[PConline 雜談]作為新一代移動通信技術(shù)，5G為我們帶來了更高的數(shù)據(jù)速率與更低的延遲，甚至比4G快了100倍。在滿足移動超高清視頻、AR/VR等大流量應(yīng)用的同時，更將開啟萬物互聯(lián)、深度融合的發(fā)展新階段。如果說3G提升了速度，4G改變了生活，那么5G則是改變社會。在大規(guī)模商用到來之前，這些5G關(guān)鍵技術(shù)你真的了解嗎？

我們說，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要分為核心網(wǎng)、回傳和前傳網(wǎng)絡(luò)、無線接入網(wǎng)，但除了這些，還有很多其他的關(guān)鍵技術(shù)是你必須要了解的，比如軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)，網(wǎng)絡(luò)切片(Network Slicing)，云無線接入網(wǎng)(C-RAN)，認知無線電(CR)以及Small Cells等等。因此，在今天的文章中，我們將逐一為大家介紹這些相對生僻卻又十分關(guān)鍵的5G技術(shù)。

在核心網(wǎng)中，其關(guān)鍵技術(shù)主要包括了軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)、網(wǎng)絡(luò)切片和多接入邊緣計算(MEC)。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)，是我們最常聽到的一個詞匯，它是一種將網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層(也稱為數(shù)據(jù)面)與控制層(或稱為控制面)分離的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方案。

SDN將網(wǎng)絡(luò)控制面解耦至通用硬件設(shè)備上，并通過軟件化集中控制網(wǎng)絡(luò)資源。控制層通常由SDN控制器實現(xiàn)，基礎(chǔ)設(shè)施層通常被認為是交換機，SDN通過南向API(比如OpenFLow)連接SDN控制器和交換機，通過北向API連接SDN控制器和應(yīng)用程序。

因此，SDN可以實現(xiàn)集中管理，提升設(shè)計的靈活性，此外還能引入開源工具，具備降低CAPEX和OPEX以及激發(fā)創(chuàng)新的優(yōu)勢。

網(wǎng)絡(luò)切片(Network Slicing)

其實，我們之前在《5G切片到底“切”的是啥?又是如何實現(xiàn)的?》一文中，曾向大家介紹過5G網(wǎng)絡(luò)切片相關(guān)知識。簡單來說，5G切片就是將5G網(wǎng)絡(luò)切出多張?zhí)摂M網(wǎng)絡(luò)，從而支持更多業(yè)務(wù)。

眾所周知，5G網(wǎng)絡(luò)將面向例如超高清視頻、VR、大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等不同的應(yīng)用場景。不同場景，對網(wǎng)絡(luò)的移動性、安全性、時延、可靠性，甚至是計費方式的要求也是不一樣的。因此，需要將一張物理網(wǎng)絡(luò)分成多個虛擬網(wǎng)絡(luò)，每個虛擬網(wǎng)絡(luò)面向不同的應(yīng)用場景需求。虛擬網(wǎng)絡(luò)間是邏輯獨立的，互不影響。

網(wǎng)絡(luò)切片的優(yōu)勢在于，其能讓網(wǎng)絡(luò)運營商自己選擇每個切片所需的特性，例如低延遲、高吞吐量、連接密度、頻譜效率、流量容量和網(wǎng)絡(luò)效率，這些有助于提高創(chuàng)建產(chǎn)品和服務(wù)方面的效率，提升客戶體驗。不僅如此，運營商無需考慮網(wǎng)絡(luò)其余部分的影響就可進行切片更改和添加，既節(jié)省了時間又降低了成本支出，也就是說，網(wǎng)絡(luò)切片可以帶來更好的成本效益。

當(dāng)然，要在實現(xiàn)NFV與SDN之后才能實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，不同的切片依靠NFV和SDN通過共享的物理/虛擬資源池來創(chuàng)建。此外，網(wǎng)絡(luò)切片還包含MEC資源和功能。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)，即通過IT虛擬化技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)功能軟件化，并運行于通用硬件設(shè)備之上，以替代傳統(tǒng)專用網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備，它將網(wǎng)絡(luò)功能以虛擬機的形式運行于通用硬件設(shè)備或白盒之上，以實現(xiàn)配置靈活性、可擴展性和移動性，并以此希望降低網(wǎng)絡(luò)CAPEX和OPEX。

