5G超密集网络虚拟化解决方案

袁建 张千

摘要

超密集网络虚拟化是5G建设的基础条件本文就超密集网络虚拟化进行了简单分析，并基于当前形式，分析了5G超密集网络虚拟化的一般解决方案，仅供参考。

【关键词】5G 超密集网络 虚拟化

5G时代即将来临中国三大运营商已经开始5G试点。5G的到来意味着网络数据流量将超越4G网络1000倍，而要实现它，超密集网络已经成为公认的解决途径。但现阶段5G核心网的关键技术是基于NFV/SDH的云化、网络切片、引入C/U分离的MEC。这些关键技术需要靠网络虚拟化来实现无缝衔接，这同样是业内共识。为此探5G讨超密集网络虚拟化具有非常显著的现实价值。

1 超密集网络虚拟化

1.1 超密集网络

早些年业内人士便预测到2020年通信数据速率将实现1000倍提升。要实现这一目标，业内提出了两种方式，一种是大规模布置宏基站天线，来获取更强大的室外空间增益。另一种则是超密集小区来满足室内外的数据需求。前者效果好，但成本高昂，后者成本低，但由于小区密集部署带来非常强的干扰，而且小区小基站覆盖范围有限，可能影响用户体验和网络容量。综合二者的优势，超密集网络虚拟化成为5G建设的基础。

1.2 网络虚拟化

网络虚拟化相当于一个专用网络，但与现在主流的MPLS（专线）存在本质区别，它是有一些共享技术创建出来的虚拟网络，不属于物理链接层面。现阶段网络虚拟化可通过五种方式来实现。

第一个是比较传统的分段路由和交换，这也是现在的主流模式。

第二种是Overlay，这种模式从云计算演化而来，随着SD-WAN的出现，Overlay进入分段基础设施的核心。

第三种是虚拟路由和交换，比方说现在的MPLS。

第四种，软件定义网络，也就是现在大热的SDN，虚拟化网络的关键在于软硬件解耦、硬件通用（硬件资源池化），有效调度管理。SDN是一种使用集中控制手段，以原有IP转发机制为基础，分离传统网络设备如交换机、路由等设备的逻辑控制与数据转发，这样控制层与数据层就实现了解耦，从而更加高效的管理网络设备和灵活的配置数据转发。

第五种则是SD-WAN，它是SDN和NFV两个虚拟网络因素驱动下产生的一种虚拟化网络模式，可能成为利益相关方最广泛的合作基础。

5G本质上是对现有的无线网络接入技术的一次升级演进，是真正的融合网。小型化超密集部署的基站在扁平化的网络架构中通过虚拟化技术叠加成一个大服务器集群。这个实际上就是超密集网络虚拟化。

2 超密集網络虚拟化解决方案

5G实际就是一个超密集的虚拟化网络。现在网络运营商探索的路子是SDN，在光纤传输网络中已经出现了SDN+OTN的SDON光网络。这揭示虚拟化已经不是阻碍，但超密集组网却是一个大问题，为此下文从云技术的角度来探讨5G超密集网络虚拟化解决方案。

2.1 网络架构

5G超密集网络虚拟化，从云计算的角度，实际就是将5G网络架构在云端上，实现核心网虚拟化、基站和终端虚拟化以及中继转发虚拟化。具体而言5G超密集网络虚拟化就是构建“三朵云”，控制云即智能开放的5G核心网，接入云即灵活的无线接入网，转发云即高效低成的中继转发。

其中控制云，现阶段核心思路是SDN，其在数据中心网络虚拟化、流量优化以及管理方面具备天然优势。具体是要实现网络控制功能集中、网元功能虚拟化、软件化、可重构以及支撑网络能力开放。

接入云，则是实现通过分离接入控制与承载，支持多种部署场景，并实现接入资源协同管理以及领域哦的网络功能与拓扑。

转发云，现阶段的SDN采取集中控制手段，实现控制与转发的解耦。转发功能靠近基站，并使业务能力与转发能力融合。

2.2 小区虚拟化

超密集网络，实际上就是缩短发送与接收两端的物理距离，最终提升终端用户的性能。一般是针对密集场景如住宅小区等。仅以住宅小区为例，采取小型化的基站设备，由小区用户自由、灵活、密集部署，通过智能化使用规则减少干扰，并实现小区全覆盖。

一般设计思路可以考虑以用户为中心的虚拟小区，即SVC。围绕它部署多个传输节点，在混合控制机制下形成虚拟小区。其中某一个节点被定义为MTP即主控节点，该节点作为本虚拟小区的主控中心，并与其他虚拟小区交互。实际可以看做是一个小型服务器，而无数个这样的小型服务器集成与5G核心网，则就是一个集中的服务器集群。

而要实现小区虚拟化，必须要解决两个问题，一个是干扰问题，二一个是移动性问题。前者在超密集网络中是必须要面对的问题，并且危害性很大。根据相关研究来看，干扰源一般来自小区专用参考信号，同时突发的数据流量也会对通信信道质量造成一定干扰。为此上文提及的SVC可以通过SoTA来实现小区与小区之间的分布式交互，以及小区内部的集中控制，通过用户干扰环境和业务状况来调控节点，可有效解决参考信号干扰问题，而小区与小区之间的分布式协作，通过快速协作，则能有效控制信号波动。

对于后者，主要就是要解决终端在移动过程中要能够无缝连接网络。现在主流的硬切换技术，解决了宏小区之间的移动性问题，但是在5G超密集网络下不适用，因为切换速度慢，影响体验，而SVC则是一种比较好解决方式，MTP根据终端与节点通信质量调整节点，实现快速切换节点的目的，保证用户移动时的体验。

2.3 终端虚拟化

终端虚拟化与上一节中的小区虚拟化类似，本质就是将一个用户的多个终端设备虚拟为一个用户组或设备组，基站联合接发数据。也就是基站与用户组之间的设备构筑直连链路。用户组之间的设备同样构成直通链路实现设备之间数据的同步，如果这个部分的链路足够好，那么用户组中的设备协作传输能力将非常显著。简单说就是假设一个用户有一台笔记本、一台平板以及一台智能手机，智能手机与基站建立直通链路，收发信息。而三台设备构建一个用户组，在组内三台设备通过一定手段处于同一网段，实现信息共享。

3 结束语

综上所述，5G网络实际上是一种的亿用户为中心的智能化融合网络，通过超密集网络实现网络的全覆盖，而基于虚拟化技术，实现集中控制管理，使任何一个位置的用户都可以通过业务QoE来获取高速率的通信服务。当然现阶段要实现还需要进一步的研究，本文的探讨可能有不足，但希望能有一定的帮助。

参考文献

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[2]迂姗姗.5G超密集网络组网与回程技术研究[D].北京邮电大学，2016.

[3]王庆扬，谢沛荣，熊尚坤.5G关键技术与标准综述[J].电信科学，2017，33（11）：112-122.