A. 5g承载网的关键技术
5g承载网的关键技术分为三类:核心网、回传和前传网络、无线接入网。
1、核心网。核心网关键技术主要包括:网络功能虚拟化(NFV)、软件定义网络(SDN)、网络切片和多接入边缘计算(MEC)。
2、回传和前传网络。回传(Backhaul)指无线接入网连接到核心网的部分,光纤是回传网络的理想选择,但在光纤难以部署或部署成本过高的环境下,无线回传是替代方案,比如点对点微波、毫米波回传等。前传指BBU池连接拉远RRU部分,如C-RAN章节所述。前传链路容量主要取决于无线空口速率和MIMO天线数量,4G前传链路采用CPRI(通用公共无线接口)协议。
3、无线接入网。为了提升容量、频谱效率,降低时延,提升能效,以满足5G关键KPI,5G无线接入网包含的关键技术包括:C-RAN、SDR(软件定义无线电)、CR(认知无线电)、SmallCells、自组织网络、D2D通信、MassiveMIMO、毫米波、高级调制和接入技术、带内全双工、载波聚合、低时延和低功耗技术等。
B. 5g无线接入的关键技术主要包含
5G网络技术主要分为三类:核心网、回传和前传网络、无线接入网。核心网关键技术主要包括:网络功能虚拟化(NFV)、软件定义网络(SDN)、网络切片和多接入边缘计算(MEC)。
NFV,就是通过IT虚拟化技术将网络功能软件化,并运行于通用硬件设备之上,以替代传统专用网络硬件设备。
NFV将网络功能以虚拟机的形式运行于通用硬件设备或白盒之上,以实现配置灵活性、可扩展性和移动性,并以此希望降低网络CAPEX和OPEX。
NFV要虚拟化的网络设备主要包括:交换机(比如OpenvSwitch)、路由器、HLR(归属位置寄存器)、SGSN、GGSN、CGSN、RNC(无线网络控制器)、SGW(服务网关)、PGW(分组数据网络网关)、RGW(接入网关)、BRAS(宽带远程接入服务器)、CGNAT(运营商级网络地址转换器)、DPI(深度包检测)、PE路由器、MME(移动管理实体)等。NFV独立于SDN,可单独使用或与SDN结合使用。
C. 5g的三大核心技术
5G的三大核心技术分别是SBA、CUPS和网络切片。
什么是SBA?
SBA(ServiceBasedArchitecture),即基于服务的架构。它基于云原生构架设计,借鉴了IT领域的“微服务”理念。
众所周知,传统网元是一种紧耦合的黑盒设计,NFV(网络功能虚拟化)从黑盒设备中解耦出网络功能软件,但解耦后的软件依然是“大块头”的单体式构架,需进一步分解为细粒度化的模块化组件,并通过开放API接口来实现集成,以提升应用开发的整体敏捷性和弹性。
为此,业界提出了基于CloudNative的设计原则。
CloudNative的使命是改变世界如何构建软件,其主要由微服务架构、DevOps和以容器为代表的敏捷基础架构几部分组成,目标是实现交付的弹性、可重复性和可靠性。
微服务就是指将Monolithic(这个词太难传神翻译了,本文翻译成单体式应用程序)拆分为多个粒度更小的微服务,微服务之间通过API交互,且每个微服务独立于其他服务进行部署、升级、扩展,可在不影响客户使用的情况下频繁更新正在使用或盯的应用。
正是基于这样的设计理念,传统网元先是转换为网络功能(NF),然后NF再被分解为多个“网络功能服务”。
SBA=网络功能服务+基于衫弯和服务的接口。网络功能可由多个模块化的“网络功能服务”组成,并通过“基于服务的接口”来展现其功能,因此“网络功能服务”可以被授权的NF灵活使用。
其中,NRF(NFRepositoryFunction,NF贮存功能)支持网络功能服务注册登记、状态监测等,实现网络功能服务自动化管理、选择和可扩展。
CUPS
CUPS(ControlandUserPlaneSeparation),即控制与用户面分离。目的是让网络用户面功能摆脱“中心化”的囚禁,使其既可灵活部署于核心网(中心数据中心),也可部署于接入网(边缘数据中心),最终实现可分布式部署。
事实上,核心网一直沿着控制面和用户面分离的方向演进。比如,从R7开始,通过DirectTunnel技术将控制面和用户面分离,在3GRNC和GGSN之间建立了直连用户面隧道,用户面数据流量直接绕过SGSN在闹皮RNC和GGSN之间传输。到了R8,出现了MME这样的纯信令节点。
只是到了4.5G和5G时代,这一分离的趋势更加彻底,也更加必要。
其中一大原因就是,为了满足5G网络毫秒级时延的KPI。
光纤传播速度为200km/ms,数据要在相距几百公里以上的终端和核心网之间来回传送,显然是无法满足5G毫秒级时延的。物理距离受限,这是硬伤。
因此,需将内容下沉和分布式的部署于接入网侧(边缘数据中心),使之更接近用户,降低时延和网络回传负荷。
网络切片
5G服务是多样化的,包括车联网、大规模物联网、工业自动化、远程医疗、VR/AR等等。
这些服务对网络的要求是不一样的,比如工业自动化要求低时延、高可靠但对数据速率要求不高;高清视频无需超低时延但要求超高速率;一些大规模物联网不需要切换,部分移动性管理对之而言是信令浪费等等,为此5G要像一把瑞士军刀一样,多功能满足差异化的网络服务。
于是,我们就要把网络切成多个虚拟且相互隔离的子网络,分别应对不同的服务。
当然,这么灵活的切片工作岂是传统大块头的黑盒设备能担当的,自然要虚拟化、软件化,再将网络功能进一步细粒度模块化,才能实现灵活组装业务应用。
因此,3GPP就确认了由中国移动牵头26家公司提出的SBA构架为5G核心网基础构架。