NFV要虛擬化的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主要包括交換機(比如Open vSwitch)、路由器、HLR(歸屬位置寄存器)、SGSN、GGSN、CGSN、RNC(無線網(wǎng)絡(luò)控制器)、SGW(服務(wù)網(wǎng)關(guān))、PGW(分組數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān))、RGW(接入網(wǎng)關(guān))、BRAS(寬帶遠程接入服務(wù)器)、CGNAT(運營商級網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換器)、DPI(深度包檢測)、PE路由器、MME(移動管理實體)等等。需要說明的是，NFV獨立于SDN，可單獨使用或與SDN結(jié)合使用(點擊查看詳細)。

多接入邊緣計算(MEC)

接著，再來講講多接入邊緣計算(MEC)。它被大眾熟知的叫法是移動邊緣計算，是一種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，為網(wǎng)絡(luò)運營商和服務(wù)提供商提供云計算能力以及網(wǎng)絡(luò)邊緣的IT服務(wù)環(huán)境，位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的、基于云的IT計算和存儲環(huán)境，它使數(shù)據(jù)存儲和計算能力部署于更靠近用戶的邊緣，從而降低了網(wǎng)絡(luò)時延，可更好的提供低時延、高寬帶應(yīng)用。

MEC背后的邏輯非常簡單，離源數(shù)據(jù)處理、分析和存儲越遠，所經(jīng)歷的延遲越高。MEC可通過開放生態(tài)系統(tǒng)引入新應(yīng)用，從而幫助運營商提供更豐富的增值服務(wù)，比如數(shù)據(jù)分析、定位服務(wù)、AR和數(shù)據(jù)緩存等。MEC最明顯的好處是，允許網(wǎng)絡(luò)運營商和服務(wù)提供商減少服務(wù)中的延遲，以便提升整體客戶體驗，同時引入新的高帶寬服務(wù)，而不會出現(xiàn)前面提到的延遲問題。

前傳(Fronthaul)和回傳技術(shù)(Backhaul)

前傳，指的是BBU池連接拉遠RRU部分，其鏈路容量主要取決于無線空口速率和MIMO天線數(shù)量，4G前傳鏈路采用CPRI(通用公共無線接口)協(xié)議；到了5G，由于其無線速率大幅提升、MIMO天線數(shù)量成倍增加，CPRI無法滿足5G的前傳容量和時延需求。為此標(biāo)準(zhǔn)組織正積極研究和制定新的前傳技術(shù)，包括將一些處理能力從BBU下沉到RRU單元，以減小時延和前傳容量等。

回傳，指的則是無線接入網(wǎng)連接到核心網(wǎng)的部分，光纖是回傳網(wǎng)絡(luò)的理想選擇，但在光纖難以部署或部署成本過高的環(huán)境下，無線回傳是替代方案，像點對點微波、毫米波回傳等。此外，無線Mesh網(wǎng)絡(luò)也是5G回傳的一個選項，在R16里，5G無線本身將被設(shè)計為無線回傳技術(shù)，即IAB(5G NR集成無線接入和回傳)。

云無線接入網(wǎng)(C-RAN)

我們說，為了提升容量、頻譜效率、降低時延、提升能效，以滿足5G關(guān)鍵KPI，5G無線接入網(wǎng)包含的關(guān)鍵技術(shù)包括了云無線接入網(wǎng)(C-RAN)、SDR(軟件定義無線電)、CR(認知無線電)、Small Cells、自組織網(wǎng)絡(luò)、D2D通信、Massive MIMO、毫米波、高級調(diào)制和接入技術(shù)、帶內(nèi)全雙工、載波聚合、低時延和低功耗技術(shù)等，我們挑了幾個重點為大家講解。

云無線接入網(wǎng)(C-RAN)，其將無線接入的網(wǎng)絡(luò)功能軟件化為虛擬化功能并部署于標(biāo)準(zhǔn)的云環(huán)境中，C-RAN這個概念由集中式RAN發(fā)展而來，旨在提升設(shè)計靈活性和計算可擴展性，提升能效和減少集成成本。在C-RAN構(gòu)架下，BBU功能是虛擬化、集中化以及池化部署，RRU與天線分布式部署，RRU通過前傳網(wǎng)絡(luò)連接BBU池，BBU池可共享資源、靈活分配處理來自各個RRU的信號。

云無線接入網(wǎng)的優(yōu)勢在于，它能提升計算效率和能效，易于實現(xiàn)CoMP(協(xié)同多點傳輸)、多RAT、動態(tài)小區(qū)配置等更先進的聯(lián)合優(yōu)化方案，但C-RAN的挑戰(zhàn)是前傳網(wǎng)絡(luò)設(shè)計和部署的復(fù)雜性。

