移动通信系统架构设计
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移动通信系统架构设计

  • 书  号:9787121495205
  • 出版日期:2025-03-01
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  • 出版状态:上市销售
  • 维护人:博文小编
移动通信系统架构设计》系统地介绍了移动通信系统架构的概念、构成与设计方法,揭示了任务变化驱动移动通信网络架构代际变革的总体规律,并以5G网络架构为例,详细阐述了5G服务化架构的提出与设计思路。进一步地,本书从新特性、新流程、新能力三个层面剖析了5G服务化架构的具体细节及应用场景。此外,本书还对6G网络架构的设计进行了展望,提出了全服务化的逻辑架构以及分布式自治的部署架构等,为6G的发展提供了有益的参考。
《移动通信系统架构设计》适合从事移动通信系统设计、研发及运维的工程技术人员,通信行业的管理者,以及高等院校通信工程和电子信息相关专业的师生阅读参考,同时也适合对移动通信技术及其未来发展感兴趣的普通读者
《移动通信系统架构设计》系统阐述了移动通信网络架构的概念、构成和设计方法,并以5G网络架构的系统设计为例进行了深度细致的阐述,帮助读者从理论到实践全面理解5G技术。本书作者团队长期致力于网络系统架构及关键技术的研究、标准制定、产业推进,提出了5G服务化架构并在3GPP牵头制定了5G网络架构标准,对系统架构的设计有着非常权威的见解。

全书以架构演进为主线,首次完整揭示了服务化架构的设计理念、技术实现与关键特性,是理解移动通信网络从“刚性连接”向“柔性服务”变革的核心读本。深度剖析了5G 网络为什么要服务化、如何服务化以及服务化架构中的原子服务拆解、服务编排、服务化接口等关键技术,并涵盖了网络切片、边缘计算等前沿能力的内容;前瞻性提出6G“三体四层五面”总体架构,展现在下一代通信技术中的创新布局。

对于通信工程师而言,本书提供可直接复用的架构设计方法论(如全局协同化、平台服务化);对于研究者而言,6G全服务化架构(HSBA)和分布式自治网络(DAN)的提出,为学术探索指明了方向;对于企业管理者而言,5G已赋能千行百业,深入理解5G技术架构可作为企业数字化转型的决策参考。

作为全球5G标准制定者的经验结晶,本书填补了服务化架构系统化方向的内容空白。中国工程院邬贺铨、张平两位院士为本书作序。无论是攻克5G部署难题,还是抢占6G技术高地,本书都是通信领域不可替代的经典读本。
王晓云,移动通信领域专家,博士,正高级工程师。中国移动通信集团首席科学家、总工程师。任国家科技重大专项“移动信息网络”副总师,工信部通信科学技术委员会副主任等。长期致力于超大规模网络的体系结构与交互机制研究,在我国TDD超大规模组网中解决多个关键工程科技问题,研究成果得到广泛应用并实现全球推广;先后主持3G(TD-SCDMA)、4G(TD-LTE)和5G网络创新工程;为助力我国移动通信跨越式发展做出突出贡献。获国家科学技术进步奖特等奖1项、一等奖2项、行业一等奖5项。获首届全国创新争先奖、中国青年科技奖,入选首批“新世纪百千万人才工程”。

段晓东,中国移动研究院副院长,正高级工程师,享受国务院政府特殊津贴,入选国家百千万人才工程,被授予国家有突出贡献中青年专家称号。长期从事信息通信网络技术创新工作,包括IPv6下一代互联网、移动通信网络架构、下一代网络、算力网络及新型智算等领域。科技创新成果显著,授权专利超过50项,获4项国家科技进步奖及20余项省部级科技奖励。

孙滔,博士,中国移动研究院主任研究员,集团级首席专家,正高级工程师。从事网络系统架构、算力网络等技术研究和标准化工作,中国通信学会会士,历任3GPP SA2、SA全会副主席。入选国家级人才计划、享受国务院政府特殊津贴,2019年被授予“最美奋斗者”称号。

