5G无线网络虚拟化研究.docx

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5G无线网络虚拟化研究

5G无线网络虚拟化研究

　　[摘要]传统的无线网络架构已经无法满足5G网络发展的基本要求，在这种情况下，需要从虚拟化技术的角度入手，深入研究5G无线网络虚拟化技术的相关内容，并提出改进意见。

本次研究结果显示，虚拟化技术能够满足5G无线网超高速率、超大连接的基本要求，在技术上具有先进性，因此应该得到相关人员的重视。

　　[关键词]5G无线网；虚拟化技术；3GPP

　　中图分类号：

TN929.5文献标识码：

A文章编号：

1009-914X（2018）19-0089-02

　　前言

　　现阶段我国已经基本建成了4G移动网络社会，并且基本步入了后4G时代，有关5G的标准体系正在快速构建之中，为加快5G社会的降临奠定了坚实基础。

与4G技术相比，5G无线网络具有更高的速率与更低的延迟，能更好的服务于社会，因此具有更加明显的社会价值与经济价值。

但是在实际上，传统的4G无线网络架构已经无法满足5G网络的发展需要，必须要从新的角度对5G网络的发展技术做研究。

　　1.5G无线网络技术研究

　　1.15G无线网络技术的基本特征

　　结合5G的市场需求，ITU在发布的关于5G无线网络的白皮书中，对5G无线网络的场景进行了定义，白皮书中强调，5G无线网络的峰值为10Gb/s，优于1ms的系统延迟，超过99.999%的系统可靠性等[1]。

从功能上来看，与当前的4G无线网络相比，5G的被称为“革命性的移动通信系统”并不是空穴来风，其相关功能要明显优于4G网络。

　　从功能应用上来看，5G所能适用的应用场景更加明确，一方面，需要5G网络的无线空口资源应该按照具体的需求做相应的分配，保证有移动无线网络需求的业务都能在短时间内得到有效的解耦，最终以更加灵活的方式完成资源调配。

另一方面，5G无线网络需要尽可能的处理能力软件解耦，按照不同的需求做分配，保证各种网络资源能在最快的时间完成整合，进而支持eMBB＼uRLLC等内在的复杂需求，最终完成资源的共享。

　　1.25G无线网络的技术体系

　　有关5G无线网络技术的发展，可以用“三步走”的战略来形容：

（1）2017年12月，完成非独立组网5G新空口标准化、网络架构标准化；

（2）2018年6月，完成独立组网5G新空口和核心网标准化；（3）2019年9月，满足全部ITU技?

g要求。

　　5G系统的框架结构如图1所示。

　　在图1的系统体系中，不同代码的解读为：

　　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。

　　在技术应用中，5G无线网络的关键技术主要分为：

大规模天线、超密集组网、全频谱接入、新型多址与多载波等。

　　2.5G无线网络虚拟化的分析

　　2.1无线网络虚拟化的内涵与挑战

　　所谓无线网络虚拟化，就是要通过有线网络中的SDN（软件定义网络）、NFV（网络功能虚拟化）等，将无线资源中的频率、实践等虚拟为一个统一的资源池，这样在对无线资源进行整合过程中，就能让不同类型的资源、不同需求的无线数据业务等，分别构建相应的逻辑网络，这种逻辑功能上的网络与传统意义上的物理网络相比，具有独立性、虚拟性的特点[2]。

　　同时，无线网络虚拟技术之所以能够通过整个网络协作与共享的方法实现网络资源的有效配置，就是因为无线网络信息化技术能够超越网络物理层面的限制，将更加丰富的无线网络资源应用到数据处理中，这样能够实现对整个网络的均匀负载，保证了网络资源的使用效率。

从另一角度来讲，在应用无线网络虚拟技术后，相关人员能够通过更加灵活的方法实现对无线网络运行流程的控制，进入降低无线网络的运行成本。

　　从技术应用来看，网络虚拟化技术在有线网络领域的应用主要集中在VLAN（虚拟局域网）、VPN（模拟专用网络）等，这些成功的案例为无线网络虚拟化的发展奠定了良好的基础[3]。

