中國工程院院士鄔賀銓:5G網絡技術面臨十大挑戰

劉晶

2020年1月9日，中國首批5G標準發布，推動5G相關產業加速發展。面向未來，中國工程院院士鄔賀銓認為，5G是一次網絡技術的變革，引入了很多過去沒有大規模使用的網絡技術。

從5G網絡技術構架看，底層傳統的傳輸承載網SDH在發生變化;三層網絡是IP層，以前是不面向連接的，因為5G要考慮引入IPv6，可能會使用網絡第二層的智能交換;二層也不會照搬以前的網絡，而是采用基于以太網的TSN（時間敏感網絡）。網絡切片、SDN（軟件定義網絡）、NFV（網絡功能虛擬化）、無定型小區、用戶中心網等新技術，都會在5G網絡中應用。

鄔賀銓表示：“5G標準很理想，但網絡現實很骨感。”并將由于新技術引入帶來的技術挑戰歸納為十項。

軟件定義網絡的挑戰

首先，軟件定義網絡帶來挑戰。互聯網建立以來，IP基本是分組的，但是是無連接的。每個IP包獨立寫入，而且走的路徑也可能不一樣，雖然都是從A到D，但實際上它們各自為戰。因為在互聯網初期網絡不穩定，以包為單位傳輸，即便某個包丟了，只要重傳這個包即可，而不需要一大半重傳，但這種做法犧牲了效率。

5G中基于IPv6實現選路也會帶來挑戰，因為IPv6地址不僅僅用來定義終端的位置和終端的身份，還定義了路由，這樣的好處能保證低時延和高可靠，這是5G所希望做到的，但是其中明顯也有挑戰。

SDN實現了傳送與控制分離，實際上把三層網的無連接變成面向連接。這里利用網絡操作系統集中管理網絡，基于大數據和人工智能為每一個業務流計算出端到端的路由，而且將路由信息嵌入到原節點的IPv6擴展報頭，并按原路徑傳遞到各節點，中間節點只需轉發而無需選路，保證低時延轉發。

雖然現在期待通過SDN對所有業務流和所有節點都實時優化，但大規模網絡、低時延響應的多目標優化是個難題。計算出來的路由不斷在變，網絡資源不斷在變，算出的路由可能互相沖突。一種解決方法是把SDN分成幾級，分區域選擇SDN。那么，本區域沒問題，但是跨區域的路由需要SDN之間交換業務流和網絡資源數據，增加了復雜性。另一種方法是只對部分業務流按面向連接轉發，其他業務流還得回到無連接方式處理。

網絡功能虛擬化的挑戰

傳統的交換機是專用硬件、專用軟件，傳統路由器也是專用硬件、專用軟件，設備是改不了的，它們在網絡架構中的工作層級也是固定的。而5G為了業務的靈活性，需要網絡設備有不同的能力，NFV（網絡功能虛擬化）的方向是硬件通用、軟件可以定義，當然這很理想。

NFV雖然提高了網絡利用效率，但是影響了時延。NFV使用的前提是對全局的業務流和網絡資源數據都要精準地獲得，SDN跟NFV同時操作，很難避免網絡資源沒有沖突。網絡設備的“白盒化”趨勢也存在問題，與專用設備相比，白盒化的時延可能要更大。而且網絡絕對不可能一天全部變成“白盒”，存量是做不了“白盒化”的，存量和“白盒”增量兩者共存于一個網絡中，NFV的效果能體現嗎？這也是一個挑戰。我們要考慮是否真的把網絡全部都變成NFV去做。

網絡切片的挑戰

按業務邏輯需求能夠組成不同的網絡切片，其中至少分三大類：增強移動寬帶、高可靠低時延、大連接。

通過網絡切片管理為每一個業務組織形成一個VPN（虛擬專用網絡），這是一個非常好的想法，但實際上是有困擾的。例如北京的交通，給公交車早高峰、晚高峰一條專用公交車道，如果建了5G之后對所有業務都用專用車道。公交車有公交車車道，大客車有大客車車道，小轎車有小轎車車道，對三輪車、摩托能做到這樣嗎？現在全鏈路的VPN很難。

5G想把這種網絡切片向大客戶開放，由客戶發現、選擇、生成和管理VPN，給大客戶提供按需實時動態調整的權利，但VPN并不能實現跨運營商。可取的辦法是只對時延、丟包率、可靠性有比較嚴格的業務提供網絡切片，跟現有4G網絡的VPN相比，5G的VPN可以實時提供。此外，要考慮以用戶價值為中心、按服務質量計費的模式，而不是按流量為單位的計費模式。

SBA的挑戰

SBA（基于服務體系）可以使5G業務是開放的。過去移動網的協議是專用、封閉的，現在為了適應未來業務需求把協議都互聯網化，如此一來，現有互聯網上的很多應用可以直接移植到5G，這是好事，但是帶來一個問題。

首先，類似SBA這種業務開放的思想30年前電信網就有。而現在網絡流量更大，問題也更大了。原來極少聽到運營商網絡被哪個黑客木馬攻擊癱瘓了。為什么？因為它是封閉的，不是通用的，特別是運營商的網絡協議是專用的。SBA使網絡和業務是開放的，協議是通用的，可以說5G與4G相比，具有更巨大的網絡信息安全風險。

這并不是說5G不安全，但為了5G業務的靈活性我們要承受這種不安全帶來的風險，這個過程不會是一帆風順的。

邊緣計算的挑戰

5G應用邊緣計算是希望把計算能力下沉到邊緣，邊緣負責處理對時間敏感的數據，并且過濾掉這些數據再上到中心云。按IDC的預測，未來會有超過50%的數據在邊緣層處理，而兩級云的成本只是單級云的39%，還要省錢，當然這是一個好事。

