多网协同增强及关键技术研究

目录 1.引言............................................................12.多网协同愿景及驱动力............................................22.1多网协同的总体构想..............................................22.2多网协同的驱动力................................................33.多网协同应用场景................................................53.1移动通信网络间协同场景..........................................53.2移动通信网络与卫星网络协同场景..................................63.3移动通信网络与固定网络协同场景..................................74.多网协同架构设计................................................94.1总体网络架构....................................................94.2双接入终端.....................................................115.多网协同关键技术研究...........................................155.1签约管理增强...................................................155.2注册增强.......................................................155.3会话管理.......................................................175.4策略增强.......................................................206.总结和展望.....................................................24缩略语............................................................25参考资料..........................................................26贡献单位..........................................................27 IMT-2020(5G)推进组 1.引言 随着通信技术的发展与迭代，从2G的语音通话到如今的5G万物互联，每一代的移动通信网络都承载着特定时代的通信需求与技术突破。然而，面对数字时代数据洪流的冲击，单一网络架构的局限性逐渐显现，无法全面满足日益增长的带宽需求、多样化的应用场景以及对服务质量的高标准要求。多网协同的概念也因此应运而生，通过整合调度不同类型的网络资源，实现信息的高效可靠传递，从而提升整体网络性能和用户体验。 多网协同不仅仅是指网络之间的简单连接和资源调度，更重要的是根据用户的业务需求和网络状态，通过网络技术动态地对业务数据流执行分流、迁移和分离。这种技术手段使得用户数据流能够在多个网络接入点之间实现平滑切换，从而提升用户的服务带宽，并保障服务的连续性和稳定性。在未来，随着更多新兴技术和应用的出现，多网协同将成为实现全方位、全天候网络服务的重要基础。 在这一背景下，标准组织3GPP也对多网协同相关的关键技术进行了多个版本的研究与标准化，从Release16到Release18的移动通信网络与固网的协同研究，多网协同技术得到了较为成熟的演进与发展。当前，3GPPRelease19对移动通信网间的协作进行了相应的研究，在研究过程中，仍有许多问题有待进一步地明确与解决，如多网协同的架构设计以及关键技术等，本白皮书将从这些问题切入，对多网协同相应的需求场景、关键技术及未来展望等方面进行介绍与探讨。 IMT-2020(5G)推进组 2.多网协同愿景及驱动力 2.1多网协同的总体构想 多网协同致力于构建一个高效安全和无缝连接的未来网络环境，使得各种不同类型的网络资源（如4G/5G移动通信网络、卫星网络、固网等）能够无缝连接、协同工作，根据业务需求和网络状态，为用户提供具备更高带宽和更强可靠性的网络服务。多网协同的愿景是实现以下目标： 1.构建高效协同的网络 单一网络难以满足用户对高带宽、低时延、大连接数的需求，通过对业务需求和网络状态的分析，实现网络资源（如接入资源）的相互整合和优化配置。多种类型网络的协同工作能够最大化利用不同网络的优势，结合相应业务的需求，提供更加定制化的网络服务，提升用户体验。例如，在大型活动或紧急情况下，多网协同可以动态调整流量分配，确保关键通信的畅通；对于远程医疗应用场景，系统会优先保证视频会议的高清流畅。 2.提供无缝连接的网络服务 通过实现不同类型的接入网络（如移动通信网络与固网、跨代际移动通信网络之间、移动通信网络与卫星网络之间）无缝对接，用户在任何时间、任何地点都能获得稳定、低延迟的网络连接。例如，在偏远地区，卫星网络可以弥补地面网络覆盖不足的问题；在高密度人口区域，跨代际移动通信网络的协同则能提供超高速的数 IMT-2020(5G)推进组 据传输能力。这种无缝连接不仅增强了用户体验，还能确保关键任务应用的可靠性和连续性。 3.保障网络服务的安全可靠 在提供高效以及无缝衔接网络服务以增强用户体验的同时，构建一个安全、可靠的多网协同环境也至关重要。