5G超密集網絡虛擬化解決方案

袁建 張千

摘要

超密集網絡虛擬化是5G建設的基礎條件本文就超密集網絡虛擬化進行了簡單分析，并基于當前形式，分析了5G超密集網絡虛擬化的一般解決方案，僅供參考。

【關鍵詞】5G 超密集網絡 虛擬化

5G時代即將來臨中國三大運營商已經開始5G試點。5G的到來意味著網絡數據流量將超越4G網絡1000倍，而要實現它，超密集網絡已經成為公認的解決途徑。但現階段5G核心網的關鍵技術是基于NFV/SDH的云化、網絡切片、引入C/U分離的MEC。這些關鍵技術需要靠網絡虛擬化來實現無縫銜接，這同樣是業內共識。為此探5G討超密集網絡虛擬化具有非常顯著的現實價值。

1 超密集網絡虛擬化

1.1 超密集網絡

早些年業內人士便預測到2020年通信數據速率將實現1000倍提升。要實現這一目標，業內提出了兩種方式，一種是大規模布置宏基站天線，來獲取更強大的室外空間增益。另一種則是超密集小區來滿足室內外的數據需求。前者效果好，但成本高昂，后者成本低，但由于小區密集部署帶來非常強的干擾，而且小區小基站覆蓋范圍有限，可能影響用戶體驗和網絡容量。綜合二者的優勢，超密集網絡虛擬化成為5G建設的基礎。

1.2 網絡虛擬化

網絡虛擬化相當于一個專用網絡，但與現在主流的MPLS（專線）存在本質區別，它是有一些共享技術創建出來的虛擬網絡，不屬于物理鏈接層面。現階段網絡虛擬化可通過五種方式來實現。

第一個是比較傳統的分段路由和交換，這也是現在的主流模式。

第二種是Overlay，這種模式從云計算演化而來，隨著SD-WAN的出現，Overlay進入分段基礎設施的核心。

第三種是虛擬路由和交換，比方說現在的MPLS。

第四種，軟件定義網絡，也就是現在大熱的SDN，虛擬化網絡的關鍵在于軟硬件解耦、硬件通用（硬件資源池化），有效調度管理。SDN是一種使用集中控制手段，以原有IP轉發機制為基礎，分離傳統網絡設備如交換機、路由等設備的邏輯控制與數據轉發，這樣控制層與數據層就實現了解耦，從而更加高效的管理網絡設備和靈活的配置數據轉發。

第五種則是SD-WAN，它是SDN和NFV兩個虛擬網絡因素驅動下產生的一種虛擬化網絡模式，可能成為利益相關方最廣泛的合作基礎。

5G本質上是對現有的無線網絡接入技術的一次升級演進，是真正的融合網。小型化超密集部署的基站在扁平化的網絡架構中通過虛擬化技術疊加成一個大服務器集群。這個實際上就是超密集網絡虛擬化。

2 超密集網絡虛擬化解決方案

5G實際就是一個超密集的虛擬化網絡。現在網絡運營商探索的路子是SDN，在光纖傳輸網絡中已經出現了SDN+OTN的SDON光網絡。這揭示虛擬化已經不是阻礙，但超密集組網卻是一個大問題，為此下文從云技術的角度來探討5G超密集網絡虛擬化解決方案。

2.1 網絡架構

5G超密集網絡虛擬化，從云計算的角度，實際就是將5G網絡架構在云端上，實現核心網虛擬化、基站和終端虛擬化以及中繼轉發虛擬化。具體而言5G超密集網絡虛擬化就是構建“三朵云”，控制云即智能開放的5G核心網，接入云即靈活的無線接入網，轉發云即高效低成的中繼轉發。

其中控制云，現階段核心思路是SDN，其在數據中心網絡虛擬化、流量優化以及管理方面具備天然優勢。具體是要實現網絡控制功能集中、網元功能虛擬化、軟件化、可重構以及支撐網絡能力開放。

接入云，則是實現通過分離接入控制與承載，支持多種部署場景，并實現接入資源協同管理以及領域哦的網絡功能與拓撲。

轉發云，現階段的SDN采取集中控制手段，實現控制與轉發的解耦。轉發功能靠近基站，并使業務能力與轉發能力融合。

2.2 小區虛擬化

超密集網絡，實際上就是縮短發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等。僅以住宅小區為例，采取小型化的基站設備，由小區用戶自由、靈活、密集部署，通過智能化使用規則減少干擾，并實現小區全覆蓋。

一般設計思路可以考慮以用戶為中心的虛擬小區，即SVC。圍繞它部署多個傳輸節點，在混合控制機制下形成虛擬小區。其中某一個節點被定義為MTP即主控節點，該節點作為本虛擬小區的主控中心，并與其他虛擬小區交互。實際可以看做是一個小型服務器，而無數個這樣的小型服務器集成與5G核心網，則就是一個集中的服務器集群。

而要實現小區虛擬化，必須要解決兩個問題，一個是干擾問題，二一個是移動性問題。前者在超密集網絡中是必須要面對的問題，并且危害性很大。根據相關研究來看，干擾源一般來自小區專用參考信號，同時突發的數據流量也會對通信信道質量造成一定干擾。為此上文提及的SVC可以通過SoTA來實現小區與小區之間的分布式交互，以及小區內部的集中控制，通過用戶干擾環境和業務狀況來調控節點，可有效解決參考信號干擾問題，而小區與小區之間的分布式協作，通過快速協作，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絡。現在主流的硬切換技術，解決了宏小區之間的移動性問題，但是在5G超密集網絡下不適用，因為切換速度慢，影響體驗，而SVC則是一種比較好解決方式，MTP根據終端與節點通信質量調整節點，實現快速切換節點的目的，保證用戶移動時的體驗。

2.3 終端虛擬化

終端虛擬化與上一節中的小區虛擬化類似，本質就是將一個用戶的多個終端設備虛擬為一個用戶組或設備組，基站聯合接發數據。也就是基站與用戶組之間的設備構筑直連鏈路。用戶組之間的設備同樣構成直通鏈路實現設備之間數據的同步，如果這個部分的鏈路足夠好，那么用戶組中的設備協作傳輸能力將非常顯著。簡單說就是假設一個用戶有一臺筆記本、一臺平板以及一臺智能手機，智能手機與基站建立直通鏈路，收發信息。而三臺設備構建一個用戶組，在組內三臺設備通過一定手段處于同一網段，實現信息共享。

3 結束語

綜上所述，5G網絡實際上是一種的億用戶為中心的智能化融合網絡，通過超密集網絡實現網絡的全覆蓋，而基于虛擬化技術，實現集中控制管理，使任何一個位置的用戶都可以通過業務QoE來獲取高速率的通信服務。當然現階段要實現還需要進一步的研究，本文的探討可能有不足，但希望能有一定的幫助。

參考文獻

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