5G超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化解決方案

袁建 張千

摘要

超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化是5G建設(shè)的基礎(chǔ)條件本文就超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化進(jìn)行了簡單分析，并基于當(dāng)前形式，分析了5G超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一般解決方案，僅供參考。

【關(guān)鍵詞】5G 超密集網(wǎng)絡(luò) 虛擬化

5G時(shí)代即將來臨中國三大運(yùn)營商已經(jīng)開始5G試點(diǎn)。5G的到來意味著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量將超越4G網(wǎng)絡(luò)1000倍，而要實(shí)現(xiàn)它，超密集網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)成為公認(rèn)的解決途徑。但現(xiàn)階段5G核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)是基于NFV/SDH的云化、網(wǎng)絡(luò)切片、引入C/U分離的MEC。這些關(guān)鍵技術(shù)需要靠網(wǎng)絡(luò)虛擬化來實(shí)現(xiàn)無縫銜接，這同樣是業(yè)內(nèi)共識。為此探5G討超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化具有非常顯著的現(xiàn)實(shí)價(jià)值。

1 超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化

1.1 超密集網(wǎng)絡(luò)

早些年業(yè)內(nèi)人士便預(yù)測到2020年通信數(shù)據(jù)速率將實(shí)現(xiàn)1000倍提升。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，業(yè)內(nèi)提出了兩種方式，一種是大規(guī)模布置宏基站天線，來獲取更強(qiáng)大的室外空間增益。另一種則是超密集小區(qū)來滿足室內(nèi)外的數(shù)據(jù)需求。前者效果好，但成本高昂，后者成本低，但由于小區(qū)密集部署帶來非常強(qiáng)的干擾，而且小區(qū)小基站覆蓋范圍有限，可能影響用戶體驗(yàn)和網(wǎng)絡(luò)容量。綜合二者的優(yōu)勢，超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化成為5G建設(shè)的基礎(chǔ)。

1.2 網(wǎng)絡(luò)虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化相當(dāng)于一個(gè)專用網(wǎng)絡(luò)，但與現(xiàn)在主流的MPLS（專線）存在本質(zhì)區(qū)別，它是有一些共享技術(shù)創(chuàng)建出來的虛擬網(wǎng)絡(luò)，不屬于物理鏈接層面?，F(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)虛擬化可通過五種方式來實(shí)現(xiàn)。

第一個(gè)是比較傳統(tǒng)的分段路由和交換，這也是現(xiàn)在的主流模式。

第二種是Overlay，這種模式從云計(jì)算演化而來，隨著SD-WAN的出現(xiàn)，Overlay進(jìn)入分段基礎(chǔ)設(shè)施的核心。

第三種是虛擬路由和交換，比方說現(xiàn)在的MPLS。

第四種，軟件定義網(wǎng)絡(luò)，也就是現(xiàn)在大熱的SDN，虛擬化網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵在于軟硬件解耦、硬件通用（硬件資源池化），有效調(diào)度管理。SDN是一種使用集中控制手段，以原有IP轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制為基礎(chǔ)，分離傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備如交換機(jī)、路由等設(shè)備的邏輯控制與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，這樣控制層與數(shù)據(jù)層就實(shí)現(xiàn)了解耦，從而更加高效的管理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和靈活的配置數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

第五種則是SD-WAN，它是SDN和NFV兩個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)因素驅(qū)動下產(chǎn)生的一種虛擬化網(wǎng)絡(luò)模式，可能成為利益相關(guān)方最廣泛的合作基礎(chǔ)。

5G本質(zhì)上是對現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)接入技術(shù)的一次升級演進(jìn)，是真正的融合網(wǎng)。小型化超密集部署的基站在扁平化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中通過虛擬化技術(shù)疊加成一個(gè)大服務(wù)器集群。這個(gè)實(shí)際上就是超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

2 超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化解決方案

5G實(shí)際就是一個(gè)超密集的虛擬化網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商探索的路子是SDN，在光纖傳輸網(wǎng)絡(luò)中已經(jīng)出現(xiàn)了SDN+OTN的SDON光網(wǎng)絡(luò)。這揭示虛擬化已經(jīng)不是阻礙，但超密集組網(wǎng)卻是一個(gè)大問題，為此下文從云技術(shù)的角度來探討5G超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化解決方案。

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化，從云計(jì)算的角度，實(shí)際就是將5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在云端上，實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)虛擬化、基站和終端虛擬化以及中繼轉(zhuǎn)發(fā)虛擬化。具體而言5G超密集網(wǎng)絡(luò)虛擬化就是構(gòu)建“三朵云”，控制云即智能開放的5G核心網(wǎng)，接入云即靈活的無線接入網(wǎng)，轉(zhuǎn)發(fā)云即高效低成的中繼轉(zhuǎn)發(fā)。

其中控制云，現(xiàn)階段核心思路是SDN，其在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)虛擬化、流量優(yōu)化以及管理方面具備天然優(yōu)勢。具體是要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制功能集中、網(wǎng)元功能虛擬化、軟件化、可重構(gòu)以及支撐網(wǎng)絡(luò)能力開放。

