白皮书

5G：网络转型势在必行

撰稿人

Teresa Mastrangelo

Heavy Reading 高级分析师

www.heavyreading.com

代表

www.intel.com.cn

2015 年 12 月

HEAVY READING | 2015 年 12 月 | 白皮书 | 5G：网络转型势在必行 2

引言

当今世界，移动数据流量正呈爆炸式增长，“智能” 设备的数量也在急速攀升，这些趋势使

得通信服务提供商的网络转型势在必行。迄今为止，大部分网络转型都采取了各种战术与策

略，但未来的网络要求将需要新的网络架构，以支持日益多元化的服务、用户、应用和资源

需求。

这一代网络转型的核心是广泛部署网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）技术。

尽管当前许多服务提供商网络都在进行虚拟化部署，但鉴于这一技术在未来 5G 网络中所扮

演的基础角色，其作用将会被显著增强。

5G 网络预计可提供呈指数级增长的容量、更低的延迟、无处不在的连接，以及更高的可靠

性和可用性。此外，这些高度虚拟化、软件驱动的网络将全面采用开放的生态系统，以促进

创新和价值创造，同时通过采用可持续的业务模式，为用户带来一致体验。

本白皮书探索了网络转型对于支持 5G 网络和服务的必要性，包括其要求、应用和挑战。此

外，文章还剖析了有助于实现 5G 愿景的支持技术与战略。白皮书最后描述了英特尔如何努

力以确保在未来从设备到数据中心的 5G 网络中发挥领导作用，并展示了英特尔生态系统和

解决方案的领导优势，以加速 NFV 和 SDN 的采用。

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全新连接典范

在当今高度联网的社会，通信服务提供商面临着前所未有的挑战，联网设备的数量仍在继续

快速增长，同时消费模式也在不断变化。这些挑战与来自非传统运营商和 OTT 提供商的激烈

竞争一起，要求服务提供商快速、动态地转变其网络的运营和部署方式。

智能手机的推出就是一个典型的例子，它将消费者的爱好从语音转向了数据、视频流和媒体

密集型社交网络。最新的 Cisco Visual Networking Index 显示，总体移动数据有望从当前

的每月 2.5 EB 增长至 2019 年的每月 23.4 EB。视频将会继续占据最大比重，从 2014 年的

总计 55% 增长至 2019 年的 72%，如图 1 所示。

推动这一移动数据流量保持急速增长的因素有许多，如更智能的设备所具备的强大功能，以

及类似 4G 网络等的更快、更智能的网络。这一趋势带动了高带宽应用的采纳和应用，从而

生成更多流量。此外，新兴的物联网（IoT）细分市场也将推动广泛垂直市场中的联网设备数

量大幅增加。物联网指由嵌入电子设备、软件、传感器和网络连接的物理对象组成的网络。

这一全新连接典范的主要特征为万物互联，移动性无处不在，使用和连接方式截然不同等，

要求网络具备超越前代产品的强大能力。为此，网络运营商、设备厂商、管制机构和标准组

织正在紧密协作，定义未来的 5G 网络。

图 1：全球移动流量（2014-2019 年）

资料来源：Cisco VNI Report，2015 年 2 月

每月

EB

非视频

视频

25

20

15

10

5

02014 2015 2016 2017 2018 2019

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5G：概述

5G 被设想为一个端到端生态系统，将能够推动实现一个完全移动和联网的社会。5G 将打造

一个 “超级联网” 的世界，其中网络高度异构，融合了许可和非许可频谱内的多种访问技术

（固定和无线），能够为用户带来前所未有的连续性体验。此外，其模块化本质，可按需进

行部署和扩展，以适应多种设备，支持多种用户交互。

5G 网络预计将具备比前代网络更高的频谱效率，能够支持更多用户和更高设备连接密度，实

现更高的数据速率，以及提供紧密相关、个性化快速响应的实时服务。此外，5G 网络预计还

可实现更广泛的网络覆盖范围，更低的延迟，以及持久的联网设备电池使用寿命。

图 2 显示了 5G 网络的关键参数：

图 2：5G 关键参数

10,000 倍流量

10-100 倍设备数量

3 倍频谱效率

延迟：≥1 毫秒

10 Gbit/秒峰值

100 Mbit/秒

平均

500 km/小时

移动性

10 倍连接密度/

平方千米

10 倍区域流量容量

（每平方米 Mbit/秒）

降低 1000 倍的

每字节能耗

资料来源：Heavy Reading

5G 的关键驱动因素和示例

第一代和第二代无线网络侧重于语音服务，而 3G 和 4G 的侧重点转向了数据和移动宽带。

5G 将继续侧重于移动宽带，预计可支持更广泛的多元化使用场景。

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三种主要使用场景包括：（1）更高的移动宽带；（2）超可靠、低延迟通信；以及（3）大

