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本书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组网架构等，为6G 的发展提供了有益的参考。本书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。

第1章  导论	1
1.1  移动通信系统概述	2
1.2  移动通信代际发展的“十年定律”	3
第2章  概念、理论与方法	6
2.1  什么是架构	7
2.2  架构构成及关系	8
2.3  架构分类及关系	10
2.4  架构基础理论	11
2.4.1  复杂网络理论基础	11
2.4.2  架构的建模与评估	13
2.5  架构设计方法	18
2.5.1  全局协同化	18
2.5.2  要素系统化	20
2.5.3  平台服务化	21
2.5.4  移动通信网络系统架构设计方法	21

第3章  5G网络新架构	24
3.1  系统论角度的移动通信网络架构	25
3.2  两次任务跃变驱动移动通信网络架构两次重大变革	26
3.3  5G时代任务的重大变化	33
3.4  5G服务化网络架构的提出	34
3.4.1  IT系统架构演进概述	34
3.4.2  5G网络新架构的设计思路	40
第4章  5G服务化架构总体设计	42
4.1  层间软硬件解耦	43
4.2  软件功能重构和原子化拆分	43
4.3  原子服务的管理编排	46
4.4  新型接口协议的设计	49
4.5  5G服务化架构具体设计	50
第5章  5G服务化架构新特性	61
5.1  移动性管理	62
5.1.1  接入控制	62
5.1.2  注册和连接管理	62
5.1.3  终端可达性和寻呼管理	64
5.2  会话管理	65
5.2.1  概述	65
5.2.2  会话生命周期管理	66
5.2.3  IP地址管理	67
5.2.4  会话和业务连续性管理	69
5.2.5  二次鉴权	71
5.2.6  ETSUN	72
5.3  QoS机制	73
5.3.1  5G QoS原理	73
5.3.2  5G QoS参数	76
5.3.3  5G QoS特性	79
5.3.4  标准化5QI到QoS特性映射	81
5.3.5  反射QoS	82
5.4  策略与计费控制	83
5.4.1  概述	83
5.4.2  策略控制	84
5.4.3  计费	86
5.5  系统间互操作	88
5.6  网络智能化	90
5.6.1  驱动	90
5.6.2  架构	91
5.6.3  关键技术	93
5.7  语音及消息服务	97
5.7.1  语音服务	97
5.7.2  消息服务	100
5.8  能力开放	101
5.8.1  能力开放架构	101
5.8.2  网络能力开放	102
5.9  统一用户数据架构	104
5.10  固定移动融合架构	105
5.11  多接入及流量疏导架构	106
第6章  5G服务化架构新流程	108
6.1  注册管理	109
6.1.1  基本注册请求	109
6.1.2  AMF重定向的注册请求	112
6.2  连接管理和寻呼	114
6.2.1  服务请求	114
6.2.2  寻呼	117
6.3  会话管理	119
6.3.1  会话建立流程	119
6.3.2  会话释放流程	122
6.4  系统内切换	125
6.4.1  Xn切换	125
6.4.2  N2切换	126
6.5  4G/5G互操作	130
6.5.1  基于互通接口的互操作方案	130
6.5.2  无互通接口的互操作方案	133
6.6  语音流程	135
6.6.1  VoNR	135
6.6.2  EPS Fallback	137
6.7  计费	141
第7章  5G服务化架构新能力	143
7.1  移动边缘计算	144
7.1.1  移动边缘计算提出背景	144
7.1.2  移动边缘计算的业务场景	147
7.1.3  移动边缘计算的架构	150
7.1.4  边缘业务的路由寻址	155
7.1.5  应用层影响的数据路由	159
7.2  网络切片	161
7.2.1  网络切片提出背景	161
7.2.2  网络切片的架构设计	162
7.2.3  网络切片管理	168
7.2.4  网络切片SLA（服务质量保障）	171
7.3  5G LAN	175
7.3.1  背景	175
7.3.2  5G LAN标准关键技术	176
7.3.3  对网元的功能要求	180
7.3.4  应用案例	181
7.4  NPN	181
7.4.1  行业专网需求	181
7.4.2  独立非公共网络	182
7.4.3  PLMN网络集成的非公共网络	187
7.4.4  对网元功能要求	190
7.4.5  5G移动通信非公共网络概述	191
7.5  TSN	192
7.5.1  行业需求	192
7.5.2  TSN起源	193
7.5.3  5G TSN标准关键技术	193
7.6  NTN	206
7.6.1  研究背景	206
7.6.2  NTN标准进展	208
7.6.3  NTN网络关键技术	211
7.7  mMTC	216
7.7.1  研究背景	216
7.7.2  mMTC的关键技术	216
7.8  V2X	222
7.8.1  研究背景	222
7.8.2  车联网典型场景及研究现状	224
7.8.3  车联网的网络关键技术	225
7.9  无人机	231
7.9.1  研究背景	231
7.9.2  无人机场景研究现状	233
7.9.3  无人机控制相关关键技术	233
7.10  近场通信	236
7.10.1  研究背景	236
7.10.2  近场通信关键技术	236


