基于軟件定義的以用戶為中心的5G無線網絡架構

張龍海

（福建省郵電規劃設計院有限公司，福建 福州 350000）

1 引言

現如今，移動網絡在以較快的速度發展著，使得人們的生活越來越方便，人們的生活質量也越來越好，人們對網絡的需求也隨之越來越強，人們對5G的建設完善充滿了期待。5G的發展空間還比較廣闊，其速率應該達到10 Gbit/s，對于空中接口頻譜效率以及功率效率而言，其均要比4G高10倍。

在人們日常的生活工作當中，會將5G逐漸應用開來，5G涉及的范圍會越來越廣泛，主要應用范圍是一些辦公以及住宅以及鐵路運輸等方面，由此可知，這些都會要求5G有更加完善的性能，必須可以在不同且較為復雜的環境里工作，在這樣的環境里完成無線傳輸，使得用戶享受到服務。與此同時，依據用戶的不同需求，指定與其相應的服務，將其個性化的特點凸現出來。

由于越來越多的用戶需要無線傳輸，必須將無線網絡的傳輸進一步提升，這便出現了技術的難題。現如今的空中接口技術在持續的改變著，這邊同時存在著較多的接入技術，現在接入網絡有GSM網絡、3G網絡以及LTE網絡等，各種各樣的網絡表現出來了相同的特點，分別有縱向分布以及相互封閉等。對于之前的網絡架構而言，有與網絡對應的控制單元，獨立的對其進行管理，在網絡間就難以進行交流合作，這便使得網絡的性能能以得到充分的發揮。

2 現有無線網絡存在的問題

對于現如今的無線異構網絡而言，其環境主要是很多種類的網絡一起存在，并且發展的越來越密集。經過對一系列研究調查可知如下幾點：

1）從網絡的角度。第一：現在的網絡架構對環境的感知較為薄弱。頻譜資源存在一定的限制，使得密集的網絡受到了嚴重的影響。只有將網絡間的資源進行科學合理的協調，才可以使得密集異構網絡的作用得到最大化的發揮。而如何才能實現對資源管理較為有效，必須要提升基站和用戶對環境的感知能力，并且不僅要感知局部的，而且要大范圍的感知，使得信息可以相互流通。現在得解決方案對信息的相互流通只是一種假設，但是實際的流通當中并沒有相應的處理平臺。第二：對于網絡中信令開銷與信息交互量，它們會將較多的資源進行占用。只有將網絡節點的數據互相流通開以后，才能進行無線資源的協調管理。在未來的發展當中，網絡必須盡可能的完善協作管理，從而才能使得網絡服務越來越好。由于信息交互的存在，才使得不同粒度進行相關的協作，例如：環境以及控制的信息等。現在得網絡部署的越來越密集，節點在以較快的速度增長著，信息交互的增長速度會更快，從而便會使得網絡資源被占據很大的一部分，并且信息是否可靠會直接對網絡的性能造成不可忽視的影響。在未來，密集網絡所面臨的問題，最主要也是最需解決的就是降低信令開銷，并且使信息越來越趨向于頑健。第三：難以將用戶的服務做到個性化。一般情況下，針對網絡資源控制而言，大多是以小區為單位的，所以沒有辦法將每一個用戶的需求都考慮到，對于一些同時使用很多網的用戶更加難以考慮到位，使得可以使用多個網絡用戶體驗不好的主要原因就是各個網絡之間太過獨立，其互相之間太過封閉。

2）從用戶的角度。現如今的網絡環境發展的越來越趨向于復雜化，而這些復雜化并不能提升用戶的體驗，用戶更加傾向于較為簡單的環境。但是對于網絡而言，他們是無法體會到的，決策應該越來越趨向于簡潔，用戶在任何的環境當中，他們需要的只是網速較快，不會去考慮究竟過程如何，對于用戶而言，管理辦法存在的問題主要有一下幾點：第一：用戶的網絡選擇較為復雜，人為的可以進行網絡的選擇。但是這樣選擇的結果并不一定就是最佳的選擇，用戶的通信質量并不一定就是最好的。與此同時，用戶的數量在持續增加，這樣的方法使得信令和控制的開銷被顯著的提高。第二：網絡在穩定以及公平方面的表現較差。絕大多數的用戶都認為影響網絡接入的原因有：自己的通信情況、網絡的剩余負載，將其他用戶的體驗拋之腦后。用戶體驗的網絡質量是好是壞，不同的用戶有著不同的使用體驗，質量也存在著差距。與此同時，由于用戶的位置不是固定的，會隨著位置的變化進行網絡的切換，這樣便使得網絡的質量較為不穩定。經過對以上內容的詳細分析，5G網絡必須要建立新的網絡架構，其必須比之前更加靈活開放。