在此环境要求下，网络服务提供商须保护用户的隐私和数据安全，并防范网络攻击和故障。为保障多网协同的安全性和可靠性，可通过多层次的安全防护机制和容灾备份策略等方式，确保用户数据在传输过程中的安全性和完整性。 4.实现网络的可持续发展 构建高效的网络、提供优质和可靠的网络服务是网络发展的大势所趋，然而网络的发展不应以牺牲环境为代价，而是要在保障网络服务的基础上以追求绿色、低碳为目标。多网协同可以实现网络资源的整合并优化网络服务，一定程度上可减少不必要的网络资源消耗，降低网络运营成本，从而实现环境保护和经济效益的双赢。 2.2多网协同的驱动力 在总体构想之外，技术的创新发展也需要相应驱动力。多网协同的驱动力来自于对高效资源利用、服务质量提升、应对突发事件能力增强以及技术创新的追求等方面。具体如下： 1.高效资源利用 随着互联网应用的爆炸式增长，单一网络难以满足日益复杂的 IMT-2020(5G)推进组 服务需求。多网协同通过整合不同类型的网络资源（如移动通信网络、固定宽带、卫星通信等），实现资源的高效利用，如利用卫星网络补充地面网络覆盖不足等。 2.提升服务质量 随着新兴技术及应用的发展，不同的业务对网络提出了不同的需求，如在线游戏、远程医疗等应用对网络实时性要求较高，多网协同能够通过协同不同的网络资源显著提升用户服务质量。在当前网络拥塞或不可用时，可以切换到其他网络，保证服务的连续性和稳定性。 3.应对突发事件 在自然灾害或其他紧急情况下，单一网络可能因基础设施损坏而失效。多网协同能够提供冗余的通信渠道，即使部分网络受损，也能通过其他网络保持通信畅通，这对于应急救援和灾后重建至关重要。 4.推动技术创新 多网协同促进了网络技术的创新和发展。为了实现不同网络间的无缝连接和高效协作，需要开发新的协议、算法和技术。这不仅推动了网络技术的进步，也为未来新兴领域的发展提供了更坚实的基础。 IMT-2020(5G)推进组 3.多网协同应用场景 3.1移动通信网络间协同场景 移动通信网络间（如4G网络与5G网络，或5G网络与5G网络间）的协同可以是同一运营商的不同接入网络，也可以是不同运营商间基于合作协议的网络协同[1]。根据使用的业务需求以及两个接入网状态，业务数据流可通过分流和迁移的方式始终保持在畅通或时延最低的网络接入路径上传输[2]。通过移动通信网络间的协同，可以保障用户服务的连续性以及服务质量。 以扩展现实技术为例，随着XR技术的不断成熟与普及，沉浸式业务正逐步从概念走向现实。XR应用对数据传输的延迟、带宽、抖动等参数极为敏感，任何微小的波动都可能导致用户体验的显著下降，甚至引发用户晕动症等不良反应。针对这一挑战，采用基于双接入的XR业务可以在具备双制式覆盖（如NR和LTE）的热点区域中建立起双制式协同连接，实现数据的智能切换，从而显著提高数据传输可靠性和稳定性，保障XR业务的连续性，提高用户体验。基于双接入的XR业务保障模式是当前用户的XR业务由NR承载，在用户移动至NR弱覆盖或当前NR承载业务激增所带来的性能下降时，LTE能够迅速接管，保证XR业务数据传输的连续性，避免用户体验的中断。 多网协同在上述场景中能很好地解决某一接入拥塞造成业务中断问题，并能在终端设备移动时保持服务的连续性，有效保证用户 体验。 3.2移动通信网络与卫星网络协同场景 用户对移动互联网和智能终端越发依赖，使得解决某些地区的移动通信网络覆盖缺失或无线电条件差的问题变得迫切。在这些地区使用移动通信网络与卫星网络的双接入技术可以很好地弥补这些地区无法使用移动通信网络或移动通信网络信号较差的缺陷。 卫星接入有效填补移动基站小区的空隙，因此移动通信网络与卫星网络的协同可以扩大运营商的网络覆盖面积及改善无线接入的条件，并保障这些地区上用户业务的无缝衔接，保障了业务的连续性，尤其适用于偏远的山区、水下作业、度假区、高速行驶的交通工具等场景[1]。 由图3.2可以看到，移动通信网络与卫星网络的协同允许终端 IMT-2020(5G)推进组 同时通过一个移动基站接入和一个卫星接入注册至网络，并视具体的接入网覆盖范围、地面接入网是否可用、传输接入的负载状况等条件来引导终端设备业务流的分流迁移[2]，保证了不同场景下实时业务的可靠性和连续性。 3.3移动通信网络与固定网络协同场景 随着移动互联网的普及和智能终端的广泛应用，用户对网络的需求日益多样化和复杂化。在室内外不同场景下，网络覆盖和信号强度的差异往往成为影响用户体验的关键因素。移动通信网络以其高传输速率、大容量、低时延和广连接的特性，在室外广域覆盖场景中表现出色，但在楼宇内部和地下室等信号难以到达的区域，存在室内覆盖和穿透性方面的挑战，而固定网络具备室内强穿透能力，能够在用户脱离移动通信网络时迅速补位，成为移动通信网络的有效补充。因此，固网和移动通信网络的协同尤为重要。 当终端设备移动至移动通信网络与固网（如wifi网络）的覆盖区域时，移动设备自动选择最佳的网络接入方式，确保业务的连续 IMT-2020(5G)推进组 性和稳定性[3]。 固网与移动通信网的协同在工业物联网、学校、智能家居等需要进行高速数据连接业务的热点区域具有广泛应用前景和市场需求。用户在固网与移动通信网同覆盖区域内发生业务时，可以选择较优的一方提供服务或根据业务特性同时在两个接入上传输，并在一方网络不可用时，迅速将所有业务数据流切换至另一方，保障服务的可靠性以及连续性。 IMT-2020(5G)推进组 4.多网协同架构设计 为支持移动通信网络间的协同，多网协同技术对网络架构提出了新的要求，同时由于涉及到终端设通过双3GPP接入的注册以及会话的建立等，该特性也要求了一种支持新的能力的双接入终端（DualSteerDevice,DSDevice）。 4.1总体网络架构 为支持双接入能力，需对网络架构进行一定的增强。非漫游场景下支持双接入的多网协同架构如下图4.1.1所示。在非