第8章  6G网络架构展望	240
8.1  6G网络架构发展的驱动力	241
8.1.1  新战略驱动	241
8.1.2  新场景新需求驱动	242
8.1.3  新技术融合驱动	243
8.1.4  现网部署的启示	244
8.1.5  5G-A发展的启示	245
8.2  6G网络架构设计理念	246
8.3  6G网络架构总体设计	248
8.3.1  6G网络架构全视图	248
8.3.2 “三体四层五面”总体架构	249
8.4  全服务化的逻辑架构（HSBA）	257
8.4.1  核心特征	257
8.4.2  服务化架构的拓展	259
8.5  分布式自治的组网架构（DAN）	262
8.5.1  核心特征	262
8.5.2  DAN网络架构设计	264
8.5.3  分布式微云单元SCU	265
致谢	268
缩略语	270

序一
移动通信网络自商业化以来，已走过四十多年的发展历程，经历了多次代际变革，深刻改变了人们的生活和生产方式。如今，移动通信网络不仅是现代社会不可或缺的核心基础设施，更是支撑全球经济数字化转型的重要底座。
移动通信从1G 到5G 的发展，伴随着信道带宽的提升和频谱使用的相应扩展。无线空口多址技术从频分多址发展到时分多址、码分多址、正交频分多址，以及正交频分复用与空分多址的结合。上下行双工方式也从1G 和2G 的频分双工扩展到包括时分双工在内的多种方式。在空口技术不断换代的同时，移动通信网络架构技术也在持续演进和创新。从1G 到2G，网络从模拟通信转变为数字通信；从2G 到3G，网络从电路交换转变为分组交换；从3G 到4G，网络进入移动互联网时代；从4G 到5G，网络架构从基于连接的架构转变为基于服务的架构（Service-Based Architecture，SBA）。
SBA 是由以中国移动为代表的技术团队提出的新型网络架构，是自移动通信网络诞生以来系统架构设计思想的重要突破。这一架构通过软硬件解耦，以软件化的方式实现网络功能。在此基础上，进一步将网络功能解耦为若干可组合的原子能力，并通过统一的服务化接口和灵活编排的方式实现信令调用。服务化架构采用柔性设计，以积木式的模块组合推动网络能力的灵活生成和快速扩展，实现由刚性供给向按需供给的服务范式转变，达到整体协同和全局最优的效果。
移动通信网络正在向综合信息服务网络转变，其应用已拓展到工业、城市、低空、卫星等领域，服务内容也从传统的话音与视频扩展到算力和人工智能（AI）。网算融合、通感一体、天地互联、人机协同等技术的出现，极大地丰富了服务场景。同时，绿色、安全、开放、便捷、智简等多维度约束不断凸显；小众特需对网络性能提出了很高要求，而大众刚需则需要新的体验，用户与终端的多样性也需要灵活兼顾。网络架构的演进需要适应这些变化，而在创新的同时，后向兼容也是必须考虑的因素。
当前，AI for NET 为重新定义移动通信网络架构提供了新的思考方法，6G 的研究也期待新的网络架构来引导。移动通信既面临难得的发展机遇，也对移动通信网络架构提出了新的挑战。站在移动通信创新的关键节点，我们深切感受到，对移动通信网络架构的认识还有待深化。因此，体系化总结移动通信系统架构相关的理论、经验和成果显得十分必要。我们需要辨明理论研究和工程实践的着力方向，为5G 的演进和6G 技术的标准化梳理思路、提供指引，这正是本书的写作初心。
本书由王晓云团队倾力编写。作者团队长期专注于网络系统架构及关键技术的研究、标准制定和产业推进等领域，积累了丰富的网络建设和运营经验。如今，他们将多年的研究成果与实践经验进行了系统性总结。全书深入阐述了移动通信系统架构的概念、设计理念和实现路径，全面描述了5G 服务化架构的架构组成、关键技术及业务应用。本书还着眼于未来6G 技术和业务需求的变化，探索如何通过系统架构设计的创新推动新一代移动通信网络的变革，前瞻性地展望了6G 系统架构的未来演进方向，并分析了未来移动通信系统架构演进所面临的挑战与机遇。
本书条理清晰、逻辑性强，兼具专业性、可读性和实用性，适合移动通信领域的研究开发人员、运维管理人员，以及对移动通信系统感兴趣的读者阅读。期待本书能够为读者带来启发，促进移动通信系统架构的创新与发展，共同迎接移动通信网络发展的新时代。
——中国工程院院士 邬贺铨