軟件定義無線電(SDR)

再來說說軟件定義無線電(SDR)，其能實現(xiàn)部分或全部物理層功能在軟件中定義。這里需要注意軟件定義無線電和軟件控制無線電的區(qū)別，后者僅指物理層功能由軟件控制；在SDR中，我們可以實現(xiàn)調(diào)制、解調(diào)、濾波、信道增益和頻率選擇等一些傳統(tǒng)的物理層功能，這些軟件計算可在通用芯片、GPU、DSP、FPGA和其他專用處理芯片上完成。

認知無線電(CR)

那么，認知無線電(CR)指的又是什么呢？CR可通過了解無線內(nèi)部和外部環(huán)境狀態(tài)實時做出行為決策。此外，SDR被認為是CR的使能技術(shù)，但CR包括和可使能多種技術(shù)應(yīng)用，比如動態(tài)頻譜接入、自組織網(wǎng)絡(luò)、認知無線電抗干擾系統(tǒng)、認知網(wǎng)關(guān)、認知路由、實時頻譜管理、協(xié)作MIMO等。

小基站(Small Cells)

相較于傳統(tǒng)宏基站，小基站(Small Cells)的發(fā)射功率更低，因此覆蓋范圍更小，一般情況下可覆蓋10米到幾百米的范圍。Small Cells通常根據(jù)覆蓋范圍的大小依次分為微蜂窩、Picocell和家庭Femtocell。

小基站(Small Cells)旨在不斷補充宏站的覆蓋盲點和容量，以更低成本的方式提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。考慮5G無線頻段越來越高，未來還將部署5G毫米波頻段，無線信號頻段更高，覆蓋范圍越小，加之未來多場景下的用戶流量需求不斷攀升。到了后5G時代，大量部署小基站將是大勢所趨，這些小基站將與宏站組成超級密集的混合異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，而這也將為網(wǎng)絡(luò)管理、頻率干擾等帶來前所未有的復(fù)雜性挑戰(zhàn)。

設(shè)備到設(shè)備通信(D2D)

設(shè)備到設(shè)備通信(D2D)，是指數(shù)據(jù)傳輸不通過基站，而是允許一個移動終端設(shè)備與另一個移動終端設(shè)備直接通信。D2D源于4G時代，被稱為LTE Proximity Services (ProSe)技術(shù)，是一種基于3GPP通信系統(tǒng)的近距離通信技術(shù)，主要包括直連發(fā)現(xiàn)功能，即終端發(fā)現(xiàn)周圍有可以直連的終端，和直連通信，與周圍的終端進行數(shù)據(jù)交互兩大功能。

4G時代，D2D主要應(yīng)用于公共安全領(lǐng)域，而到了5G時代，由于車聯(lián)網(wǎng)、自動駕駛、可穿戴設(shè)備等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用將大量興起，D2D通信的應(yīng)用范圍也將隨之?dāng)U大，當(dāng)然也會面臨安全和資源分配公平性挑戰(zhàn)。

毫米波(mmWave)

說到毫米波(mmWave)想必各位都不會陌生，經(jīng)常在介紹5G技術(shù)的文章中被提及。毫米波指RF頻率在30GHz和300GHz之間的無線電波，波長范圍從1mm到10mm。5G與2/3/4G最大的區(qū)別之一是引入了毫米波。毫米波的缺點是傳播損耗大，穿透能力弱，毫米波的優(yōu)點是帶寬大、速率高，Massive MIMO天線體積小，因此適合Small Cells、室內(nèi)、固定無線和回傳等場景部署。

低時延技術(shù)

為了滿足像如自動駕駛、遠程控制等5G URLLC場景，低時延是5G關(guān)(bi)鍵(bei)技術(shù)之一。為了降低網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包傳輸時延，5G主要從無線空口和有線回傳兩方面來實現(xiàn)。在無線空口側(cè)，5G主要通過縮短TTI時長、增強調(diào)度算法等來減低空口時延；在有線回傳方面，通過MEC部署，使數(shù)據(jù)和計算更接近用戶側(cè)，從而減少網(wǎng)絡(luò)回傳帶來的物理時延。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的计算虚拟化涉及的关键技术有哪几项_都开始商用了 5G的这些关键技术还不知道？...的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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