规模机器类通信，如图 3 所示。

图 3：5G 使用场景

资料来源：ITU-R IMT-2020

增强移动宽带

大规模机器类通信 超可靠、低延迟的通信

未来 IMT

每秒 GB

智能家庭/建筑物

3D 视频，超高清屏幕

云中学习和娱乐

增强现实

工业自动化

关键业务应用

自动驾驶

语音

智慧城市

这些使用场景的需求在多个维度上差别非常大，任何单一的服务或应用不太可能同时需要所

有三种使用场景。例如，诸如公共保护和灾难救援（PPDR）服务等关键业务服务要求超高

可靠性、超低延迟、高度安全性和移动性。另一方面，许多物联网应用和服务通常需要相对

较低的数据速率、低能耗和长久电池使用寿命。

此外，环境感知在实现差别服务和增强用户体验的能力方面，发挥着至关重要的作用。通过

了解所使用的连接，网络能够适当地提供网络功能（例如，固定使用情况将不需要移动性），

使网络能够更加经济高效地运行。

为支持广泛的示例和设备，5G 网络将能够在用户面和控制面调整网络资源，以满足每个服务

和设备的性能级别。这些 “网络片断”（按照一组 SDN 网络性能标准所定义，例如容量、速

度、延迟、安全性、可用性、覆盖区域等）可进行全面定制，以满足使用该片断的服务所要

求的交付复杂性。

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5G 服务

利用几乎无延迟的关键参数，以及 1 Gbit/秒以上的宽带速度，5G 能够提供几乎无限的应用

和服务类型。随着时间的推移，服务有望突破简单的音频和数据，扩展到视觉、触觉和认知

领域，进而为服务提供商创造任意即服务（XaaS）环境。

图 4 显示了对现有服务和一些潜在 5G 范例的带宽和延迟要求

图 4：潜在 5G 服务的带宽和延迟要求

延迟

1 毫秒

10 毫秒

100 毫秒

1000 毫秒

灾难告警

汽车电子呼叫

设备遥控

监控传感器网络

自动驾驶 增强现实

虚拟现实

实时游戏

双向遥控

第一响应者连接

视频流

感官 互联网

多人视频通话

基于云的无线办公室

传统网络可交付的服务

5G 支持的服务

资料来源：GSMA、Heavy Reading

个人云

固网 漫游 移动计算

M2M 连接

宽带吞吐率<1 Mbit/秒 1 Mbit/秒 10 Mbit/秒 100 Mbit/秒 >1 Mbit/秒

尽管要支持同时需要 1 Gbit/秒以上的下行链路速度和亚毫秒级延迟的服务仍存在一些挑战，

但 5G 网络将不仅可以利用基于 SDN 的全新网络设计原则，还可以利用一系列新兴技术，例

如毫米波、大规模多输入和多输出（MIMO）、移动边缘计算、Anchor-Booster Cell 和设

备间通信（D2D）等。此外，预计业界还将采用一个统一的空中接口来支持这些要求。这一

空中接口可扩展且能进行调节以支持所有频谱（无论是否经过许可），能够通过使用多个域

类型（时间、频率、正交和非正交）支持较高和较低的频段。

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5G：软件驱动的网络

大多数当前的网络充斥着各种专有的定制硬件，无法提供灵活性或不具备扩展能力，不仅难

以维护，而且成本高昂。此外，随着技术创新加速，专有硬件的生命周期不断被缩短，很难

实现投资价值。同时，这些网络实际上会抑制服务提供商提供全新创收服务或实施新业务模

式的能力。

要提供为 5G 和更高网络而设计的功能，必须设计和部署一个网络架构，从这些专有解决方

案转向开放的平台，以提供明显增强的可扩展性，和更高的效率、敏捷性及灵活性。此外，

这些开放平台可提供更多可编程性和自动化功能，以简化基础架构管理和降低复杂性。尽管

许多服务提供商都发现了在其当前网络中实施部分 NFV 和 SDN 的优势，但这些技术的作用

将会大幅扩展，远远超出其当前的实施，并将对 5G 至关重要。

在 NFV 中，网络由被称为虚拟网络功能（VNF）的基于软件的应用组成，它们在基于标准

