為了滿足巨流量、大鏈接、超低時延等5G組網性能需求，針對廣覆蓋和高容量設計的傳統無線接入網絡架構亟需演進。

本文首先結合5G愿景與需求，闡明了5G接入網絡架構的特點和重要性；然后從學術界和產業界兩個角度詳細介紹了5G接入網絡架構的設計原理和具體組成，分析了優點和不足；最后，探討了接入網絡架構的挑戰和未來的可能發展方向。

1、引言

5G移動網絡時代的日益靠近，使得全球產業界和學術界團體加速對于5G網絡架構的研究，盡早推出5G第一個商業版本。3GPP早在2016年就公布了5G的兩種網絡架構：獨立組網，即接入網絡僅包括新空口或evolved E-UTRA；非獨立組網，接入網絡中新空口與evolved E-UTRA共存。并于2018年6月完成了5G NR R15的第二個版本，同時展開了R16版本標準化工作，這極大地提升了業界對于5G的信心，對5G的后續標準推進和產業發展產生了重大影響。

2、5G網絡愿景與架構特點

2.1 5G需求與挑戰

隨著物聯網、車聯網等技術的蓬勃發展，網絡中的接入終端種類與數量不斷增長，5G無線網絡將實現真正的“萬物互聯”。預計到2030年，全球移動通信設備總數將達到1000億量級，移動數據流量相較2010年增長約20000倍。移動網絡中的數據流量呈現分布不均勻，隨時間、地點和應用變化多樣的特點，為網絡傳輸帶來了巨大的壓力。另一方面，未來移動通信網絡中出現了許多新興業務，既包含小數據分組服務（如低數據速率的機器通信和實時遠程控制），又包含豐富的內容服務（如高清視頻、增強現實和在線游戲）。5G劃分出了3種業務類型以應對多樣化業務服務的差異化性能指標帶來的挑戰，如下所示。

（1）eMBB

主要包括車站、體育場等超密集區域的巨大數據流量的熱點高容量場景。該類場景下性能需求包括1 Gbit/s用戶體驗速率、數十Gbit/s峰值速率和數十Tbit/（s·平方公里）的流量密度，網絡的流量過載使得現網的流量傳輸方法面臨嚴峻挑戰。此外，eMBB還包括需要保證用戶在高移動性情況下的業務連續性的連續廣域覆蓋場景，挑戰在于隨時隨地為用戶提供100 Mbit/s以上的用戶體驗速率，保證業務的連續性與網絡的基本服務能力。

（2）uRLLC

主要面向對時延和可靠性具有極高指標需求的應用，例如車聯網、工業控制等低時延高可靠場景，需要網絡為用戶提供毫秒級的端到端時延和接近100%的業務可靠性保證，這與4G網絡百毫秒級的端到端時延和業務中斷時間相距甚遠，要求5G網絡針對更高的可靠性與更低的時延要求提出關鍵的使能技術。

（3）mMTC

主要應用于機器間通信，以傳感器為主，包括智能城市、森林防火和可穿戴設備等低功率大連接場景，滿足接入設備數量巨大且功耗極低的需求，預期達到100萬/平方公里的連接數密度的性能指標。海量的連接數使得網絡的控制面負載急劇增加，信令擁塞將是亟待解決的問題。

為了靈活地支撐多樣化的業務服務，滿足不同應用場景下的性能指標需求，未來移動網絡需要具備網絡功能和操作管理的多樣性，能夠智能感知用戶需求，對網絡功能進行簡化、重構和編排，提供高效靈活的網絡控制和轉發功能，實現不同用戶場景、商業模型下各種應用的使用。同時，為方便實現接入網拓撲的部署和維護，5G網絡還需要能夠提供按需定制服務，開放網絡能力以提供靈活的業務部署環境，在滿足差異化業務需求的同時，提升網絡服務價值，以實現更友好的網絡生態。

除了性能需求帶來的挑戰，網絡效率需求，如頻譜效率、能量效率和成本效率也將是5G重點關注的效率因素，二者共同定義了5G的關鍵能力。在5G中，網絡需要實現超百倍的能量效率提升和比特成本降低以及5-15倍的頻譜效率的提升，以保證5G的可持續發展。除了網絡性能和效率以外，移動通信網絡還面臨著感知和開放能力不足的挑戰。當前移動通信網絡缺乏對用戶和業務感知能力，有限的網絡開放能力無法實現網絡資源與業務需求的友好對接，不利于業務體驗的改善和網絡運營效率的提升。網絡中日益增長的終端設備數量大幅提升了運維成本，降低了運維效率。網絡運行過程中會源源不斷地產生海量數據，海量數據尚未得到充分利用，造成了數據價值的浪費。5G通信網絡需要充分利用網絡運行過程中產生的大量數據降低網絡建設成本，提升網絡運營水平，提供更加智能的網絡運營能力。

2.2 網絡架構特征

和以往的網絡不同，5G網絡將不只是網絡的演進提升，更會帶來革命性的改變。5G網絡除了各方面性能的提升，網絡架構也將引入許多新的特征。

（1）面向虛擬化網絡的NFV/SDN

NFV的引入將5G網絡構建成一個虛擬化的網絡環境，差異化的軟件功能經過虛擬化后運行在相同的硬件設備上，不同網絡功能將共享硬件的計算、存儲與通信資源。SDN的引入則使得網絡的可編排性得到提升，分離網絡的數據與控制面。有文獻在介紹了歐洲電信標準化協會（ETSI）組織關于NFV技術的研究以及開放網絡基金會（ONF）組織關于SDN技術的研究后，以核心網為例，進一步探討了二者與5G核心網絡的有效結合。有文獻則研究了NFV/SDN在回傳網絡上的應用，提出了一種光纖與無線網絡融合的5G-Xhaul架構，并實現靈活的網絡功能分割。

（2）面向多樣化服務的網絡切片

針對不同的服務需求和性能指標，網絡被劃分成網絡功能實體的邏輯組合，被切片后的網絡，即網絡切片用于為目標用戶和終端提供指定的服務。有文獻在總結現網應對5G服務時的不足后，提出一種面向服務的網絡用戶面編排架構。有文獻則將網絡切片的概念進一步提升，加強網絡的開放程度，提出“Anything as a Service”，通過快速靈活地調度網絡資源，實現服務的動態創建與管理。

（3）面向多維度資源融合的云霧協同

以往的分層異構和云無線接入等網絡，受限于集中式的云處理網絡架構，性能難以滿足5G多樣化的通信需求。利用邊緣節點計算存儲和信號處理功能，將霧作為云的協同部分，能夠實現集中分布自適應的高效組網。有文獻提出云霧協同架構，將不同服務解析成服務功能鏈，服務功能鏈由云霧中的網絡功能和多維度資源部署實現。類似地，有文獻提出將網絡的多維資源虛擬化，通過靈活分層與編排構成云霧，滿足5G需求。