接入云，則是實(shí)現(xiàn)通過分離接入控制與承載，支持多種部署場景，并實(shí)現(xiàn)接入資源協(xié)同管理以及領(lǐng)域哦的網(wǎng)絡(luò)功能與拓?fù)洹?/p>

轉(zhuǎn)發(fā)云，現(xiàn)階段的SDN采取集中控制手段，實(shí)現(xiàn)控制與轉(zhuǎn)發(fā)的解耦。轉(zhuǎn)發(fā)功能靠近基站，并使業(yè)務(wù)能力與轉(zhuǎn)發(fā)能力融合。

2.2 小區(qū)虛擬化

超密集網(wǎng)絡(luò)，實(shí)際上就是縮短發(fā)送與接收兩端的物理距離，最終提升終端用戶的性能。一般是針對密集場景如住宅小區(qū)等。僅以住宅小區(qū)為例，采取小型化的基站設(shè)備，由小區(qū)用戶自由、靈活、密集部署，通過智能化使用規(guī)則減少干擾，并實(shí)現(xiàn)小區(qū)全覆蓋。

一般設(shè)計(jì)思路可以考慮以用戶為中心的虛擬小區(qū)，即SVC。圍繞它部署多個(gè)傳輸節(jié)點(diǎn)，在混合控制機(jī)制下形成虛擬小區(qū)。其中某一個(gè)節(jié)點(diǎn)被定義為MTP即主控節(jié)點(diǎn)，該節(jié)點(diǎn)作為本虛擬小區(qū)的主控中心，并與其他虛擬小區(qū)交互。實(shí)際可以看做是一個(gè)小型服務(wù)器，而無數(shù)個(gè)這樣的小型服務(wù)器集成與5G核心網(wǎng)，則就是一個(gè)集中的服務(wù)器集群。

而要實(shí)現(xiàn)小區(qū)虛擬化，必須要解決兩個(gè)問題，一個(gè)是干擾問題，二一個(gè)是移動性問題。前者在超密集網(wǎng)絡(luò)中是必須要面對的問題，并且危害性很大。根據(jù)相關(guān)研究來看，干擾源一般來自小區(qū)專用參考信號，同時(shí)突發(fā)的數(shù)據(jù)流量也會對通信信道質(zhì)量造成一定干擾。為此上文提及的SVC可以通過SoTA來實(shí)現(xiàn)小區(qū)與小區(qū)之間的分布式交互，以及小區(qū)內(nèi)部的集中控制，通過用戶干擾環(huán)境和業(yè)務(wù)狀況來調(diào)控節(jié)點(diǎn)，可有效解決參考信號干擾問題，而小區(qū)與小區(qū)之間的分布式協(xié)作，通過快速協(xié)作，則能有效控制信號波動。

對于后者，主要就是要解決終端在移動過程中要能夠無縫連接網(wǎng)絡(luò)。現(xiàn)在主流的硬切換技術(shù)，解決了宏小區(qū)之間的移動性問題，但是在5G超密集網(wǎng)絡(luò)下不適用，因?yàn)榍袚Q速度慢，影響體驗(yàn)，而SVC則是一種比較好解決方式，MTP根據(jù)終端與節(jié)點(diǎn)通信質(zhì)量調(diào)整節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速切換節(jié)點(diǎn)的目的，保證用戶移動時(shí)的體驗(yàn)。

2.3 終端虛擬化

終端虛擬化與上一節(jié)中的小區(qū)虛擬化類似，本質(zhì)就是將一個(gè)用戶的多個(gè)終端設(shè)備虛擬為一個(gè)用戶組或設(shè)備組，基站聯(lián)合接發(fā)數(shù)據(jù)。也就是基站與用戶組之間的設(shè)備構(gòu)筑直連鏈路。用戶組之間的設(shè)備同樣構(gòu)成直通鏈路實(shí)現(xiàn)設(shè)備之間數(shù)據(jù)的同步，如果這個(gè)部分的鏈路足夠好，那么用戶組中的設(shè)備協(xié)作傳輸能力將非常顯著。簡單說就是假設(shè)一個(gè)用戶有一臺筆記本、一臺平板以及一臺智能手機(jī)，智能手機(jī)與基站建立直通鏈路，收發(fā)信息。而三臺設(shè)備構(gòu)建一個(gè)用戶組，在組內(nèi)三臺設(shè)備通過一定手段處于同一網(wǎng)段，實(shí)現(xiàn)信息共享。

3 結(jié)束語

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是一種的億用戶為中心的智能化融合網(wǎng)絡(luò)，通過超密集網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，而基于虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)集中控制管理，使任何一個(gè)位置的用戶都可以通過業(yè)務(wù)QoE來獲取高速率的通信服務(wù)。當(dāng)然現(xiàn)階段要實(shí)現(xiàn)還需要進(jìn)一步的研究，本文的探討可能有不足，但希望能有一定的幫助。

參考文獻(xiàn)

[1]姜曼.5G超密集網(wǎng)絡(luò)干擾對齊技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2017.

[2]迂姍姍.5G超密集網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)與回程技術(shù)研究[D].北京郵電大學(xué)，2016.

[3]王慶揚(yáng)，謝沛榮，熊尚坤.5G關(guān)鍵技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)綜述[J].電信科學(xué)，2017，33（11）：112-122.