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5G

5G:“引领”的魔力与魅力

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“根据定位,故障点应在2号和3号环网柜间的电缆线路上。请立即派人检查现场设备。”2月20日,眉山电网调度控制中心配网调度班员工黄雷根据5G配网差动保护装置传回的电气量比对信息,确认了10千伏金岛线出现故障的位置,并向运检人员发出相关指令。眉山电网是川西水电汇集送至成都负荷中心的重要枢纽,随着水电、风电、光伏电源等多种新能源分散性地接入国家电网,配电网络的稳定性受到考验。

5G为何用在配电网络中?专家告诉记者,配网差动保护业务通过比较同一时刻相邻配电柜的电流值,判断输电线路是否正常运行,并能实现故障的快速定位和隔离,以保证配电网的安全、稳定性。差动保护装置对于网络时延及时间同步精度要求很高,以前只有光纤能够满足需求,而敷设光纤成本高、难度大、灵活性低;相较来说,5G方案更理想,低时延、高可靠、广覆盖,而且5G基站能够实现微秒级的时间同步,可以满足规模部署差动保护业务的需求。

“电网公司不必沿着自己的输电线再建一个专用网络,可以利用现成的5G网,通过网络切片技术,按照电网的需求分配相应的网络资源,达到和专网同样的效果,而且明显降低电力系统的投资。”3GPP CT4工作组副主席、中国移动研究院5G专家宋月告诉《中国电子报》记者,“这也是我们当初在国际标准组织3GPP中提出5G SA服务化网络架构的初衷。”

根据工信部数据,截至2022年4月底,有5000多个5G行业项目在落地和规模商用,一个个工厂、港口、电网、矿山正在被5G改变,眉山电网仅是其中一例。这些行业应用的基础是中国161.5万个5G基站,占全球5G基站的60%以上;是4.1亿5G网络用户,占全球5G用户70%以上。

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数据来源:工信部

运营商提交5G架构方案

5G网络与4G网络最大的不同在于5G在设计之初目标就定为深耕To B市场,实现万物互联。To B市场的业务模式跟之前运营商熟悉的To C市场是完全不同的。在电信消费市场,运营商来决定服务的特点,而To B市场玩法就完全反转,每一个垂直行业,甚至同一个垂直行业不同企业的内部生产流程也不尽相同,对于行业和企业的需求、痛点,运营商欠缺了解。所以5G网络所要提供的通信服务要具备灵活性,可以根据不同的行业甚至不同的企业而有所变化。

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全球首个5G全场景应用智慧港口实现无人操作

基于这种认识,2015年10月,中国移动研究院孙滔代表中国移动向国际标准组织3GPP提交了一整套5G架构提案,包括概要设计原则、思路、计划、组织方式,是当时最具系统性的网络方案,这也是5G SA架构的开始。此后,宋月继续代表中国移动在3GPP牵头SA架构的详细设计工作,确保服务化架构真正落地实现。5G服务化架构这一概念开始只有少量国内公司支持,国外公司都在观望,在国际标准会议的间隙,中国移动的代表穿梭在各公司代表间展开游说。经过长期焦灼的讨论,最后中国移动的立项获得通过。

在5G标准中,中国移动提出的服务化网络架构,是3GPP中首次由一家运营商提出的网络系统架构并牵头详细设计,而此前相关工作都是由通信设备大厂来完成的。

中国在3GPP上提出的第一个标准,是由电信设备商原大唐电信集团提出的3G TD-SCDMA标准。在4G LTE时期,华为、中兴、大唐、烽火等企业都参与了国际标准的制定。在通信领域,设备商的技术能力一直强于运营商。而中国移动一直有清醒的认识,强调运营商也要深耕技术、掌握技术的发展趋势。在推动和使用TDD技术提供运营服务中,中国移动从运营TD-SCDMA的“全球唯一”到运营TD-LTE进入主流,更迫使中国移动必须深入了解技术,以掌握发展主动权。

同时,经过3G和4G时期在国际标准组织的学习和淬炼,中国逐步形成了从标准化到产业化的系统性的发展思路,因此从运营商、设备商到终端企业,在参与国际标准的制定中越来越有自信。

