VoIP 實驗室 VoIP Laboratory

國立宜蘭大學 National Ilan University

VoIP 實驗室 VoIP Laboratory

5G 技術更新 5G Technology Update

陳懷恩 教授 國立宜蘭大學 資訊工程系

TEL：03-9317309 FAX：03-9353804

Email: wechen@niu.edu.tw

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國立宜蘭大學 National Ilan University 簡報大綱

• 行動通訊技術與服務演進 • 行動市場成長預估 • 行動通訊國際標準 • 5G相關標準時程 • 5G面臨的挑戰 • 5G關鍵技術 • 5G NR與核心網路佈建選項 • 5G目前商用情況 • 結語

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國立宜蘭大學 National Ilan University 行動通訊服務演進

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From: InterDigital

• 第一波是整合行動電話的應用服務，第二波是Mobile Intenet的興起，大量的OTT與線上影音服務產生。

• 5G 預期將會提供畫質更好的視訊服務(UHD)、萬物聯網(IoT/IoE)、感知的網際網路(1ms/10GBps)，以及關鍵任務型服務(如：車聯網)。

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國立宜蘭大學 National Ilan University 行動市場成長預估

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From: ITU

• 國際電信聯盟預估2014至2020行動業者收入的複合成長率達3.1%，行動服務的滲透率對人或國家都有大幅成長。

• 因物聯網應用預期連線的複合成長率達5.4%，且資料流量成長10倍。

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國立宜蘭大學 National Ilan University 行動通訊技術演進

5 Source: From III

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G的三大主軸與目標

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eMBB

mMTC

URLLC

From: 5G-PPP

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G需求與相關技術

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From: InterDigital

• 達成5G需求所需的技術有：新無線存取技術、交換技術、以訊息為中心網路技術、快速交換技術、雲端技術、小基站、邊緣運算、服務鏈等

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G需求相關3GPP標準

• mIoT ‐ massive Internet of Things – TS 22.861 http://www.3gpp.org/DynaReport/22861.htm

• CRIC – critical communications – TS 22.862 http://www.3gpp.org/DynaReport/22862.htm

• eMBB – enhanced mobile broadband – TS 22.863 http://www.3gpp.org/DynaReport/22863.htm

• NEO – network operations – TS 22.864 http://www.3gpp.org/DynaReport/22864.htm

• V2X – vehicle communication – TS 22.886 http://www.3gpp.org/DynaReport/22886.htm

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G架構與安全相關3GPP標準

• Architecture – Completed study –

TR 23.799 http://www.3gpp.org/DynaReport/23799.htm – Architecture –

TS 23.501 http://www.3gpp.org/DynaReport/23501.htm – System Flows –

TS 23.502 http://www.3gpp.org/DynaReport/23502.htm • Security

– Ongoing study – TR 33.899 http://www.3gpp.org/DynaReport/33899.htm

– Normative work – TS 33.501 http://www.3gpp.org/DynaReport/33.501.htm

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G相關標準時程

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World Radiocommunication Conference (WRC) European Commission (EC) International Telecommunication Union (ITU) Seventh Framework Programme (FP7)

5G Infrastructure Public Private Partnership (5G PPP)

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G面臨的挑戰

• 支援三大應用情境 – eMBB (超寬頻) 智慧手機、AR/VR、8K/4K 電影、HD相片上傳、視訊電話、… – mMTC (大量連結) 智慧量錶、智慧城市、智慧醫療、車聯網、… – URLLC (超可靠&低延遲) 智慧製造4.0、無人機、自駕車、遠端手術、VR 現場直播

• 支援多樣化服務需求 – 上網速度、傳輸資料量、傳輸品質、延遲時間 – 安全等級、傳輸可靠度 – 支援用戶數 – 移動性 – 價格、計價模式

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G關鍵技術

• 新空口 New Radio & Massive MIMO • 毫米波通訊 mmWAVE Communication • 小基站 Small Cell & Ultra-Dense Network (UDN) • 虛擬化 NFV (Network Function Virtualization) • 軟體定義網路 SDN (Software Defined Network) • 行動邊緣計算 MEC (Mobile Edge Computing) • 網路切片 Network Slicing

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G無線存取網路關鍵技術

• New Radio & Massive MIMO – 新的無線接取網路，滿足大寬頻與超可靠度低延遲上網需求 – 3GPP 標準: 5GNR (New Radio)

• mmWAVE Communication – 具備大頻譜(> Giga Hz)，可提供大寬頻上網能力 – 通訊品質差，通訊距離短，技術挑戰高 – 高頻通訊射頻元件: PA, 收發器, 天線陣列模組

