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5G低时延技术的应用浅析

更新时间：2019-12-08 06:24:27 大小：1M 上传用户：xiaohei1810查看TA发布的资源 标签：5g低时延技术 下载积分：1分 评价赚积分 （如何评价?） 打赏 收藏 评论(0) 举报

资料介绍

5G定义的很多应用场景需要低时延(5 ms~10 ms)或超低时延(1 ms~2 ms),如远程手术、自动驾驶等,为了探讨和研究新技术以减少时延,从5G应用场景和关键能力出发,分别从网络架构、空口、承载网三方面对影响时延的因素进行分析,并对降低5G时延的相关技术的应用进行了浅析.

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5G低时延技术的应用浅析  
许明元  
（广东省电信规划设计院有限公司，广东 广州 510630）  
【摘 要】  
【关键词】  
5G定义的很多应用场景需要低时延（5 ms~10 ms）或超低时延（1 ms~2 ms），如远程手术、自动驾驶等，为了  
探讨和研究新技术以减少时延，从5G应用场景和关键能力出发，分别从网络架构、空口、承载网三方面对影响  
时延的因素进行分析，并对降低5G时延的相关技术的应用进行了浅析。  
5G 网路切片 移动边缘计算 空口 低时延  
doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2017.09.018  
中图分类号：TN929.5  
文献标志码：A  
文章编号：1006-1010(2017)09-0090-07  
引用格式：许明元. 5G低时延技术的应用浅析[J]. 移动通信, 2017,41(9): 90-96.  
Analysis on the Application of 5G Low Latency Technology  
XU Mingyuan  
(Guangdong Planning and Designing Institute of Telecommunications Co., Ltd., Guangzhou 510630, China)  
[Abstract]  
Many application scenarios defined by 5G need low latency (5 ms~10 ms) or ultralow latency (1 ms~2 ms), such  
as remote operation and automatic driving. In order to discuss and investigate new technology to reduce latency,  
according to 5G application scenarios and key capabilities, the factors influencing latency were analyzed from three  
aspects of the network architecture, air interface and bearing network. In addition, the applications of corresponding  
techniques to reduce 5G latency were briefly analyzed.  
[Key words]  
5G network slicing MEC air interface low latency  
1 引言  
2 5G应用场景及关键能力  
随着移动互联网、物联网、AR/VR、自动驾驶、  
远程医疗等业务的发展，为满足未来这些新需求和  
新特性，第五代移动通信（5G）已成为全球研发热  
点。全球通信组织和运营商陆续发布了5G概念白皮  
书，并已启动国际标准制定和研究工作，低时延特性  
作为5G关键能力指标之一，比4G要求更高，本文通  
过分析影响5G时延的因素，对5G低时延技术的应用  
进行了浅析。  
根据移动互联网和物联网主要应用、业务需求，  
IMT-2020(5G)推进组归纳出以下四个重要应用场景：  
连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和低时延  
高可靠场景。  
不同的应用场景的关键能力差异较大，面临的关  
键能力挑战有：连续广域覆盖场景需具有100 Mbps的  
用户体验速率；热点高容量场景需要达到1 Gbps用户体  
验速率、数十Gbps的峰值速率和数十Tbps/km2流量密  
度；低功耗大连接场景的连接数密度达到106个/ km2，  
同时要求超低功耗和超低成本；低时延高可靠场景要  
求1 ms的空口时延和毫秒量级的端到端时延，同时具  
有百分之百的可靠性。  
收稿日期：2017-02-16  
责任编辑：黄耿东  
万方数据  
目前的4G技术没法满足这些关键能力要求，尤其  
对于毫秒级的低时延特性需求，单纯通过现有的4G技  
术演进是无法实现的，需从网络架构、空口技术、承  
载网等方面采用新架构和新技术，才能实现超低时延  
的特性。  
要尽可能减少转发节点，并缩短源到目的节点之间的  
“距离”。  
以下将从网络架构、核心网、承载网三方面研究  
在降低时延中扮演重要作用的关键技术。  
3.1 网络架构  
超低时延是5G最重要的关键能力，要满足近乎苛  
刻的时延指标要求，面临着以下挑战：  
在网络架构方面，可以采用控制转发分离、网络  
切片、核心网功能下沉和移动边缘计算（MEC）等关  
键技术来降低时延。  
首先，毫秒级别的延迟需要对现有网络的架构  
做重大变更，实现成本相对较高，短期内实现相对困  
难。其次，时延和其他特性指标的之间关系需要综合  
考虑，如：自动驾驶/机器人控制等应用在需求超低时  
延的同时需要接近100%的可靠性；AR/VR应用对时延  
要求较高的业务同时对吞吐量要求也较高；此外，无  
线系统设计中如传输速率、时延、可靠性等性能指标  
之间常常存在着一定程度的此消彼长、相互权衡的关  
系，需要针对业务类型合理权衡和协调时延与其它指  
标之间的关系。  
（1）控制转发分离  
新型5G网络架构包含接入、控制和转发三个功能  
平面：  
1）接入平面：包含各种类型基站和无线接入设  
备。基站间交互能力增强，组网拓扑形式丰富，能够  
实现快速灵活的无线接入协同控制和更高的无线资源  
利用率。  
2）控制平面：通过网络功能重构，实现集中的控  
制功能和简化流程，以及接入和转发资源的全局调度。  
面向差异化业务需求，通过按需编排的网络功能，提供  
可定制的网络资源，以及友好的能力开放平台。  
3）转发平面，包含用户面下沉的分布式网关、集  
成边缘内容缓存和业务流加速等功能，在集中的控制  
平面的统一控制下，能较大地提升数据转发效率和灵  
活性。  
3 实现5G低时延的技术  
移动通信系统时延由如下几个部分组成：空口时  
延、承载网时延、核心网时延，PDN网络时延，如图1  
所示：  
利用云计算技术，采用“三朵云”（接入云、控  
制云、转发云）实现5G接入、控制和转发功能。利用  
SDN技术实现核心网网关设备控制和转发功能分离，  
分布式部署网关设备，网络架构更加扁平化，可以有  
效地降低业务的传输时延。  
（2）网络切片技术  
图1 移动通信系统时延的组成  
四大应用场景的应用在移动性、计费、安全、  
策略控制、时延、可靠性等方面各自具有不同的特  
性和需求。多样化的应用场景对5G网络提出了多样  
化的性能要求和功能要求，利用网络切片（Network  
Slicing）技术，针对不同的应用场景提供专属的网络  
控制功能和性能保证，实现按需组网，5G网络切片技  
术架构如图2所示。  
5G要实现超低时延，必须从无线接入网、核心  
网、承载网、PDN网络各个方面一起着手，总的思想  
是架构扁平、内容下层、空口重构。  
端到端时延由多段路径上的时延加和而成，仅靠  
单独优化某一局部的时延无法满足1 ms的极致时延要  
求，因此5G超低时延的实现需要一系列有机结合的  
技术，一方面要大幅度降低空口传输时延，另一方面  
网络切片利用虚拟化技术，将5G网络物理基础  
设施资源根据场景需求虚拟化为多个平行的虚拟网络  
万方数据  

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