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5G新需求下无线网络重构的若干思考

更新时间：2019-12-08 00:33:36 大小：948K 上传用户：xiaohei1810 查看TA发布的资源 标签：5g 无线网络重构 下载积分：1分评价赚积分（如何评价?）打赏收藏评论(0) 举报

资料介绍

认为无线网络重构技术是满足日益增长的数据业务需求的关键,虚拟化是实现无线网络重构的有效手段.通过无线网络架构的逻辑抽象和资源的池化虚拟,能够满足5G多种类型业务广泛连接的需求,并提供超高性能的数据传输体验.此外,还指出了无线网络虚拟化面临的挑战,认为未来的无线虚拟化网络将与大数据、人工智能等技术相融合,变得更加智能、灵活和高效.

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ZTE TECHNOLOGY JOURNAL

5G 新需求下无线网络重构的若干思考

冯建元等

专家论坛

DOI：10.3969/j.issn.1009-6868.2017.02.009

网络出版地址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/34.1228.TN.20170302.1645.004.html

本期专家论坛

栏目策划人

5G 新需求下无线网络

重构的若干思考

Wireless Network Reconstruction for 5G

冯建元/FENG Jianyuan,冯志勇/FENG Zhiyong,张奇勋/ZHANG Qixun

（北京邮电大学，北京 100876）

(Beijing University of Posts and Telecommunications, Beijing 100876, China)

中图分类号：TN929.5 文献标志码：A 文章编号：1009-6868 (2017) 02-0041-004

摘要：

认为无线网络重构技术是满足日益增长的数据业务需求的关键，虚拟化是

实现无线网络重构的有效手段。通过无线网络架构的逻辑抽象和资源的池化虚拟，

能够满足 5G 多种类型业务广泛连接的需求，并提供超高性能的数据传输体验。此

外，还指出了无线网络虚拟化面临的挑战，认为未来的无线虚拟化网络将与大数

据、人工智能等技术相融合，变得更加智能、灵活和高效。

续合元

关键词： 5G；无线网络虚拟化；架构

Abstract: In this paper, we propose that wireless network reconstruction is the key

to meet the growing demand of data service, and virtualization is an effective means

of realizing wireless network reconstruction. Based on the abstract logical network

architecture and the pooled virtual resources, diverse data services of 5G and super

high performance of wireless data transmission can be realized. Moreover, the

challenges of virtualization wireless network are pointed out, and it is believed that

wireless network virtualization will be more intelligent, more flexible, and more

efficient by the fusion of big data and artificial intelligence.

中国信息通信研究院技术与标准

研究所总工程师，教授级高级工程

师，曾任国际电信联盟-电信部门

（ITU-T）物联网全球标准化行动的

技术策略协调人、M2M 焦点组主

席，现任 ITU-T 第 13 研究组（SG13）

的副主席、中国通信标准化协会

（CCSA）泛在网技术委员会（TC10）

主席，担任电信研究院的硕士研究

生指导教师；长期从事电信网络与

交换方面的研究和标准制订工作，

对于信令和网络协议有深入的研

究，目前致力于未来网络、泛在/物

联网、车联网、工业互联网的研究。

Keywords: 5G; wireless network virtualization; architecture

然而发展无线通信技术面临着许多

1 虚拟化实现 5G 无线网络

新数据业务形势下的艰巨挑战。

的重构

首先，移动数据量仍然急速增

线通信的飞速发展正在深刻改

变社会生产和生活方式。推动

长。无线网络提供了诸如多媒体数

据服务、电子商务、电子政务、物联网

等种类丰富的无线数据业务，一方面

满足了公众多样的数据需求，另一方

面其带来的数据量的压力也是巨大

的。根据国际电信联盟报告及工信

部统计数据等资料预计，同 2010 年相

比，2030 年全球移动数据流量（仅移

动业务数据）将增长近 2 万倍，而中

无

无线通信技术发展可以抢占新一轮

科技革命和产业变革制高点，重塑全

球竞争力优势。在这种需求背景下，

5G 的研发和演进成为了重中之重，

收稿日期：2017-03-02

网络出版日期：2017-03-02

2017 年 4 月第 23 卷第 2 期 Apr. 2017 Vol.23 No.2

中兴通讯技术

万方数据

ZTE TECHNOLOGY JOURNAL

冯建元等

5G 新需求下无线网络重构的若干思考

专家论坛

[4]

