5G业务模型和网络切片技术研究

论文总字数：24019字

摘 要

5G的特点是低时延、低功耗、大容量、超高传输速率和高可靠性。现阶段，5G的标准制定已有一定进展，大力推进5G移动通信技术的部署已成为各大国家和组织、各电信运营商及设备商的重要工作项目，预计到2020年5G就可以进入大规模商用。而网络切片技术在5G系统中也扮演着十分重要的角色，其通过按需分配资源使得5G不同应用场景下的差异化业务需求得到了满足。

本文首先回顾了选题背景及国内外5G发展现况，介绍了5G的概念、业务及其需求。然后阐述了一些5G系统中的核心技术如大规模MIMO，MEC等等，以及5G业务模型的建立。其次是对网络切片的概念、模型及使能机制进行了阐述。接着说明了仿真所涉及的原理，再然后是展示在matlab上仿真结果并进行分析，其中仿真由两部分组成，一是对5G业务模型进行建模；二是基于TCP滑动窗协议对网络切片进行了仿真。最后对全文进行了简单的小结。

关键词：网络切片，5G，5G业务模型，TCP滑动窗协议

Abstract

5G is characterized by low delay, low power consumption, large capacity, ultra-high transmission rate and high reliability. At the present stage, the formulation of 5G standards has made some breakthrough. Vigorously promoting the deployment of 5G mobile communication technology has became an important project of major countries and organizations, as well as telecom operators and equipment providers. It is expected that 5G will enter large-scale commercial use by 2020. Network slicing technology also plays a vital important role in 5G system, and it can meet the differentiated business needs of 5G under different application scenarios by allocating resource as needed.

This paper first reviewed the background of the topic and the current situation of 5G development at home and abroad, and introduces the concept, service and demand of 5G. Then some core technologies in 5G system, such as large-scale MIMO, MEC and so on, and the establishment of 5G service model are elaborated. Secondly, the concept, model and enablement mechanism of network slicing are described. Then it explains the principle of simulation, and then it shows the simulation results and analyzes them. The simulation consists of two parts. The first part is the modeling of 5G service model. Second, the network slice is simulated based on TCP sliding window protocol. Finally, a brief summary is given.

KEY WORDS: Network Slicing, 5G, 5G business model, TCP Sliding Window Protocol

目 录

第一章 绪论1

1.1 论文背景1

1.2 5G的发展现况1

1.3 本文研究内容3

第二章 5G业务及其模型4

2.1 5G概述4

2.2 5G业务及其需求5

2.3 5G核心技术介绍5

2.3.1 大规模MIMO5

2.3.2 新型无线网络架构6

2.3.3 超密集组网6

2.3.4 移动边缘计算7

2.4 5G业务模型8

2.5 本章小结9

第三章 网络切片技术10

3.1 网络切片原理10

3.1.1 网络切片的概念10

3.1.2网络切片的模型10

3.1.3 网络切片的使能机制12

3.2 网络切片的研究现状13

3.3 本章小结14

第四章 仿真平台的搭建15

4.1 概述15

4.1.1 TCP滑动窗协议机制15

4.1.2 5GS整体架构16

4.2 5G业务仿真原理16

4.3 网络切片仿真原理17

4.4 本章小结19

第五章 仿真结果展示与分析20

5.1 5G业务仿真结果及分析20

5.1.1 5G业务仿真结果20

5.1.2 仿真结果分析23

5.2 网络切片仿真结果及分析23

5.3本章小结26

第六章 全文总结27

参考文献28

致谢30

第一章 绪论

1.1 论文背景

互联网的迅速发展使得人们对生活质量的要求进一步提高，在这种情况下，就更为迫切的需要发展移动通信技术，以保障人们的日常生活得到满足及加快社会发展的步伐。此前，人们的日常需求（如视频通话、播放高清视频等）已经借由4G的普及而满足，整体生活质量也随之提高。但在未来，每个人拥有的智能终端数量可能会有爆发式的提升，再加之4G的传输速率上限无法满足人们。因此，对各大国家和组织、各电信运营商及设备商来说，研发和部署第五代移动通信技术是一项不可或缺的工作项目。

能有效保护信息安全且具有更低能耗、更高效益的通信网络，这应该是5G移动通信发展的方向。得益于目前最新一批网络技术的应用，现今在研究中的5G通信网络在信号传输、覆盖率等方面的服务质量有了大幅提升。与目前应用中的4G网络相比，5G大大提高了传输速度，同时还提高了对各种资源的利用率。

5G移动通信系统相关的国内外标准化组织明确了增强移动宽带(eMBB)、海量机器类通信(mMTC)和超高可靠低时延通信(uRLLC)作为未来三类主要的应用场景，相关系统设备的系统性能测试和相关业务的应用开拓也正在进行中；同时，5G愿景定义了更丰富的业务场景和全新的业务指标，其中，下一代移动网络(NGMN)组织在白皮书中给出了5G业务的八类二十五种USE CASE，这将对5G移动通信系统的网络侧的业务质量（QoS）保障和业务流量承载能力提出了更高的要求，为适应业务场景的差异化要求，在关键能力指标方面，5G移动通信系统在传统的峰值速率、移动性、时延和频谱效率的基础上，增加了用户体验速率、连接数密度、流量密度和能量效率等关键性能指标。在网络架构方面，为了满足5G不同应用场景下的差异化业务需求，网络切片技术借助对应的资源管理方法，将物理网络划分成多个虚拟的逻辑网络，即网络切片，每个网络切片以特定的网络特征为不同业务场景提供相匹配的网络功能。

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