序二 
在科技发展的浩瀚长河中，移动通信网络无疑是一颗璀璨夺目的明珠。自诞生之初，移动通信便肩负着突破地域限制、实现互联互通的使命。短短几十年间，其迅猛发展已深刻改变了人类社会的生产与生活方式。从最初的语音通信到如今的5G，再到未来的6G 时代，移动通信的每一次变革都推动了信息社会的前进步伐，成为现代社会运转的基石。
纵观移动通信的发展史，我们可以清晰地看到，技术的迭代和创新在其中起到了至关重要的作用。空口技术和系统架构是移动通信系统的两大核心技术。空口技术负责无线信号的传输和接收，是实现无线通信的基础；系统架构作为通信系统的“骨骼”和“中枢”，直接定义了每一代移动通信网络的形态，将终端、接入网、核心网、业务网等各部分串联在一起，并为传输、交换等具体技术的创新提供了土壤。中国在这两方面均做出了重要贡献，取得了举世瞩目的成就。在空口技术方面，中国提出的时分双工（TDD）技术大幅提升了频谱效率，标志着中国在该领域已达到国际领先水平。
在系统架构方面，以中国移动为代表的科研团队勇于尝试、大胆创新，提出了5G 服务化架构，并最终促成了统一的全球标准。基于服务化架构的独立组网模式已在全球100 多家运营商中实现规模部署，端到端地全面支持5G 新能力，敏捷赋能千行百业。
当前，人工智能、大数据、边缘计算等多种新兴技术正在深度融合，催生了智简、语义通信等全新理念，也促使架构变革的出现。我们站在5G 与6G 交汇的历史节点上，面对更加复杂的需求与挑战。回顾和梳理移动通信系统架构的演变与设计方法，不仅有助于深化我们对现有通信系统的理解，也为探索更加柔性、智能、自治的未来网络系统架构提供了重要参考。
本书汇聚了一批在移动通信领域深耕多年的资深专家，他们经历并深度参与了我国移动通信技术从“1G 空白、2G 跟随”到“3G 突破、4G 并跑、5G 引领”的跨越式发展历程。作者团队对移动通信系统架构设计有独到的见解。他们通过梳理总结工程经验和技术实践，形成了“增维求解，全局协同”的移动网络组网设计方法。在书中，作者系统阐述了架构在历代通信系统演进过程中的重要性，并论述了系统架构的
基础概念、分类、设计方法，详细剖析了5G 服务化架构和关键技术，最后对6G 网络系统架构进行了前瞻性探索。本书内容翔实，兼具深度与广度，是一本适合从事移动通信技术研究与实践的人员阅读的著作。
移动通信的创新永无止境。站在新的历史起点上，我们有理由相信，随着技术的不断发展，移动通信系统架构必将在服务化、智能化和自治化的方向上持续演进。希望本书能够激发读者对移动通信技术的浓厚兴趣，为通信领域的学者和工程师在未来的研究与实践中提供不竭的灵感源泉。同时，期望本书成为推动移动通信系统架构及相关技术持续发展的重要支撑，为6G 乃至更长远的通信技术演进奠定坚实基础。
——中国工程院院士 张平

前言

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

王晓云，教授级高级工程师。国家科技重大专项03专项副总师。现任第二十届中央候补委员，中国移动通信集团有限公司副总工程师，]中国移动通信集团公司技术部总经理、研究院院长。在TD-LTE标准融合、新技术创新、产业化推进和国际推广等方面做出了重要贡献，有效推动了中国移动通信事业技术创新的发展。国家科学技术进步奖特等奖“第四代移动通信系统（TD-LTE）关键技术与应用”及国家科学技术进步奖一等奖项目“TD-SCDMA关键工程技术研究及产业化应用”主要完成人。

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