3 一種基于軟件定義的以用戶為中心的網絡架構

現如今，5G也有自身的網絡架構，但是其主要關注的是采用什么方法可以將各種基站統一管理，而對用戶的管理拋之腦后。用戶在謀求較好通信質量的時候，必須經過較為復雜的網絡選擇。對于這些問題，提出了軟件定義的思想，它是將用戶始終放在了重要的位置。它充分考慮了用戶希望簡潔的想法以及未來對網絡的需求，第一：對于多種多樣的接入網絡，采取的是集中式的解決措施；第二：對每個用戶的網絡進行優化。圍繞著客戶建立相應的小區，用戶可以與其通信范圍內的所有基站通信，基站無論是之前的還是新的多模，都是可以的。這個架構突破了之前的限制，可以給用戶帶來更好的使用體驗，其主要包含了三層結構，分別是：

1）接入層。對于接入層而言，圍繞用戶建立相應的小區，構建是必須參考信號的強弱。在過去的小區里，基站往往將小區作為中心，很多用戶使用用一個基站。現在無線越來越密集，之前動物小區就很難再繼續滿足用戶的體驗，小區的負載也出現了較大的偏差。經過對接入點越來越密集的詳細分析以后，主張建立的小區應該把用戶放在中心。新的小區更加重視用戶的自身體驗，基站也是圍繞用戶的，所以多個基站可以為一個用戶服務。因為發射功率一般都不相同，所以新的小區并不是規則的形狀。新的小區行成的過程大致為：用戶對身邊的信號進行檢測；將檢測的信號與之前的做對比，最后選擇信號強的進行連接，該信號可以為給用戶帶來好的體驗。因為用戶的位置并不是一直固定的，不僅如此，一般情況下，用戶通信的環境也一直在改變，因此，檢測接入點是在線進行的，新的小區會自己隨著環境的變化發生相應的變化。用戶可以對多個情況進行比較，可以在同一時間使用多個基站，從而確定通信的質量。

2）本地控制與資源層。本地控制與資源層的主要工作是：將各個基站的底部物理資源進行全面的管控。LC是BBU的一種模塊結構，也是一個控制平臺，為各種協議建立的平臺。與之前的BBU相比，LC可以模塊化全部的物理層控制功能，主要的形式有調制以及編碼等。經過選取模塊，LC可以對物理層進行很好的管控，并且比之前的BBU更加靈活，使得各種通信得以實現。所以，針對BBU的各種處理功能而言，可以對其進行模塊處理，經過模塊化以后，BBU便可以接收上層的指示，從而選取合適的模塊，使得通信的質量得以提高。這個架構具有這些特點，分別是控制以及分類數據，從而解耦協議以及硬件，是的更改控制協議的花費得到顯著降低。因為之前的協議與硬件是完全耦合在一起的，如果對協議做出更新，那么硬件也必須隨之發生更新，因此會造成較多的花費。這是對物理層的一種虛化，可以統一管理各種各樣的無線。上層直接發出指令以后，可以直接對無線的接入點進行控制。

3）控制層。控制層的集中控制器通過軟件定義的形式管理資源層的LC。針對所有的用戶，集中控制器都會做一個VUC，VUC可以對與用戶相關的基站進行管控，從而使得用戶的傳輸質量在任何時候任何地方都可以保持較高的水平。對于選擇那個基站為用戶服務，VUC可以對各個基站的環境以及負載等情況進行分析，從而選擇最佳的基站。與此同時，基站的頻譜資源也是由VUC進行管控的，從而使得各個基站之間的互相影響較小，頻譜的效率發揮到了極致。各個VUC直接都有著自組織的能力，它主要是將各個用戶的資源進行協調管理，經過這樣的協調，是的各個用戶之間的干擾減小，各個用戶的體驗逐漸趨于平衡，使得頻譜的效率也得到了較為明顯的提升。

4 結束語

在未來的發展當中，無線會越來越密集，越來越異構化，各個網絡之間互相獨立，較為封閉，從而使得其性能受到顯著的約束。經過對現在網絡問題的分析，以及對5G架構的探討，提出把軟件定義作為基礎的網絡架構，它把用戶作為其中心，更好的滿足用戶的個性化需求。該論文描述的架構是從功能這個方面進行的，而其每一部分的內容依然需要進一步的探討研究。