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云铸网柔 网随人动 灵动随选 万物互联 软件定义服务对5G网络的影响和挑战
日 期:2019-01-17   来源:赛特斯柔性信息系统研发部高级架构师 王李明

4G改变生活、5G改变社会。相比于4G等传统移动通信技术,5G具有更高的带宽、更低的时延、更广的连接和更可靠的性能,能够实现万物互联,多场景共存。5G商用后将会促进更多应用场景的产生和更多商业模式的创新,是一场万人瞩目的技术新盛宴。而这些极致的体验、效率和性能要求就需要新技术和新架构来支撑。

随着2018年6月3GPP组织在第80次TSG RAN全会上发布了第五代移动通信技术标准(5G NR)独立组网功能正式冻结,5G标准正式形成,对5G支撑的新技术和新网络架构也最终确认,5G正式进入商用冲刺阶段。从这份正式的标准中可以看到5G参考借鉴了4G的优点,同时改进了4G技术的缺陷,比如新型多天线、高频段传输、D2D技术、新型多址技术、密集组网和超密集组网技术等。而这些新技术的实施,需要更灵活、更开放、更智能的新型网络架构。

根据标准来看,新的网络架构继承了在4G C-RAN网络架构优点,同时受到IT领域云原生、微服务、SDN、NFV、人工智能、大数据等热点技术的影响,提出了软件定义的灵活网络、开放性的分层网络、IT化的可扩展网络。

基于云计算和SDN思想的5G网络架构

4G网络采用“不同功能、各自开放”能力开放架构,网元控制功能分布在全网不同网元上,能力开放平台南向需维护多种协议接口,导致支持能力开放的网络结构异常复杂,部署难度大,用户体验不友好。

但是5G网络有多种部署场景,包括宏基站覆盖、微基站超密集组网、宏微联合覆盖。另外在目前的情形下,一定是4G网络和5G网络共存的状态,甚至3G网络也会存在,这进一步加强了网络部署和通信的复杂性。如果还是继续使用之前的网络架构,那么对成本和能耗都会带来不可估量的增加。解决方案就是使用管控和转发分离,逻辑上由3个功能平面构成:接入平面,控制平面和转发平面。控制功能为核心,以网络接入和转发功能为基础资源,向上提供管理编排和网络开放的服务,形成三层网络功能视图。这三个平面如果都使用通用的服务器加上云计算技术,就可以形成灵活的无线接入云、智能开放的控制云、高效低成本的转发云。不难看出通过引入三层架构,整个网络架构就变成了一个SDN思想的网络架构:

1.标准的对外开放接口。5G网络能力开放平台实现了对集中部署的控制面功能的统一调用,允许第三方对网络功能如移动性、会话、QoS和计费等功能的统一调用,实现业务的深度感知和业务优化。

2.控制功能集中化和软件化,形成可编程能力。控制平面基于可重构的集中的网络控制功能,供按需的接入、移动性和会话管理,支持精细化资源管控和全面能力开放。

3.转发平面具备分布式的数据转发和处理功能,提供更动态的锚点设置,以及更丰富的业务链处理能力。

通过以上的网络架构使得无线更加地智能感知,能随时对业务进行深度优化。基于控制转发功能分离的架构原则,5G网络能力开放平台实现了对集中部署的控制面功能的统一调用。网络控制功能逻辑集中并中心部署,与能力开放平台间实现简单化的统一接口,实现第三方对网络功能如移动性、会话、QoS和计费等功能的统一调用。

软件定义实现的5G柔性网络

物理网络上引入SDN/NFV技术后,5G硬件平台支持虚拟化资源的动态配置和高效调度。广域网层面,NFV编排器可实现跨数据中心的功能部署和资源调度,SDN控制器负责不同层级数据中心之间的广域互连。NFV/SDN技术在接入网平台的应用是业界聚焦探索的重要方向。利用平台虚拟化技术,可以在同一基站平台上同时承载多个不同类型的无线接入方案,并能完成接入网逻辑实体的实时动态的功能迁移和资源伸缩。利用网络虚拟化技术,可以实现RAN内部各功能实体动态无缝连接,便于配置客户所需的接入网边缘业务模式。另外,针对RAN侧加速器资源配置和虚拟化平台间高速、大带宽信息交互能力的特殊要求,虚拟化管理与编排技术需要进行相应的扩展。

SDN/NFV技术融合将提升5G进一步组网的能力:NFV技术实现底层物理资源到虚拟化资源的映射,构造虚拟机(VM),加载网络逻辑功能(VNF);虚拟化系统实现对虚拟化基础设施平台的统一管理和资源的动态重配置。SDN技术则实现虚拟机间的逻辑连接,构建承载信令和数据流的通路。最终实现接入网和核心网功能单元动态连接,配置端到端的业务链,实现灵活组网。比如5G网络中的网络切片就是网络功能虚拟化(NFV)应用于5G阶段的关键特征。一个网络切片将构成一个端到端的逻辑网络,按切片需求方的需求灵活地提供一种或多种网络服务。

软件定义5G网络架构的挑战

5G 需要支持多种异构的无线接入网,并通过统一的控制器进行资源管理,因此异构的无线接入制式,如何将其中的控制功能进行拆分,并融合成为统一的控制面,成为该架构实现的难点技术。

将通用硬件架构引入到 5G 无线网络中,相应的无线信号处理硬件,数据流转发硬件会被 X86 架构替代,相应的处理时延会增加,如何让 X86 更适应这些信号处理和数据转发机制,是需要重点关注的问题。

该架构拆分了更多的实体,必然导致原来无线侧和核心网侧的信令增加,如何减少信令,以便满足未来 5G 网络低时延的需求,是必须面对的挑战。

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