话语权和主导权，推动技术创新发展战略，为自主可控的信息网络提供基础设施保障。目前，我国的5G研发工作已走在国际前列。

电子工业出版社以此为背景，提出5G技术丛书的出版计划，组织国家IMT-2020推进组的主要参与单位，承担或参与国家“863计划”5G系统研究开发先期研究重大项目的单位，选择在国家重大科技专项中承担5G相关项目研发工作的中青年科技工作者作为丛书编著团队，编著这套丛书。丛书分为两卷：

（1）“关键技术卷”，从理论和技术层面对5G关键技术进行全面深入的分析，系统总结近年来我国在面向IMT-2020（5G）研发方面所取得的进展。

（2）“系统设计与应用卷”，从系统应用层面对5G总体架构、传输性能评估和应用等方面进行阐述，具有系统创新特色和理论联系实际的效果，符合当前开展IMT-2020研究与工程的需求。

IMT-2020推进组当前为了更加广泛与深入的开展研发工作，急需一套从理论技术到应用的丛书，相信本套丛书的丰富内容和先进成果能够有效促进完成IMT-2020推进组的既定目标。

张乃通

2016年11月

尤肖虎教授之序

从2009年开始，全球掀起4G建设热潮，截至2015年底，全球4G用户数已达到10.5亿，中国4G用户数到达3.86亿，4G在网用户人均月度使用流量突破了200MB，运营商从原本以语音为主的运营，逐步转向以数据为主的流量运营，同时极大地激活了移动互联网。

2012年底，欧盟启动了全球首个5G研究项目METIS。2013年，国际电联正式启动了5G标准研究工作，开展5G需求、频谱及技术趋势的研究工作，计划2016年完成技术评估方法研究，2018年完成IMT-2020标准征集，2020年最终确定5G标准。 3GPP作为国际移动通信的标准化组织，于2015年确定了5G研究计划，2016～2017年完成5G技术方案研究阶段，2018～2019年完成5G技术规范制定。我国“863计划”于2014年启动了5G技术研究项目，系统研究5G领域的关键技术，包括无线网络架构、大规模天线、超密集无线网络、软基站试验平台、无线网络虚拟化、毫米波室内无线接入和评估与测试验证。与“863计划”5G相衔接，国家科技重大专项5G相关研发课题的目标是面向国际标准，鼓励我国产学研联合开展研发，由企业推动创新成果纳入IMT-2020国际标准中。进一步，我国已将“积极推进第五代移动通信（5G）和超宽带关键技术研究，启动5G商用”写入 “十三五”规划中。

5G的主要应用为移动宽带、物联网和工业互联网，旨在成为未来社会的信息基础设施。5G将引入新型传输技术提高频谱利用率和支持高频段使用；同时以网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）和软件定义网络（Software Defined Network，SDN）为主要手段，构建控制与转发分离和控制集中的网络架构，实现网络资源的灵活编排和部署；通过新型波形、新多址和新帧结构等技术，从而为海量物联网设备提供低功耗与深度覆盖，为工业无线通信等应用提供高可靠低时延的连接。

本套丛书内容涉及5G系统的最新理论研究成果和关键技术评估，具体包括5G网络架构、无线传输、超密集网络、大规模多天线、能效和频谱优化、仿真与测试等多个方面的研究成果和技术趋势，作者来自于电信运营商、设备研制企业和科研院所，内容和视角全面完整，注重理论分析与实际应用相结合，具有很好的时效性和参考价值。本丛书适合高等院校通信信息、电子工程及相关专业的高年级本科生和研究生，以及无线通信领域的专业工程技术人员。

尤肖虎

2016年9月

前 言

2012年9月，欧盟在第七框架计划FP7下启动了面向5G研究的5G NOW（5th Generation Non-Orthogonal Waveforms for Asynchronous Signalling）研究课题，拉开了全球5G研究的序幕。同年11月，同样在第七框架计划下，欧盟正式启动了名为METIS（Mobile and Wireless Communications Enablers for the Twenty-Twenty Information Society）的5G研究项目，并在2014年1月推出了5G PPP（5G Public-Private Partnership）计划，旨在推动5G技术研究，促进5G在2020年前后投入商用。

2013年2月，由国家科学技术部、国家工业和信息化部、国家发展和改革委员会三部委联合组织成立了中国IMT-2020（5G）推进组，旨在打造聚合中国产学研用力量、推动中国5G技术研究和国际交流与合作的主要平台。与此同时，国家高技术研究发展计划（“863 5G网络架构 电子书 下载 mobi epub pdf txt

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