云計算的部分能力下沉，存儲和內容分發能力下沉，能夠適應低時延、快速處理，但是邊緣云顆粒度到什么程度？下沉到什么程度？是下沉到每一個DU分布單元，還是下沉到CU集中單元，還是下沉到更高一點的等級？邊緣計算的密集度怎樣選擇，這是一個挑戰。

邊緣計算不是固定的邊緣云，例如汽車一會兒接到這個基站，一會兒在那個基站，如果邊緣計算是落地在基站里，那么邊緣計算的點就要不斷地變，這產生了邊緣計算之間的通信。這種通信究竟通過中心云溝通，還是邊緣云與邊緣云之間溝通，現在沒有很好的研究。而且邊緣云與邊緣云之間的溝通，需要有大量的網絡開銷，會引入時延。

精準同步的挑戰

無論是NFV還是SDN，要同一時間收集所有節點報上來的數據都應該是同樣的，如果時間同步不精準，得出來的數據就不準確。這時基于不準的數據做出來的決策更糟糕。

過去電信網用的是IEEE1588做時間同步。1588是否能滿足5G的同步需求？按照目前的方法，時間的同步并不精準，因為算出來的時間偏離不斷地在變，可能將來5G對時間同步有新的要求。

運營支撐的挑戰

5G的運營支撐系統，不僅僅包括傳統網絡的故障管理、配置管理、告警管理、性能管理，還要包括NFV的管理，什么時候網元當路由器、交換機，什么時候當交叉鏈接用。隨著業務流的變化，同一時間，網元對某個業務流是路由器，對另外一個業務流又是交換機，這是變的。

而且網絡切片也在變，業務來了要切片，業務走了要撤銷，這是動態的。網管如果還是像以前那樣靠人工在網絡層面管理是根本不可能了，現在必須由信令來管，配以一個很復雜的編排器來設計網元和業務組成。全網如果做一個OSS會是非常復雜的，而且這么大的網絡處理能力和處理時延怎樣滿足要求？OSS可以分級管理，但跨區、跨OSS來協商，這也是一個很大的挑戰。

車聯網的挑戰

車聯網被認為是5G的重要應用場景，5G在接入網和核心網兩個方面都考慮了低時延的措施，但是面向個人通信的東西與面向車聯網有很大的不同。公眾網的個人通信平均要經過十多個節點，而車聯網的通信就是一兩跳。在多跳環境下，在控制時延上表現突出的技術，如NFV、網絡切片、SRv6等在車聯網場景下優勢并不明顯。

傳統的個人通信接入是點對點的方式，現在車聯網在V2V的場景下是點到多點、多點到多點方式，甚至是廣播方式，將增加頻率安排的難題，難以采用。沒法用D2D連接，那就借助V2N2V，時延就會略有增加。

面向公眾的通信所發送的信息是主叫方主動的，被叫方也是已知的;而車聯網中每一輛車發送的信息并不受車主所控。5G支持增強移動寬帶、高可靠低時延和廣覆蓋大連接的網絡技術在車聯網環境下其效果還值得研究。

5G雖然比4G更適合車聯網，但這些技術在車聯網并沒有真正發揮出作用，所以要看明年3月份車聯網的標準做成什么樣。

現在中國有13個直連點，負責連接全國30個省，有些省要出省連接，比如說貴州的電信和聯通、移動互聯，要通過重慶直連點才能溝通。如果車聯網還是用這種直連點，城市就會撞車。車聯網就要求直連點要在本城。

5G大連接的挑戰

5G支持1平方公里有100萬個物聯網設備連接，每個物聯網設備怎么樣接入呢？如果所有終端接入都要認證，一個一個認證肯定不行，這是個難題。大連接也不能慢，有的傳感器可以慢一點，但車聯網要快。mMTC要每個終端有安全算法和協議，但是安全算法要簡單，否則就會增加時延，又要安全又簡單，這本身是有難度的。

裝了uRLLC的終端本身要高可靠。過去用的是信用卡，現在這么大量的物聯網終端，要用什么方式管理？5G來了，在物聯網的認證、安全、標識和身份上，都有新的挑戰。

5G企業專網的挑戰

運營商的網絡主要是面向消費者設計的。5G采用的TDD模式，在同一個頻段上既有上行數據又有下行數據，消費者應用一般下行多，上傳少，是不對稱的，上行與下行用頻率的利用七三開。而面向工業應用，大部分工業傳感器上傳消息多，上行發視頻，下行接受網絡指令，這是倒的三七開。如果都在運營商網絡上有兩個不同配置，它要產生干擾，因為要選擇不同的載頻。

面向工業應用，企業要做專網投資，實現靈活配置和網絡安全，這都是好的。問題是需要電信管理部門給它發放專用頻率，現在歐洲已經預留了76MHz給5G專網用，德國分配了100MHz，上海商飛等企業也提出建5G專用網。

大多數企業可能會找運營商公網解決TDD上下配置不對稱的問題，這是需要考慮的問題。

鄔賀銓說，5G是網絡新技術的集中體現，除了上述十大網絡挑戰，其發展還面臨頻譜資源、站址選擇、網絡安全的挑戰。5G與物聯網、云計算和人工智能融合發展，催生新業態，但也帶來了社會影響、隱私保護法律適用上的新風險，因此在5G發展中，要從技術、管理、法制等方面逐步完善，推動5G應用。

（本文根據錄音整理，未經本人審閱。）