陆璐,中国移动研究院基础网络技术研究所副所长,正高级工程师。担任CCSA TC5核心网组组长、ITU-T SG13 WP1副主席,长期从事移动通信网络、算力网络和下一代IP网络等方面的架构设计、关键技术攻关及标准推动工作,获中国通信学会科学技术奖一等奖等奖项。

刘超,中国移动研究院基础网络技术研究所主任研究员,高级工程师。主要从事移动通信网络架构设计及核心网关键技术研究、产业推进、技术试验和商用攻关等工作,发表论文14篇,申请专利90余件
自20世纪七八十年代以来,移动通信系统历经了五代演进。从1G到5G,每次技术跨越都伴随着任务需求的跃变,并驱动了移动通信系统架构(本书中也称为网络架构,二者不进行严格区分)的深刻变革。在1G和2G时代,移动通信网络主要面向语音通信,任务集中在提供基本的语音和短信服务;从3G到4G时代,数据业务成为主流需求,网络架构从电路域扩展到分组域,从单一的语音业务支持向宽带数据服务转变,以满足移动互联网发展的需求。到5G时代,移动通信的任务从个人互联网扩展至产业互联网,网络不再仅服务于个人用户,而是要支持智慧城市、工业互联网等多场景应用。此时,网络架构从4G基于固定连接的刚性架构转向了基于服务的柔性架构,以适应多样化、定制化的业务需求,实现更高的网络灵活性与效率。
可以预见的是,面对未来6G智能互联社会的复杂应用场景,任务需求将进一步跃迁。未来不仅需要超高速、超低时延和海量连接,还将承担支持全新的泛在智能任务的使命,实现海量智能体之间的自主协同和智能运算,推动通信与智能的深度融合。这一任务跃迁将驱动架构在服务化基础上进一步升级,向具备高度柔性、高度自治的方向演进。
中国科研技术人员在推动移动通信技术进步的过程中发挥了至关重要的作用。中国的移动通信产业在5G技术、标准、产品、网络和应用等方面均处于世界领先水平。特别是在国际标准化组织3GPP中,中国牵头制定了5G SA(独立组网)架构标准,首次实现了我国主导新一代移动通信系统架构的突破。中国还提出了服务化架构等一系列原创技术,提交了大量国际标准文稿,在5G网络国际标准化方面做出了重要贡献。截至2024年4月,中国已建成全球规模最大的5G网络,5G移动电话用户达到8.89亿户,占全球5G用户总数的52%以上,广泛赋能千行百业,行业应用覆盖国民经济97个大类中的67个。
展望未来,中国正加快6G技术研发与标准制定的步伐,致力于引领下一代移动通信技术的发展。2021年发布的《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》明确提出前瞻布局6G网络技术储备,将6G提升至国家战略高度。这展现了中国在全球科技竞争中的远见与决心。与此同时,以中国移动为代表的中国企业也积极参与国际6G标准的制定,主动发声并取得实质性进展。中国移动作为主报告人牵头了3GPP首个6G项目,为全球6G标准的制定贡献了中国智慧。
为了更好地总结和传播移动通信系统在架构方面的成果及进展,并为未来移动通信技术发展提供参考,本书应运而生。具体地说,本书的写作和出版有以下三个方面的目的:
首先,本书旨在系统介绍移动通信网络系统架构的概念、构成和设计方法,并以5G网络架构的系统设计为例,帮助读者从理论到实践全面理解5G技术,同时也为从事移动通信技术研究与实践的人员提供参考。
其次,信息技术领域发展日新月异。本书通过对5G技术的详尽描述和分析,以及对6G网络架构的进一步探讨,希望为6G架构的设计提供有价值的参考和铺垫。
最后,希望本书的出版能够激发广大读者对未来通信技术的探索热情。
本书共分8章,围绕移动通信系统架构这一核心议题展开。书中不仅归纳剖析了5G服务化架构的技术细节和应用情况,还对6G技术的新特点、新发展进行了深入分析和展望。第1章为导论部分,重点分析网络架构在移动通信系统中的关键作用,介绍了从1G到5G的技术演进路径及其对代际发展的推动作用,为后续章节奠定背景基础。
第2章围绕移动通信系统架构的核心概念展开,系统介绍架构的基本概念、分类以及常用设计方法,为后续章节的技术分析提供理论支撑。
第3章从系统论角度分析5G移动通信网络架构,通过研究其代际变革,归纳总结出网络架构的演进规律,为5G网络新架构的设计提供思路。
第4章聚焦5G服务化架构的总体设计,详细介绍层间软硬件解耦、软件功能重构与原子化拆分、原子服务的管理编排以及新型接口协议的设计等内容,并阐述了5G服务化架构的具体设计方案。
第5~7章分别从新特性、新流程、新能力三个层面对5G服务化架构进行更深层次的剖析,探讨移动性管理、网络智能化等新特性,注册管理、4G/5G互操作等新流程,以及V2X、网络切片等新能力。
第8章对6G网络架构进行展望,介绍6G的需求愿景、发展驱动力、网络架构设计理念、总体设计、全服务化的逻辑架构和分布式自治网络等内容。
本书由中国移动王晓云、段晓东、孙滔、陆璐、刘超组织编写,并由他们具体负责各章节的内容。此外,参与本书编写的人员还有:何继伟、施南翔、王丹、黄正磊、李琴、王楚天、韩琰、陈泽昊、孙慧晴、王时檬、胡玉双、史晓楠、张童、邵天竺、吴忠辉等。本书凝聚着中国移动的同事们多年来在研究与标准化工作中投入的心血,其成书得益于众多同人的共同努力和支持。
在本书的创作过程中,我们得到了许多人的帮助和支持,在此谨表感谢。特别感谢参与移动网络架构研究和标准化制定的一线技术人员,他们的专业知识和实践经验为本书的创作奠定了坚实基础。同时,感谢相关机构提供的资源支持,以及家人和朋友在创作过程中给予的理解和鼓励。最后,向所有为移动通信技术发展做出贡献的人士致敬,是他们的不懈努力推动了移动通信技术的持续进步。因作者水平有限,书中难免存在不足和错误之处,恳请各位读者批评、指正,提出宝贵意见和建议。
希望本书能让读者感受到通信系统的魅力,同时领略到移动通信系统架构之美。
作 者
2024年10月于北京

