基于C-RAN的5G通信系統(tǒng)入網(wǎng)架構(gòu)

朱 艷

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

在當(dāng)今社會，通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展日新月異，5G移動網(wǎng)絡(luò)時代的到來已經(jīng)觸手可及。目前，全球產(chǎn)業(yè)界和學(xué)術(shù)界都在加緊研究5G通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，期望能夠盡快推出5G版本的通信系統(tǒng)，所有與5G網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的研究都是學(xué)術(shù)界的熱門話題[1]。在全球網(wǎng)絡(luò)用戶呈爆炸式增長以后，網(wǎng)絡(luò)空間中的數(shù)據(jù)量逐年增加，5G通信系統(tǒng)提出了云無線接入網(wǎng)絡(luò)即C-RAN方案，該方案一經(jīng)推出便引起了巨大的關(guān)注。本文對基于C-RAN的5G通信系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行研究，分析云無線接入網(wǎng)的現(xiàn)狀及基于C-RAN無線接入網(wǎng)的3大網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

1 云無線接入網(wǎng)絡(luò)研究

云無線接入網(wǎng)絡(luò)的概念最早由無線網(wǎng)絡(luò)云的觀點引出，目的是提高網(wǎng)絡(luò)的運行速度并降低運行成本。想要在不影響網(wǎng)絡(luò)使用的前提下減少網(wǎng)絡(luò)運行成本，就需要在減少光纖的使用方面進行研究。該方案具備基帶資源集中處理、協(xié)作式無線電、節(jié)能減排以及云計算等多種特性，在提高能源轉(zhuǎn)換率及網(wǎng)絡(luò)流量流速等方面具備較大優(yōu)勢[2]。C-RAN主要通過將基站的功能模塊虛擬化來降低網(wǎng)絡(luò)運營成本并節(jié)約能源，其能夠兼容各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的特性并彰顯其靈活性。傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)只考慮了提高能源利用率的問題，并沒有對網(wǎng)絡(luò)特性共存等進行研究，而C-RAN則是充分利用接入網(wǎng)絡(luò)的特性與優(yōu)勢，重新定義了云網(wǎng)絡(luò)、云平臺以及云服務(wù)器之間的聯(lián)系，也利用邊緣節(jié)點之間的可重復(fù)數(shù)據(jù)構(gòu)建了一個通信系統(tǒng)的專用連接通道，以此降低整個通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸壓力。

2 基于C-RAN的5G通信系統(tǒng)接入網(wǎng)架構(gòu)研究

2.1 RRU部署

在基于C-RAN的5G通信系統(tǒng)接入網(wǎng)架構(gòu)中可以布置大規(guī)模的RRU系統(tǒng)，進而實現(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的無限覆蓋，因此想要實現(xiàn)基于C-RAN的5G通信系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)，就需要首先實現(xiàn)RRU部署的研究。5G通信系統(tǒng)接入網(wǎng)中的信息密度是有一定限度的，因此RRU部署需要使用一種基于C-RAN的部署方案，即eRRU部署方案，這是一種能夠增加部分無線信號處理能力的通信系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)部署架構(gòu)[3]。有一些網(wǎng)絡(luò)需求量較大，網(wǎng)絡(luò)通信狀態(tài)變化較快的區(qū)域，網(wǎng)絡(luò)用戶的信息行為十分復(fù)雜，且通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋需求較大，此時可以通過預(yù)先部署網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的方式實現(xiàn)eRRU部署方案及一定數(shù)量的RRU部署。因為這種方式能夠適應(yīng)通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)狀態(tài)，所以稱其為智能化的RRU部署方案，以此構(gòu)建其通信系統(tǒng)的接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 通信系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

在網(wǎng)絡(luò)流量變化較小的區(qū)域，可以將RRU部署均勻分布，以此實現(xiàn)那些網(wǎng)絡(luò)流量變化迅速區(qū)域的綜合部署[4]。通常情況下，RRU部署會通過基帶池與網(wǎng)絡(luò)本地云平臺相連接，實現(xiàn)與一些網(wǎng)絡(luò)密集區(qū)域eRRU的互聯(lián)互動。當(dāng)一個區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)需求量較低時，該區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)負載量及覆蓋需求范圍就會相對較小。此時如果能夠滿足對于該網(wǎng)絡(luò)性能的要求，就可以實現(xiàn)該eRRU區(qū)域的潛在部署。通常情況下，此時該區(qū)域內(nèi)所有RRU部署的資源與信息都會經(jīng)由本地云平臺集中管控，并在接下來都可以承擔(dān)網(wǎng)絡(luò)云平臺的功能需求。當(dāng)該區(qū)域的網(wǎng)絡(luò)需求量迅速增加時，即使網(wǎng)絡(luò)信息需求量增加，網(wǎng)絡(luò)覆蓋面積變大，其觸發(fā)的5G通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也會自動運行，而不是直接癱瘓。