商业化硬件（如服务器、存储和网络设备）的虚拟机或容器上运行。NFV 取代了传统的专有

硬件网元，并将此功能移到了云，使其与底层物理硬件相分离。通过实现软硬件分离，NFV

允许通过软件而不是物理硬件来对网络功能进行编程。新增的网络功能可以在任意位置执行，

从而能够支持在不同地点部署应用以满足不同的要求，如延迟等。

SDN 通过分离控制平面（告诉网络谁去了哪里）与数据平面（发送数据包到指定目的地），

可进行网络编程。它依赖于可通过 SDN 控制器进行编程的交换机，该控制器使用工业标准

控制协议，如 OpenFlow 等。SDN 提供的网络可编程性级别允许多个网络片断，能够针对

不同的服务部署进行定制和优化，可使用同一物理和逻辑网络基础架构进行配置。在此基础

之上，一个物理网络可以支持广泛的服务，并以最佳方式提供这些服务。

这些技术采用开源方法，充分利用开发人员和解决方案提供商社区的投资，为服务提供商提

供了一种统一的实施方法，可带来规模经济效应、可互操作性、可靠性和可扩展性，以及缩

短的产品上市时间等优势。这种软件驱动的方法将使运营商能够更好地实现其网络资产的价

值，更快速、轻松地推出新服务，同时可将服务创建时间从数月缩短至几周。一项最新调查

显示，企业通过实施基于 NFV/SDN 的网络，其部署新服务的速度比传统网络快了 13 倍。

通过更好地利用网络资产和使用更简单的扁平化网络基础架构，企业将节省大量的资本支

出。同一份调查结果显示，网络利用率过去一直保持在 30-35% 之间。通过实施基于 NFV

和 SDN 的网络基础设施，服务供应商可将网络利用率提高至 70%或更高，这是因为网络可

以快速进行扩展和收缩，从而使得服务提供商能够根据平均值构建容量，并在需要时提供按

需容量。最后，通过实现自动配置和建立简化的网络运营基础架构，企业可以节省大量的

运营支出。

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英特尔助力加速网络转型

为了支持和交付 5G 服务与特性，网络必须基于全新的未来蓝图进行改造和重新构思。这一

网络必须具备弹性，可编程，能够进行动态管理并使用 NFV 和 SDN 作为基础。

英特尔为网络转型提供了必要的构建模块，首当其冲的是英特尔® 架构（IA）处理器。例如，

英特尔® 至强™ E5 处理器家族具备专为虚拟化环境优化的卓越性能。除处理器之外，英特尔

还提供了其他多种关键技术，其中英特尔® QuickAssist 加速技术能够为最多 14 个单独的

虚拟化实例提供加速器服务（加密、压缩和算法卸载）；英特尔® 虚拟化技术为虚拟化软件

提供了硬件辅助支持，可显著降低其规模、成本与复杂性；具备英特尔流量导向器和网络覆

盖功能的 10/40/100 Gbit/秒的英特尔以太网技术能够在虚拟化环境中带来最高吞吐率。

开放系统理念

除了持续巩固自身的芯片与技术领导地位之外，英特尔还积极参与开源和商业软件开发工作，

与标准组织展开了广泛的合作，并为系统集成生态系统提供了丰富的专业知识。图 5 显示

了英特尔的开放系统理念与生态系统开发举措。

图 5：英特尔的开放系统理念

高级行业开源项目与标准

• ETSI NFV

• DPDK

• OpenStack

• Open vSwitch

• IETF SFC

协作开展试用和部署

• 电信服务提供商

• 云服务提供商

• 企业 IT

交付参考设计

• 英特尔开放网络平台服务器

参考设计

支持建立广泛的

解决方案生态系统

• 英特尔 Network Builders

资料来源：英特尔

英特尔在与 SDN 和 NFV 紧密相关的多个开源项目中做出了重大贡献，其中包括 OpenStack、

OpenDaylight、Open vSwitch、OpenFlow 和数据平面开发套件（DPDK）等。DPDK 是

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一套数据平面库和网卡（NIC）驱动程序，提供了一个可编程框架，支持在通用处理器上高速