5G新架构颠覆传统网络

中国移动提出的5G服务化架构提供的能力,如切片网络、边缘计算等,今天看来已经比较普遍,但在当时对通信行业的震动是很大的。从2G到4G,网络架构整体结构比较固化、不灵活,其中任何一个模块跟周边模块的通信流程都是严格定义的,任何一个模块进行某一种功能的升级,不可避免都会涉及周边网元(Network Element)的联动性升级。要把这样固定的网络转变为可以根据不同的垂直行业需求,能够做灵活调整的网络,就必须在网络的构架上进行颠覆性变革。

“在这种情况下,5G要求网元之间的耦合性不能那么高,甚至一个网元内部不同的功能模块之间,也不要有太强的耦合关系。”宋月说。“新的架构把大家从很熟悉的网络架构带到一种‘打散’的架构中,把熟悉的网元切成很多服务,网元之间的接口也不做绑定的设计,这些都是让业内同行感到顾虑的地方,IT圈的东西能不能在电信圈用起来,大家在网络架构上讨论了很长时间。”

如果用玩具来比喻,以前的网络,像是拼七巧板,七块板的形状是固定的,七块板拼成长方形的拼合方式也是相对固定的。而5G网络的目标则是把网络功能的每一部分分得更小一些,类似于乐高玩具那样,形成“原子化”的模块。这些解藕分离出来的“原子化”模块有一个共同的特点,就是可以当作独立的服务并灵活组合给To B用户提供业务。这也是5G服务型架构的要义所在,行业用户可以在这些服务中挑选自己需要的“原子化”的服务,灵活定制自己的网络。

熟悉亚马逊AWS的人会看到这种5G核心网架构与AWS微服务的相似之处。没错,5G核心网正是借鉴互联网企业做云服务的经验,向微服务的方向发展。通信技术与IT技术融合正是大势所趋,利用IT技术,运营商也可以在统一的服务器上,通过软件搭建出一个个灵活多变的业务,与传统的通信网络架构相比,5G SA的架构更加简单、灵活,能够支持更多的服务类型。

中国移动5G标准化团队一方面反复分析、仿真,并把结果分享给业界伙伴;另一方面,他们也和多个设备商的产品开发团队探讨产品实现。经过半年多的拉锯,在2017年5月的3GPP会议上,服务化架构作为5G核心网的唯一基础架构,获得现场全体国际运营商和主流设备商的支持。

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2018年6月,5G 第一个完整的标准版本制定工作完成后的现场大合影

从一纸标准到落地生根

服务化架构虽然不是技术原创性的架构,但是以IT技术思想对CT网络进行再造,却是一个艰苦的过程。

在5G SA架构确定之后,一些更具体的技术细节涌现出来,例如核心网的接口协议用哪一种。在“打散”的架构中,接口协议变得更重要了,用传统的通信协议还是采用IT协议?“IT技术采用的是HTTP协议,这种方式灵活,所以中国移动也在推动适合服务化架构的HTTP协议作为5G核心网的接口协议。”宋月所在的CT4组正是负责核心网的接口协议。运营商Orange则提出希望仍然用原来熟悉的电信协议,甚至通过GSMA向3GPP发函沟通。

把原来大家熟悉的构架改成服务化架构,越是细节的地方遇到的困难越多。“在选定了服务化架构、确定了HTTP协议之后,我们在后续具体的API(应用编程接口)设计过程中,很多人还是会按照传统的电信模式在设计架构,这又是与HTTP的设计方法是违背的。”宋月说,“这个过程其实很痛苦的,因为大家原来都是电信的思维,现在要大家重新按照IT的思维做,需要一个转变思想的过程。”

“我觉得中国在5G独立组网上最大的贡献,一个是标准的立项者、牵头者,或者说主要的推动者、引领者,另一个最大的贡献是我们的确在网络中实现了独立组网的服务化架构,这就像当年验证3G标准TD-SCDMA可以组大网一样,是具有产业化推动意义的。我们再次证明了服务化的组网架构是可以用在电信网络中的。”中国信通院移动通信创新中心副主任徐菲对《中国电子报》说。

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全球首个跨国 5G+AR 远程装配系统实现“一键炼钢”

这种转变在中国信通院牵头组织的5G测试中也能够感受到。在5G SA开始测试时,企业都带着自己的服务器进行功能和性能的验证,因为长期以来,通信设备的软件和硬件都是集成于一体的。而5G SA云化后,可以在通用的服务器上,实现多样、灵活的服务能力。“后来的测试中,我们要求参与测试的企业只能带一张光盘来,由信通院提供统一的服务器机架做功能和性能的测试。”徐菲说。