2.2 本地云平臺

本地云平臺的主要作用就是通過光纖將RRU部署體系與后臺云服務(wù)器連接起來，負責(zé)兩者之間的信息交互。該平臺的功能實體主要包括感知模塊、緩存模塊以及多網(wǎng)絡(luò)控制和融合實體模塊。在感知模塊中，網(wǎng)絡(luò)是一個各種信息相互交融的環(huán)境，背景信息十分復(fù)雜多變。在RRU部署與后臺云服務(wù)器之間存在一些網(wǎng)絡(luò)情景信息，通過獲取平臺的接入方式，準(zhǔn)確判斷網(wǎng)絡(luò)用戶的功能需求，根據(jù)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)獲取用戶的偏好類型，進而智能化地分配網(wǎng)絡(luò)資源，以此實現(xiàn)用戶滿意度的提高，使網(wǎng)絡(luò)向智能化的方向不斷發(fā)展。在緩存模塊中，互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)部的信息資源是一種距離移動用戶十分接近的的網(wǎng)絡(luò)邊緣結(jié)構(gòu)，這個模塊能夠最大限度地減少用戶使用的網(wǎng)絡(luò)流量，提高用戶的體驗感受。在使用新型緩存技術(shù)的前提下，用戶的移動流量會造成一定的重復(fù)下載，因此可以通過將下載內(nèi)容存儲在中間服務(wù)器的方式實現(xiàn)用戶網(wǎng)絡(luò)流量的減少，進而實現(xiàn)通信接入網(wǎng)絡(luò)的節(jié)能設(shè)計[5]。在多網(wǎng)絡(luò)控制和融合模塊中，5G通信網(wǎng)絡(luò)是一個泛技術(shù)的智能化系統(tǒng)，融合了多種業(yè)務(wù)體系，接入了多個技術(shù)架構(gòu)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的多層次覆蓋，達成網(wǎng)絡(luò)融合的整體最優(yōu)效果。

2.3 后臺云服務(wù)器

后臺云通常是作為一個龐大的數(shù)據(jù)中心為服務(wù)器工作，這些后臺云服務(wù)器通常會劃分為不同類型的小型虛擬網(wǎng)，如虛擬物聯(lián)網(wǎng)、虛擬尖端網(wǎng)以及虛擬運營ABC網(wǎng)等，每個虛擬網(wǎng)都會負責(zé)特定類型的業(yè)務(wù)。將這些虛擬網(wǎng)服務(wù)器劃分為不同的目標(biāo)類型，主要是為了能夠更好地使用業(yè)務(wù)特性，開發(fā)出不同的5G通信管理系統(tǒng)，以滿足5G用戶業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)需求。在5G的未來構(gòu)想中，物聯(lián)網(wǎng)是一個十分重要的數(shù)據(jù)連接中心，因此物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)對于時延的要求非常高。在這個物聯(lián)網(wǎng)的虛擬平臺中，其對應(yīng)的服務(wù)器均屬于本地云平臺，而物聯(lián)網(wǎng)的管理系統(tǒng)就給予這些虛擬平臺提高其時延和容錯率的能力[6]。在不斷的算法優(yōu)化中，整個物聯(lián)網(wǎng)體系所有算法的出發(fā)點都以降低時延和提高容錯率為出發(fā)點，相應(yīng)地，物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)在能耗及頻譜利用率方面的需求就會相應(yīng)降低。所有的5G系統(tǒng)都能夠以自身的特色為出發(fā)點，專注提升所需功能，而不需要將系統(tǒng)內(nèi)存浪費在不必要的方面。通過此類高配置和高處理能力的后臺云服務(wù)器，基于C-RAN的5G通信系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)能夠在未來5G通信中實現(xiàn)系統(tǒng)功能的極大提升，為5G用戶提供更好的功能性服務(wù)。

3 結(jié) 論

本文對基于C-RAN的5G通信系統(tǒng)接入網(wǎng)架構(gòu)進行研究，并對其標(biāo)準(zhǔn)化體系進行了相應(yīng)調(diào)研，不僅簡單闡述了大眾對于5G網(wǎng)絡(luò)的愿景與需求，還總結(jié)了5G通信系統(tǒng)在接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特征上的特點。根據(jù)學(xué)術(shù)界的理論分析確定了5G通信系統(tǒng)接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計機理與核心組成部分，根據(jù)現(xiàn)有文獻與上文的研究結(jié)果，簡單討論5G接入網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展前景，指明智能化才是未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展方向。