目录

第1章 导论 1
1.1 架构在移动通信系统中的作用 2
1.2 架构推动移动通信代际发展 6
第2章 概念、构成与设计方法 9
2.1 什么是架构 10
2.2 架构构成及关系 11
2.3 架构分类及关系 14
2.4 架构设计方法 16
2.4.1 全局协同化 16
2.4.2 平台化服务化 19
2.5 架构设计步骤及评估 21
2.5.1 架构的设计步骤 21
2.5.2 架构的建模与评估方法 22
第3章 5G网络新架构 29
3.1 系统论角度的移动通信网络架构 30
3.2 两次任务跃变驱动移动通信网络架构两次重大变革 31
3.3 5G时代任务的重大变化 38
3.4 5G服务化网络架构的提出 39
3.4.1 IT系统架构演进概述 39
3.4.2 5G网络新架构的设计思路 45
第4章 5G服务化架构总体设计 47
4.1 层间软硬件解耦 48
4.2 软件功能重构和原子化拆分 48
4.3 原子服务的管理编排 51
4.4 新型接口协议的设计 54
4.5 5G服务化架构具体设计 56
第5章 5G服务化架构新特性 66
5.1 移动性管理 67
5.1.1 接入控制 67
5.1.2 注册和连接管理 67
5.1.3 终端可达性和寻呼管理 69
5.2 会话管理 70
5.2.1 概述 70
5.2.2 会话生命周期管理 71
5.2.3 IP地址管理 72
5.2.4 会话和业务连续性管理 74
5.2.5 二次鉴权 76
5.2.6 ETSUN 77
5.3 QoS机制 78
5.3.1 5G QoS原理 78
5.3.2 5G QoS参数 81
5.3.3 5G QoS特性 84
5.3.4 标准化5QI到QoS特性映射 86
5.3.5 反射QoS 87
5.4 策略与计费控制 88
5.4.1 概述 88
5.4.2 策略控制 89
5.4.3 计费 91
5.5 系统间互操作 93
5.6 网络智能化 95
5.6.1 驱动 95
5.6.2 架构 96
5.6.3 关键技术 98
5.7 语音及消息服务 102
5.7.1 语音服务 102
5.7.2 消息服务 105
5.8 能力开放 106
5.8.1 能力开放架构 106
5.8.2 网络能力开放 107
5.9 统一用户数据架构 109
5.10 固定移动融合架构 110
5.11 多接入及流量疏导架构 111
第6章 5G服务化架构新流程 113
6.1 注册管理 114
6.1.1 基本注册请求 114
6.1.2 AMF重定向的注册请求 117
6.2 连接管理和寻呼 119
6.2.1 服务请求 119
6.2.2 寻呼 122
6.3 会话管理 124
6.3.1 会话建立流程 124
6.3.2 会话释放流程 127