随着SA架构一步步从标准向网络落地,证明能够用在电信大网上,也得到全球运营商的逐步认同。

“适度超前”实现5G引领

中国的移动通信产业,十多年一直处于与时间赛跑的状态。移动通信,十年一代。但对处于全面追赶的中国移动通信产业来说,这个时间被大大压缩了。2009年3G发牌照、2013年年底4G发牌照、2019年年中5G发牌照,十年中,3G、4G、5G先后发牌商用。

做5G时,行业整体的感觉是时间很紧。2018年6月,5G网络的第一个标准版本R15发布,2020年,我国运营商按照5G SA(独立组网)的标准规模建网,年底各大城市已经具备了5G SA的商用条件。其实,在5G SA标准之前还有NSA(非独立组网)标准,国外运营商大多先采用NSA的方式建设5G网络。专家将5G SA网络形容为5G的大脑指挥5G的身体,而5G NSA网络则是用4G的大脑指挥5G的身体。中国选择直接从5G SA开始大规模建网,则是看上了它对垂直类应用的支撑能力。因为60%以上的行业应用需要5G SA。

然而,5G SA是端到端全新设计,从标准完成时间到产业研发进度,客观上都要晚于NSA。2020年,时任中国移动研究院副院长、现任院长黄宇红表示,由于中国对SA应用需求比较迫切,因此我国全方位强力拉动SA成熟,经过一年多标准打磨、三轮的测试验证拉动以及两极应用帶动,2020年SA 具备了商用可能。

原本的节奏应该是这样的,在标准出来之后,先进行测试,然后运营商做网络的试点和试商用,这大约需要一年半到两年的时间,然后进入规模建网,网络覆盖达到一定水平再推进商用。所以,真正的进度比这个提前约一年的时间。

“从现在的建网结果看,当初选择直接上SA是很正确的,因为SA网络的结构更简单。”徐菲说,“如果用NSA的方式建网,每建一个新的5G基站,同时也要配套建一个4G核心网,后期不仅建设成本高,网络更加复杂,与5G SA相比,支持能力也有限。”

在5G建设上,中国还采用了“适度超前”的策略,宁可网等人,不要人等网。当垂直行业想用5G网络做通信网络或者做数字化转型的底层支撑时,5G因为强覆盖已经到位,网络资源唾手可得,这也使行业用户想用5G网络时是很方便的。

“2G跟随、3G突破、4G同步”,中国正在达成“5G引领”的目标。引领不仅体现在5G建网速度规模和发展5G用户的总量上,更希望体现在行业应用中。

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全球首个智能电网解锁5G“触电”跨界新应用

标准制定“众人拾柴火焰高”

2020年之前,中国向3GPP提供了8700多份文稿,占整个文稿数的32%,而如今,中国牵头的5G标准化项目占到了40%。

中国企业全面参与了5G标准的制定。在5G上提出的文案量上,华为在所有厂商中名列前茅,并且系统化地提出了5G新空口的理念和关键使能技术,全面覆盖基础波形、多址方式、信道编码、接入协议和帧结构等领域,并携手5G先锋运营商进行了外场验证。其中,Polar码成为5G四种编码标准之一,跻身5G最基础的物理层中。

中兴通讯在3GPP 5G新空口方面累计提交了4000篇国际提案,获得3个5G关键规范的编辑席位。中国信科旗下的信科移动参与了3GPP中多天线技术、TDD空口设计、节能技术、高精度定位技术等的标准制定工作。

手机企业如OPPO、vivo,包括小米也开始积极投入3GPP标准的制定中。目前在3GPP SA1、SA2中有一些项目,是由中国的终端企业牵头成立的,这是一个比较可喜的现象。

在中国企业全面参与5G标准制定的同时,合作共赢也成为大家的共识。“这几年标准做下来,我现在更多考虑的是责任。”宋月说。在SA标准讨论期间,SA概要设计部分的文稿大约有12000篇,CT部分的文稿大概有9000-10000篇。作为拥有话语权的CT4副主席,更多的是考虑是否把握准了技术方向,因为这涉及整个产业的未来兴衰大家齐心协力通力合作才能实现共赢。

责任编辑:赵强


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