5G无线网络虚拟化分析 本文关键词：无线网络，虚拟，分析
5G无线网络虚拟化分析 本文简介：【摘要】之前无线网络的架构已经不能使将来的5G超低时延、超高速率以及超大连接等方面的需要得到满足，为将超密集的组网所产生的问题给以解决，本文对于无线网络的虚拟化可行性以及必要性进行相关分析，而且给出面向于5G无线网络的虚拟化演进方面建议措施。【关键词】5G无线网络；虚拟化1引言当前在移动通信工艺方面
5G无线网络虚拟化分析 本文内容：
【摘要】之前无线网络的架构已经不能使将来的5G超低时延、超高速率以及超大连接等方面的需要得到满足，为将超密集的组网所产生的问题给以解决，本文对于无线网络的虚拟化可行性以及必要性进行相关分析，而且给出面向于5G无线网络的虚拟化演进方面建议措施。
【关键词】5G无线网络；虚拟化
1引言
当前在移动通信工艺方面已进到后4G的时期，5G相应的规范标准系统正在飞快进行构建。和3G往4G演化的驱动力为不同的，当前工业4.0、新型的城镇化还有智慧城市，还有消费升级持续推进社会的进步发展，因此4G向5G演化将面临一个需特点极具革新的阶段。移动通信技术所服务对象当前正在从人变成物，以及持续更新垂直方面应用使得网络方面需求从单一速率成为高可靠性、低时延、大连接以及高速率的繁杂组合。
25G重要特征还有无线网络关键技术
2.15G重要特征
对5G需求特点，ITU所发布的5G白皮书当中对于5G三大场景进行相关定义。而且ITU对5G频谱效率、峰值速率还有用户体验的时延、速率、移动性、区域的容量、连接密度还有网络能效等八个方面的重要能力。需尽量做到对于处理软硬件解耦，而且依据需要分配处理水平还有资源，使网络能力得到飞快地调整以及匹配得到实现，从而对涵盖uRLLC、mMTC还有eMBB在内的复杂需求获得实现，而且使得更加高效的网络资源共享以及复用得到实现，如图1~2。其中，-AUSF：认证服务器功能；-AMF：接入和移动性管理功能；-DN：数据网络，例如运营商的服务、互联网接入或第三方服务；-UDSF：非结构化数据存储功能；-NEF：网络曝光功能（包含三种能力：监控/供给/策略计费）；-NRF：网元贮存功能；-NSSF：网络切片选择功能；-PCF：策略控制功能；-SMF：会话管理功能；-UDM：统一数据管理功能；-UDR：统一数据贮存功能；-UPF：用户面功能；-AF：应用功能；-UE：用户设备终端；-（R）AN：（无线）接入网；-5G-EIR：5G设备身份登记。5G核心网基础构架正是基于云原生的微服务构架设计原则，以模块化、软件化的构建方式来构架5G核心网，以高效执行不同服务类型的网络切片。
2.25G无线网络中重要技术
5G无线网络当中关键工艺如图3所示。5G网络无线侧方面将引进全新空口。5GF-OFDM工艺能够使得可变子载波带宽基础的波形得到实现，稀疏码分多址工艺能够使得3倍的连接数得到提升。
33GPP的5G网络架构
3.15G系统构架
5G核心网基础构架正是基于云原生的微服务构架设计原则，以模块化、软件化的构建方式来构架5G核心网，以高效执行不同服务类型的网络切片。4G核心网中的MME、SGW和PGW被取代。4G中MME的功能被分解到AMF（接入和移动管理功能）和SMF（会话管理功能）中，SGW和PGW被UPF替代。用户面：用户面由UPF（用户面功能）节点掌控大局，UPF也代替了原来4G中执行路由和转发功能的SGW和PGW。控制面：控制面被分为AMF和SMF：单一的AMF负责终端的移动性和接入管理；SMF负责对话管理功能，可以配置多个。基于灵活的微服务构架的AMF和SMF对应不同的网络切片。AMF和SMF是控制面的两个主要节点，配合它俩的还有UDM、AUSF、PCF，以执行用户数据管理、鉴权、策略控制等。另外还有NEF和NRF这两个平台支持功能节点，用于帮助ex-pose和publish网络数据，以及帮助其他节点发现网络服务。
3.25GNRandNG-RAN
gNB：提供NR终端用户面和控制面协议、并通过NR接口连接5G核心网的基站节点。ng-eNB：提供E-UTRA终端用户面和控制面协议、并通过NR接口连接5G核心网的基站节点。3GPPTR37.876V0.1.0（2017-10）（Release15）对CU/DU的原则描述如下：一个eNB可以包含一个eNB-CU和若干个eNB-DU。eNB-CU和eNB-DU通过V1逻辑接口连接。一个eNB-CU可以控制一个或多个eNB-DU。每个eNB-CU控制的eNB-DU的最大数量仅受限于实际部署。一个eNB-DU支持一个或多个小区。但每个小区只能被一个eNB-DU管理。eNB-CU是不需要ID的。eNB-DU是否需要ID有待进一步研究，eNB-DU的ID是不需要被小区识别的。eNB-DU和eNB-CU之间通过V1接口互连。标准不应防止控制面和用户面分离。V1接口应分离无线网络层和传输网络层。V1接口应允许UE相关的信息和非UE相关的信息交换。UE初始接入时，C-RNTI在eNB-DU中分配。5G分离的RAN构架2相对于4GLTE接入网的BBU和RRU两级构架，5GRAN将演进为CU、DU和AAU三级结构。