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3.1 新型无线接入网架构

3.1.1 C-RAN、V-RAN和O-RAN

目前,LTE接入网采用扁平化网络架构,减小了系统时延,降低了建网成本和维护成本。5G采用云接入网架构,即所谓的Cloud-RAN(C-RAN),也有的公司称之为集中RAN (Central RAN)或一体化RAN(Single RAN),基本含义都相同。

C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电和实时云计算构架的绿色无线接入网架构。C-RAN的基本思想是通过充分利用低成本、高速光传输网络,直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号,以构建覆盖上百个基站的服务区域,甚至上百平方千米的无线接入系统。C-RAN架构适于采用协同技术,能够减小干扰,降低功耗,提升频谱效率,同时便于实现动态使用的智能化组网,集中处理有利于降低成本、便于维护、减少运营支出。目前的研究内容包括C-RAN的架构和功能(如集中控制、基带池RRU接口定义),基于C-RAN的更紧密协作(如基站簇、虚拟小区等)。

V-RAN也就是所谓的虚拟RAN(Virtual RAN),也有的书上称之为vRAN。简单地说,V-RAN就是把RAN对应的CU(BBU)和DU软件或微服务(Micro Service)甚至应用(APP),运行在通用的商用服务器上分割出来的不同虚拟机上(Virtual Machine,VM)或容器内(Docker/Pod/Container),通用服务器可以是基于x86 CPU架构或ARM架构的,安装免费的、通用的Linux操作系统(如CentOS),彼此隔离,这样部署起来更加灵活。也就是说,进入5G时代后,由于对Open RAN的推动和需求,即使在无线接入网方面,传统的通信技术(Communication Technology,CT)和通用的信息技术(Information Technology,IT)也开始加速融合成ICT技术,而且CT强依赖于IT。

O-RAN是指Open RAN,即开放RAN。O-RAN的主要目的就是实现所谓四化:网络智能化、接口开放化、硬件白盒化和软件开源化。详细的O-RAN技术与规范将在3.2节专门介绍。

3.1.2 SDN和NFV

云端虚拟化技术在IT行业的日益成熟和成功应用,以及互联网的开放思维,共同驱动各大运营商对移动通信网络架构及业务部署重新进行思考。

软件定义网络(Soft Definition Network,SDN) 的概念是让软件来控制网络,充分开放网络能力,是一种具有控制信令与用户数据分离(C-U Split)、网络功能集中控制、开放应用程序界面API这三大特征的新型网络架构和网络技术。通过引进SDN的概念,可以将封闭、垂直、一体化的传统电信网络架构一举转化为弹性化、开放、高度整合、服务导向及确保服务质量的分层网络架构。

在引入SDN后,面临的新挑战是如何进行网络功能的重构,如何设计新增接口协议,进而基于SDN实现架构的优化以及端到端信令流程的优化。另一方面,大量的复杂控制机制集中到SDN控制器上运行,也降低了SDN交换器的采购、管理与替换等成本,连带解决了被网络通信设备制造商的专用硬件设备绑定的问题。

网络功能虚拟化(NFV) 的目的之一就是实现特定的网络通信设备的软硬件功能解耦。NFV采用云端虚拟化为主的IT手段改造4G/5G核心网络,目前4G/5G核心网络上最重要的网元除了EPC就是IMS,其虚拟化后分别称为vEPC及vIMS,这样就可以采用市场上通用的服务器平台来替代原来昂贵的专用电信设备,单位计算性能价格比远低于电信设备,并且成本下降和更新周期的幅度数倍于专用电信设备,因而能够以更低成本、更快地引进新的IT技术和新的IT设备。IT技术与CT技术的深度融合,称为真正的ICT技术。

透过NFV,既有专用4G/5G核心网络的相关网络设备的功能以软件的方式虚拟化,并经由云计算(Cloud Computing)相关技术,硬件资源虚拟化为多个VM,利用云端计算的快速部署能力,使得各个EPC网元实体配置与优化周期(Network Entity)容量配置调整周期从数周缩短到数分钟,大幅提升EPC网络组件部署和更新的敏捷性,负载平衡机制提升了系统服务水平,每个VM可以迁移和重生,在本地或异地相互热备份,进一步确保网络的高可靠性。并实现设备容量按需求(On Demand)动态弹性扩充,确保系统的可维护性,且大幅降低服务器硬件基础设施建置与运维的成本。如此一来,4G/5G网络运营商和设备商的重点就能够转移到服务创新上,进一步为电信营运商创造更高的附加值及营收。

由于NFV与SDN技术双方的核心概念颇有相通之处,两者具备互补整合的条件,因此目前在4G核心网络实现虚拟化的工作中,经常将NFV与SDN相提并论,两者间未来可能发展出的协同运作模式也值得探讨。SDN负责层3以下的网络基础设施及低层网络流量转送的处理;而NFV则专责层3以上的网络上层应用服务设施弹性灵活的资源调度,两者相辅相成,营造出未来高效优化的运营商整合服务平台。

5G核心网络架构也将全面采用SDN和NFV技术。 C5nJYL5OGFM1qEyDOzt8hqdRLj0CzuUNv26kabncKkErGV0cb0Ko/hFUy4YzGUz0

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