国的移动数据流量增速高于平均水

平，其增长将高达 4.2 万倍^[1]。如何保

障如此庞大的需求将会是严峻挑战。

第二，移动终端数量将迅猛增

长。5G 网络的目标之一是实现万物

互联的物联网，这不仅将移动通信设

备，也将工业设备、家具电器等电子

终端融入了无线网络，网络中的设备

数量将成倍增长。根据思科等的资

料预测：到 2020 年，全球联网移动设

备数量将达到 250 亿，并继续加速增

长；物联网连接数到 2020 年达到 72

亿，2030 年将接近 1 000 亿^[1]。

线网络虚拟化将无线网络中多种多

样的无线资源进行池化和划分，可以

以构件的形式对不同颗粒度的无线

网络资源进行剪裁和组合，实现了网

络中多种资源的统一灵活调度；此

外，无线网络虚拟化对网络功能的抽

象也为网络业务的解耦合，进而实现

网络的重构提供了解决方案。

拟专用网络（VPN）和主动可编程网

络（APN），前两者将网络进行逻辑上

的划分，APN 则通过网络应用编程接

口（NAPI）开放网络的物理资源。

2009 年，Nick McKeown 等人提出了软

件定义网络（SDN）^[5-7]，更是助推了网

络虚拟化研究在有线网络的展开。

然而，无线网络与有线 IP 网有着巨大

的不同：首先，无线网络具有地理特

征的小区概念；第二，无线网络具有

IP 网络没有的信令；第三，无线资源

是多种类多维度的。这些不同造成

有线网络虚拟化技术并不能直接应

用于无线网络。

无线虚拟化网络能够打破网络

间的壁垒，使资源利用更有效率，网

络管控更加灵活，网络的可重构性使

网络升级更加便捷，成本更低，在保

障用户体验的同时，降低运营商的投

资成本和运行成本。因此，虚拟化是

实现无线网络重构，满足 5G 新形势

下业务需求的有效手段。

第三，数据业务种类多样化，高

可靠和低时延要求的数据业务增

加。随着移动互联网提供的数据业

务种类多样化，数据业务对网络的需

求不再仅仅是传输容量的增加，一些

新型的业务类型，如：高速铁路通信、

虚拟现实、云协作、车联网等，均要求

得到高可靠性和低时延的通信服

务。如何在满足传输容量的基础上，

满足差异化的数据业务需求，也将是

5G 面临的巨大挑战。

无线虚拟化研究的任务和挑战

主要分为以下几方面。首先，要设计

出能够支持无线资源池化和无线网

络重构的无线虚拟化网络架构。当

前无线网络架构的静态、封闭，造成

无线资源利用率低下，无线网络架构

不能灵活重构，无法为用户提供广泛

接入，也使得无线网络的升级换代周

期漫长，且成本高昂。第二，要实现

无线网络的控制与业务分离和无线

网络协议的虚拟划分方法。虚拟划

分无线网络协议能够实现虚拟逻辑

网络的重构；而分离控制平面和业务

平面能够有效降低无线网络重构带

来的信令开销，提高信道资源的有效

传输效率。第三，要研究多域无线资

源的虚拟化方法，包括：虚拟资源的

动态资源映射、分配以及迁移的方法

和机理，对处理资源的基站进行水平

共享，动态部署，按需分配。第四，要

研究无线融合网络中通信、计算和存

储多域资源的认知协同优化技术。

无线资源是多维多域的，充分挖掘不

同维度资源相互协作的潜力，如：计

算换容量、存储换容量，是提升无线

通信网络性能的新思路。

2 无线网络虚拟化的内涵

与挑战

无线网络虚拟化，就是借用有线

网络中软件定义网络（SDN）和网络

功能虚拟化（NFV）的思想，将无线资

源如频率、时间、编码、功率等虚拟为

一个统一的资源池，对资源池的无线

资源进行按需整合，从而使不同类

型、不同需求的无线数据业务形成各

自针对性的逻辑网络，这种逻辑功能

上的网络相对于传统物理上的网络，

是虚拟化和相互独立的。根据国际

电信联盟电信标准局的定义，无线网

络虚拟化包含了如下两个关键技术

特征^[2]：

数据流量的快速增长，业务流量

的不均匀分布和数据业务类型多样

要求网络具备灵活的链路调配能力

和对不同数据业务的适配能力，换言

之，网络的重构技术是满足新形势下

数据业务需求的关键。然而，要实现

网络的重构，技术上还面临严峻挑

战。首先，当前无线网络中设备数量

庞大且种类多样，对应的无线资源也

丰富多样，这些无线资源难以统一调

度；第二，现有无线网络中的设备体

系是垂直化的，网络缺乏弹性，扩展

性不佳；第三，当前无线网络中很多

业务服务形式仍然是紧耦合的，不利

于网络的重构。

（1）将各种网络资源整合并抽象

的能力，例如资源池化和网络切片；

（2）网络间灵活管控的能力，例

如：控制与业务平面安全隔离等。

无线网络虚拟化技术能够通过

整个网络的协作与共享实现网络资

源的最优配置。它能够超越网络物

理层面的界限，实现整个网络的负载

均衡和无缝覆盖。网络资源利用率

可以得到提升，同时，灵活的网络管

理能够简化网络功能和控制流程，大

大降低网络的投资成本和运行成本。

网络虚拟化技术在有线网络领

面对这些挑战，解决的关键是如

何实现无线资源和网络基础设施的

共享调度，建立面向业务服务的逻辑

网络架构。无线网络虚拟化给出了

解决的办法，通过网络的虚拟化、软

件化，使网络可以在通用的平台上进

行重构，具有良好的扩展性；同时，无

3 基于无线虚拟化的网络

架构演进

无线通信技术发展到 4G，传输技

术已得到极大地提升，我们通过各种

技术已经逼近了香农公式给出的信

[3]

域已应用于虚拟局域网（VLAN）、虚

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