　　2.25G无线网络虚拟化技术应该满足的要求

　　2.2.1eMBB（高数据速率与高流量密度）的要求

　　eMBB已经成为5G无线网络虚拟化的主要技术特征，因此在虚拟化技术中，必须要充分考虑高数据速率与高流量密度的影响，并能从虚拟化技术的角度做改进。

　　根据表1提出的业务需求，在发展5G无线网络虚拟化中，首先要解决的就是如要实现无线资源和网络基础设施的共享调度，进而构建基于5G无线网络虚拟服务的网络架构。

在技术应用中，无线网络虚拟化给出了解决方案：

为了能够满足高数据速率与高流量密度的要求，需要通过网络的虚拟化，让网络能在相应的平台上完成重构，进而强化无线网络的扩展性，为高数据速率与高流量密度的实现奠定基础。

　　同时，为了更好的满足高数据速率与高流量密度的要求，无线网络虚拟化技术中，还能降5G无线网络中的各种无线资源做进一步的细化，这样就能以构建的形式分别对不同颗粒度的无线网络资源做深入整合，最终完成无线网络中多种资源的有效调度与处理，强化了其数据处理能力。

　　2.2.2低延时高可靠性

　　低延时高可靠已经成为5G无线网络的代表，与当前的4G无线网络相比，5G在数据传输上更具有优势，能够满足更大范围、更高频率、更低延迟的数据传输的要求[4]。

　　例如，视听互动的特征是人与环境或者与人之间的互动，或者控制一个UE，依靠视听完成反馈。

一般在VR和交互式的绘画用力中，延迟要求包括应用层的延迟，并可以在3GPP之外制定。

在这种条件下，为了支持低移动到光子能力的VR环境，5G系统应该支持：

①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]②运动的声音延迟[　　在这种情况下应该注意的是，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。

　　同时，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：

①音频延迟在[125ms-5ms]范围②音频先进在[45ms-5ms]范围

　　3.5G无线网络虚拟化的关键技术

　　5G时代将会带来传输方式与传输效率的变革，与4G网络送技术相比，5G时代具有超高带宽、超大连接、超低时延需求等，推动了无线网络虚拟化技术的快速发展，这离不开灵活的高校无线资源管理工作。

从当前的技术发展情况来看，5G无线网络虚拟化技术的应用主要集中在无线资源管理、小区虚拟化技术等方面。

　　3.1灵活无线资源管理

　　在虚拟化技术中，灵活无线资源管理的表现方式由很多种，包括多流的数据传输、授权/非授权的频谱聚合技术等。

　　其中，多流传输技术主要是指能够通过多条无线链路同时完成上行、下行的数据传输。

这样在无线虚拟化的架构中，通过控制平面，就能将无线资源做分割，每个被分割的无线资源切片中都会包含无线资源与接入网络。

在这种情况下，就能通过资源切片中的各种有限资源完成数?

?

传输，这样就能实现多流的数据传输。

　　授权/非授权的频谱聚合技术则是充分考虑了频谱质量、业务需求匹配等工作的要求，这是因为非授权段存在于多个通信系统之间，此时必须要充分考虑载波聚合系统的运行特征，并将其与非授权频段及通信系统做共存。

在这种情况下，非授权的载波在传输时将会尽可能的利用数据量高的业务，进而有效的控制用户需求的差异性，保证无线网络的整体运行质量[5]。

　　3.2小区虚拟化技术

　　小区虚拟化技术主要包括以用户为中心的虚拟小区、虚拟层、软小区等技术

（1）以用户为中心的虚拟小区技术，需要构建多个物理虚拟小区，并通过这些虚拟的小区构建一个完整的逻辑小区。

这样，虚拟小区的资源构成就能完全根据用户的移动业务需求进行实时的更改，最终满足用户的需求。

（2）虚拟层技术就是要通过虚拟层小区、实体层小区的划分，来解决5G移动无线网络下的组网频繁切换的问题，最终完成更加有效的虚拟小区合作。

　　①宏微分层。

这种分层方法与4G无线网络下的宏微分层存在明显的差别，这是因为在5G无线网络下，其分层结构中宏蜂层为虚拟层，主要功能就是承载控制各种信息命令，并完成移动性管理；微蜂层为实体层，承载业务传输的要求。