处理网络数据包。DPDK 可为虚拟化网络应用带来高级数据包性能，包括虚拟路由和虚拟防

火墙等。

英特尔开放网络平台（ONP）

英特尔 ONP 是一个参考架构，在单个平台中整合了领先的开源软件与英特尔技术，可供开发

人员为 SDN 和 NFV 工作负载与用例创建最优的商业解决方案。英特尔 ONP 的主要目标是降

低服务提供商采用和部署 SDN 与 NFV 架构的成本，简化相关工作。英特尔 ONP 参考架构用

于提供一款由硬件和软件组成的开源平台，以确保互操作性，同时加快商业部署的实现。

Intel Network Builders

Intel Network Builders 是一个跨行业计划，旨在驱动创新，简化开发工作，推进网络开放的

标准，提高互操作性和加快上市速度。这一计划得到了独立软件厂商、操作系统厂商、原始

设备制造商、电信设备制造商、系统集成商与电信运营商的广泛参与，致力于通过为电信和

数据中心网络开发和部署经验证的 SDN 与 NFV 解决方案，加速网络转型。

英特尔最近宣布推出了 Intel Network Builders Fast Track，开启了该计划的全新阶段，旨在

与网络行业通力合作，加速生态系统创新。在该计划下，英特尔将合作开展多项市场开发活

动，并通过英特尔战略投资事业部向战略性的颠覆性公司进行投资。所有这些举措旨在推进

解决方案集成工作以实现部署，确保堆栈层和网络间的互操作性，同时通过与行业领先的服

务提供商合作开展试用和部署，加速使用英特尔架构的标准化技术的采用。

NFV 概念验证

概念验证（PoC）演示成功确立了 NFV 作为一项可行技术在行业中的知名度，提升了行业信

心。此外，概念验证还帮助建立了一个广泛的开放式 NFV 生态系统。英特尔目前参与了全球

多项 ETSI 认可的 NFV 概念验证，与多家服务提供商保持着紧密合作，包括 Telefónica、

Sprint、中国移动、中国电信、AT&T、Telecom Italia、BT、SK Telecom、沃达丰和 Orange

等。部分概念验证示例包括：

• 多厂商开放 NFV 环境中的 E2E vEPC 协调

• 集成深度数据包检查（DPI）技术的虚拟化移动网络

• 采用专用硬件加速器的 C-RAN 虚拟化

• 长期演进（LTE）虚拟化无线接入网（vRAN）

• 基于 NFV 的协调保障

5G 协作与试用

英特尔和多家企业、机构紧密合作，旨在加速 5G 标准的开发，解决关键技术挑战。合作方

包括设施与设备制造商、网络运营商、服务提供商和学术机构等。通过这些合作，英特尔充

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分整合利用其独有的计算、网络和无线通信技术优势来开发 5G 解决方案，在整个端到端网

络中实现智能集成。这一系统级方法能够带来功能更强大的设备、更经济高效的网络、以及

更加直观丰富且迅捷的用户体验。

此外，英特尔还是 5G-PPP（5G 公私合作组织）在 Horizon2020 计划旗下开展的七个研究

项目的成员。英特尔是 Flex5GWare 项目的协调员，这是一个 Horizon2020 项目，包含 17

个行业和学术合作伙伴。成员联合研究 5G 关键组件，以期为 5G 移动服务和应用带来灵活、

可重配置的通信平台。

一些卓越的 5G 协作包括：

• 英特尔与 NTT Docomo 协作开展 5G 手持设备芯片组的实验测试。两家公司还合作开

发 5G 接口概念、设计、以及实验室和现场试用。

• 英特尔与 SK Telecom 协作开发和验证 5G 技术。双方将构建一个支持 5G、现有 LTE

与 3G 网络的调制解调器，确保多种无线接入技术能够实现无缝互操作。此外，两家公

司还将继续开发 Anchor- Booster Cell，这是 5G 核心技术之一，能够支持通过组合使

用 LTE 网络和新一代无线局域网（LAN），无缝传输海量数据。

• 英特尔是 Verizon 5G 技术论坛的成员，在 5G 设备、测试与标准领域做出了重要贡献。

此外，英特尔还在位于俄勒冈州的 5G 测试中心开发 5G 技术，以便为 Verizon 的 5G

沙盒测试环境提供重要支持。最近，英特尔还与 Verizon 合作通过 Verizon 的 SDN 网

络演进计划推动网络转型。这一计划将能为包括 Verizon 5G 接入网在内的新一代网络

奠定坚实基础。

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结论

由于当前的架构无法支持未来服务所需的主要性能参数，推动网络转型以支持 5G 已是势在

必行。除了简单的语音和数据外，5G 能够提供和集成视觉、触觉和认知能力的用户体验，

并由此支持具有特殊连接和设备要求的广泛示例。这要求网络能够自动动态地做出调整以满

足不同服务、流量变化和网络拓扑结构的需求。鉴于此，NFV 和 SDN 功能对于这一未来网

络有着至关重要的意义。

英特尔提供了必要的构建模块以支持网络从设备中心转型为数据中心。这一努力通过英特尔

在处理器、网络、存储和软件领域的投资可见一斑。此外，英特尔已经并将继续扮演指导性

角色，带领行业开发通用标准，打造开放的生态系统。通过采用开放系统理念，英特尔正在

借助参考架构、概念验证演示和试用，生态系统合作关系与深入的客户参与等举措，加速

NFV 与 SDN 的市场采用。