AAU：BBU的部分物理层处理功能与原RRU合并为AAU（ActiveAntennaUnit，有源天线处理单元）。CU：原BBU的非实时部分将分割出来，重新定义为CU（CentralizedUnit，集中单元），负责处理非实时协议和服务。DU：BBU的剩余功能重新定义为DU（DistributeUnit，分布单元），负责处理物理层协议和实时服务。RAN分离后，承载网也就分成了三个部分：前传、中传和回传。前传（Fronthaul）：AAU和DU之间。中传（Middlehaul）：DU和CU之间。回传（Backhaul）：CU以上。目前DU和AAU之间接口的标准化还没有达成共识，业内主要有NGFI、eCPRI和CPRI等方案。其中，有一种5G部署与4G类似，采用CU和DU合设的方式，只有前传和回传，主要为了降低时延。考虑到AAU和DU的传输资源，部分DU的物理层功能可以移到AAU。伴随RRU的小型化，甚至更激进的DU可以与AAU进行合并。
45G无线网的业务需求：低时延高可靠性
视听互动的特点是人与环境或人互动，或控制一个UE，并依靠视听反馈。在VR和交互式会话这样的用例中，延迟要求包括应用层的延迟（例如编解码器），可以在3GPP之外指定。为了支持低移动到光子能力的VR环境，5G系统应该支持：运动在7~15ms范围光子延迟的同时保持所需的用户数据速率[250mbps]、运动的声音延迟[<20ms]。注意：光子延迟的运动被定义为在VR耳机中用户头部的物理运动与更新图像之间的延迟。声音延迟的运动是指使用者头部的物理运动和从头戴扬声器到达耳朵的最新声波之间的潜伏期。为了支持语音会话中的交互式任务完成，5G系统应支持交互式语音服务的低延迟语音编码（100ms，单向到耳）。由于对音频和视频组件的单独处理，5G系统将不得不迎合VR音像同步，以避免对用户体验产生负面影响（即观众发现缺乏同步）。为了支持虚拟现实环境，5G系统应该支持音视频同步阈值：音频延迟在[125~5ms]范围、音频先进在[45~5ms]范围。
5无线网络的虚拟化构造以及重要技术
5.1无线网构造演变
在4G时期就有异构网概念被提出来。异构网狭义的形态被叫做分层异构网，这是指的在宏蜂窝对基础覆盖进行实施基础之上，他的微蜂窝用于对局部地区实施相关补充作用，宏观微观协同分层覆盖构造在4G网络之中已经获得部署。
5.24G无线资源协同还有干扰消除技术
4G多点协作传输工艺指的是在关于地理位置方面的多分散蜂窝之间动态协作水准，能够协同参加终端信息数据的传送，还或者是对于一个相关的终端所发出的数据信息实施联合的接受，并且对于小区的边缘用户进行服务质量给以相应改动，来使得小区尤其是边缘吞吐量获得有效提高。
5.35G无线网络虚拟化
高阶MIMO、低时延还有大带宽等多个方面的需求使得无线空口的物理层难以实现其虚拟化，所以在现在的有关3GPP方面的5G无线网络架构讨论，还是集中于无线链路层的控制层协议水平划分上，无线网络的虚拟化关键也是无线链路层当中对时延敏感性比较低的方面，还有无线资源的控制等多种功能。5.45G无线网络的虚拟化重要工艺第一方面，灵活的无线资源管理还有干扰抑制工艺。具体涵盖了5G多小区的协同工艺、自适应的干扰消除工艺以及多维资源的调度工艺。这其中的5G多小区的协同工艺为4G增强多点协作的传输工艺进一步进行演进得到。第二方面，小区的虚拟化工艺。小区的虚拟化工艺涵盖了以用户当做中心软小区、虚拟层以及虚拟小区等多种不一样的工艺技术。凭借用户来当做中心的虚拟小区工艺是把几个物理的小区给虚拟为单一逻辑小区，而且虚拟小区其资源的构成是可以依据用户业务以及移动方面的需求，还有无线环境改变等使得动态配置以及更改得到实现。虚拟层工艺指的是经过虚拟层的小区以及实体层的小区划分，对超密集的组网之下经常重选切换的情况进行解决，而且使得更加有效合理小区间的协作得到实现。
6无线网络的虚拟化进行实施的意见
4G往4G+网络进行演进的进程当中，为有序平滑地演变，应当考虑到提前引入与5G运用场景相符合的虚拟化工艺。无线网络实现虚拟化是一个循序渐进的流程，一方面上来说是需要凭借当前现网的架构和配套以及传输资源持续的推动来获得实现；另一方面而言需和无线资源管理以及干扰控制协作工艺发展结合起来。以无线网络的虚拟化基础为将来在网络发展方面必然的方向，所以应当经过逐步的试点对经验进行积累，积极实施相应资源以及技术储备。
7结束语
无线网络的蜂窝构造虽说是采取持续分裂与载波聚合多种方法，他的承载水平依旧是捉襟见肘的。干扰、切换以及重选等多方面的情况逐渐明显，无线网络的优化、规划以及建设方面面临着极为重大的挑战，这对运营商业务的拓展造成极大限制。对于上述的背景而言，无线网络的虚拟化为5G时代必经之路。该文章与现网状况以及技术的演进相结合，对无线资源的管理以及干扰抑制工艺进行相关分析，小区的虚拟化工艺等多种虚拟化需求的重要工艺。来提出逐步试点推动基带资源池化以及多点协作进行传输等多种工艺，对无线网络往5G转型升级来做好准备。
作者：罗卓鸿 单位：中睿通信规划设计有限公司
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