这样在两个层次的协同作用下，用户才能在5G网络下获得更好的感知。

　　②载波层/载波间分层。

在5G无线网络虚拟化中，对于单载波网络可以通过不同的系电脑构建虚拟的多层次网络，并依靠这种多层次网络来强化5G无线网络的运行效果。

　　4.5G无线网络虚拟化的实施建议

　　在对4G无线网络向4G+无线网络演进过程进行分析后可以发现，为了平滑有序的保证各项演进都能顺利的进行，在无线网络虚拟化实施过程中，可以适当的引用5G应用场景的虚拟化技术，并依靠该技术来推动5G无线网络的发展。

　　总体而言，无线网络虚拟化改进是一个循环发展的过程，在这个过程中，不仅要考虑当前无线网络架构、无线网络配套设施、传输资源等诸多因素的限制，还需要掌握无线资源管理、干扰控制协作技术的发展要求，这样才能满足5G无线网络要求。

总体而言，基于无线网络虚拟化已经成为5G无线网络的发展必然趋势，在这个过程中，应该通过逐步的实验积累经验，这样才能获得更好的技术储备。

　　从4G无线网络技术的发展情况来看，该技术主要采用了BBU与RRU分离的方法，其中BBU集中放置，这就成为无线网络虚拟化的雏形。

在这个技术中，通过分布式的基站，确保能够将基带处理单元与远程射频单元实施分离，这样才能有效的满足其技术应用要求。

而在5G无线网络下，其网络规划方式得到了进一步的完善，并出现了两种先进的组网方式，包括C-RAN组网方式与D-RAN组网方式两种。

从技术应用的角度来看，当基站不满足CU/DU的下沉条件时，可以采用C-RAN的模式，此时需要将CU/DU在综合接入机房中作统一的部署。

而如果基站与综合接入机房的距离胶圈，并且基站满足CU/DU下沉条件，可选用D-RAN模式，CU/DU下沉在基站、考节省资源，采用接入环方式。

按照单站平均带宽3G，考虑到安全性，单环最多10个点，接入环采用100GE即可满足。

　　当然，如果无线网络技术发展到5G阶段，可以预见其覆盖范围将会得到进一步的拓展，并且大规模的宏蜂窝网络技术还将会得到进一步的成熟，并最终演变成为虚拟层网络。

此时的宏蜂窝网络（虚拟网络形式）主要承担着广播、寻呼等控制功能，能为实现移动性管理提供帮助。

在这种情况下，大量广泛分布的小蜂窝也发挥着重要的作用，在5G无线虚拟网络中，小微蜂窝承担着数据传输的重要任务，并在同一层次下的虚拟小微蜂窝不会出现切换与移动，这样就有效的保证了网络数据的传输效果。

　　之后，中心控制节点能够在5G无线网络虚拟化的基础上实现高层协议功能，并且完成对相关数据的调度；远端的控制节点能够满足底层协议功能要求，帮助快速的实现本地化的资源管理。

在这种情况下，5G无线虚拟网络的蜂窝结构如图2所示。

　　结论

　　面对当前日益繁多的无线数据业务需求，5G无线网络必然要实现虚拟化处理，并根据未来可能产生的不同业务需求做改进，这样才能更好的满足也无线网络业务处理的要求。

从本次研究结果可知，无线虚拟化技术的出现有效的满足了未来5G无线网络技术的发展要求，适应未来无线网络技术的发展前景，因此该技术的推广具有必然性。

可以预见在未来的一段时间中，无线网络虚拟化技术将会发挥更大的作用，推动5G时代的降临。

　　参考文献

　　[1]杨峰义，谢伟良，张建敏.5G无线网络及关键技术[J].通信学报，2017，38（03）：

184.

　　[2]冯建元，冯志勇，张奇勋.5G新需求下无线网络重构的若干思考[J].中兴通讯技术，2017，23（02）：

41-44.

　　[3]雷秋燕.5G异构无线网络中WiFi分流技术研究[D].重庆邮电大学，2016.

　　[4]卢莹.5G基站虚拟化基站资源管理关键技术研究[D].华北电力大学（北京），2016.

　　[5]中国移动通信有限公司研究院.迈向5GC-RAN：

需求、架构与挑战V1.0[R].2016.