6.4 系统内切换 130
6.4.1 Xn切换 130
6.4.2 N2切换 131
6.5 4G/5G互操作 135
6.5.1 基于互通接口的互操作方案 135
6.5.2 无互通接口的互操作方案 138
6.6 语音流程 140
6.6.1 新空口语音业务(VoNR) 140
6.6.2 演进分组系统的回落(EPS Fallback) 142
6.7 计费 146
第7章 5G服务化架构新能力 148
7.1 移动边缘计算 149
7.1.1 移动边缘计算提出背景 149
7.1.2 移动边缘计算的业务场景 152
7.1.3 移动边缘计算的架构 155
7.1.4 边缘业务的路由寻址 160
7.1.5 应用层影响的数据路由 164
7.2 网络切片 166
7.2.1 网络切片提出背景 166
7.2.2 网络切片的架构设计 167
7.2.3 网络切片管理 173
7.2.4 网络切片服务质量保障:SLA 176
7.3 5G局域网 180
7.3.1 背景 180
7.3.2 5G LAN标准关键技术 181
7.3.3 对网元的功能要求 185
7.3.4 应用案例 186
7.4 非公共网络(NPN) 186
7.4.1 行业专网需求 186
7.4.2 独立非公共网络 187
7.4.3 PLMN网络集成非公共网络 192
7.4.4 对网元功能要求 195
7.4.5 5G移动通信非公共网络概述 196
7.5 时间敏感网络(TSN) 197
7.5.1 行业需求 197
7.5.2 TSN起源 198
7.5.3 5G TSN标准关键技术 198
7.6 非地面网络(NTN) 211
7.6.1 研究背景 211
7.6.2 NTN标准进展 213
7.6.3 NTN网络关键技术 216
7.7 大规模机器类型通信(mMTC) 221
7.7.1 研究背景 221
7.7.2 mMTC的关键技术 221
7.8 车联万物 227
7.8.1 研究背景 227
7.8.2 车联网典型场景及研究现状 229
7.8.3 车联网的网络关键技术 230
7.9 无人机 236
7.9.1 研究背景 236
7.9.2 无人机场景研究现状 238
7.9.3 无人机控制相关关键技术 238
7.10 近场通信 241
7.10.1 研究背景 241
7.10.2 邻近服务关键技术 241
第8章 6G网络架构展望 245
8.1 6G网络架构发展的驱动力 246
8.1.1 新战略驱动 246
8.1.2 新场景新需求驱动 247
8.1.3 新技术融合驱动 248
8.1.4 现网部署的启示 249
8.1.5 5G-A发展的启示 250
8.2 6G网络架构设计理念 251
8.3 6G网络架构总体设计 252
8.3.1 6G网络架构全视图 252
8.3.2 “三体四层五面”总体架构 254
8.4 全服务化的逻辑架构:HSBA 262
8.4.1 核心特征 262
8.4.2 服务化架构的拓展 264
8.5 分布式自治的组网架构:DAN 267
8.5.1 核心特征 267
8.5.2 DAN架构设计 268
8.5.3 分布式微云单元 270

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