• Small Cell & Ultra Dense Networking (UDN) – 超高密度組網，增加基站佈建密度，提升網路系統上網容量 – 研發小基站(Small Cell) – 小基站 Coverage減少, Capacity提昇, 組網功能

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Software Defined Network (SDN)

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• 網路控制信令與資料流分離 • 控制信令集中到“控制器”集中處理，動態控制網路設備

(router/switch)的資料交換動作 • SDN控制器提供可程式化標準API，以達成可程式化的網

路控制能力

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國立宜蘭大學 National Ilan University SDN示範應用情境

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• 在會話建立過程中，CP功能作為SDN控制器對路由器/交換機的角色來執行。

• CP功能使用SDi介面更新AN節點和UP功能之間路徑中交換機的路由表。 • 路由表中的轉發規則是基於UE的IP位址，例如：上傳UL透過來源IP位

址，下載DL透過目的地位址。

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國立宜蘭大學 National Ilan University Network Function Virtualization (NFV)

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• 核心網路軟硬體分離: 具NFVI標準硬體伺服器，促成核心網路功能虛擬化，可彈性部署核網軟體，建構虛擬化核網系統，有利於佈建網路切片功能

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國立宜蘭大學 National Ilan University 網路切片 (Network Slicing)

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• 網路模組組成不同的網路切片，以便支持不同的網路服務 • 由一個實體網路變成多個邏輯網路 • 最佳化資源配置與獨立

RAN

CP NFs for Slice B

U P NFs for Slice B

CP NFs for Slice A

U P NFs for Slice A

Slice Selection Function

(SSF)

Subscriber Repository

Network Slice A

Network Slice B

Network Slice C

Common CP NFs

Common CP NFs

CP NFs for Slice C

U P NFs for Slice C

Network Function (NF) Control Plane (CP) User Plane (UP)

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國立宜蘭大學 National Ilan University 行動邊緣運算 MEC

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• 針對個人需求和偏好量身定制情境化服務， • 有效利用無線網路資源 • 提升使用者服務體驗品質

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國立宜蘭大學 National Ilan University 4G 網路架構

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eNode B: Based Station. S-GW: Serving Gateway P-GW: Packet Data Network (PDN) Gateway MME: Mobility Management Entity HSS: Home Subscriber Server PCRF: Policy and Charging Rules Function

RAN: Radio Access Network CSCF: Call Session Control Function PDF: Policy Decision Function

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G 網路架構 (1)

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AMF PCF

UE (R)AN UPF DN

N13

N7

N3 N6

N2 N4N1

AFN5SMFN11

N9

AUSF

N8N12

UDM

N10

N14 N15

NSSF

N22

NextGen

UE

NextGen

(R)AN

NextGen Core Data

network

NG2

NG3 NG6

IMS/Internet

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G網路架構中主要元件

• Authentication Server Function (AUSF) • Access and Mobility Management Function (AMF) • Data network (DN) • Unstructured Data Storage network function (UDSF) • Network Exposure Function (NEF) • NF Repository Function (NRF) • Network Slice Selection Function (NSSF) • Policy Control function (PCF) • Session Management Function (SMF) • Unified Data Management (UDM) • Unified Data Repository (UDR) • User plane Function (UPF) • Application Function (AF) • User Equipment (UE) • (Radio) Access Network ((R)AN)

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G 網路架構 (2)

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G NR與核心網路佈建選項

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EPC

eNB gNB

5GC

eNB gNB

Migrate

5G Radio in NSA Mode

5G in SA Mode

CP UP

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國立宜蘭大學 National Ilan University 5G目前商用情況

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國立宜蘭大學 National Ilan University 結語

• 國際領導電信業者在5G投入重點，在三大應用中均以eMBB相關應用(如UHD影音串流、AR/VR/MR內容傳輸等)發展較快、IoT次之。

• 5G主要發展國家預計2018~2019會建置5G示範場域，大約在2020年會有商用化的5G服務。

• 在5G演進過程中，軟體定義網路、網路功能虛擬化、網路切片、行動邊緣運算是重點技術，可實現應用客製化

• 台灣電信業者、設備業者、晶片業者已陸續與國際大廠透過策略聯盟、聯合開發，加速5G相關技術與服務的發展。

• 本次演講介紹了5G次世帶行動通訊的演進、需求、架構及元件，希望大家可以藉此瞭解5G的技術與特色，找出適合5G運行的應用服務。

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國立宜蘭大學 National Ilan University 更進一步資訊

• 電信商對5G觀點https://www.ericsson.com/en/networks/topics/network-slicing

• 網路切片 https://wechat.kanfb.com/archives/139798

• SDN/NFV http://www.2cm.com.tw/markettrend_content.asp?sn=1603090014

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