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鄔賀銓:5G的兩大關鍵技術是網絡重構和云化

放大字體  縮小字體 發布日期:2017-04-19  來源:雷鋒網  瀏覽次數:949
核心提示:在5G網絡中,我們會面臨不同的業務需求,而傳統的物理設備我們網絡物理設施是無法根據這些業務來配置的,網絡切片則是關鍵技術。
     在5G網絡中,我們會面臨不同的業務需求,而傳統的物理設備我們網絡物理設施是無法根據這些業務來配置的,網絡切片則是關鍵技術。

   中國工程院院士:鄔賀銓

中國工程院院士:鄔賀銓

    4月17日,在2017全球未來網絡發展峰會上,中國工程院院士鄔賀銓現場發表了演講,并講述了未來網絡的展望和5G商用面臨的一些問題。

    鄔賀銓強調,從長遠來看,5G的網速要達到100M,蜂值速率要到15G有兩大需求:網絡重構、云化

    5G有兩大方面的需求。

    1、網絡重構

    一方面是支撐指標,要實現網速100M,蜂值100G,流量密度提高100倍。在這樣的要求下面,對5G接入網和核心網都需要改造,要有更靈活的網絡架構,要實現無線資源優化,另外除了云計算以外,還要有移動邊緣計算,控制用戶面和控制面分離,要犧牲移動管理。從運營商來看,也有很多需求。一個空口跟網絡要結合,就要獨立發展,要提供差異化的服務,網絡能力要開放,所以歸結為要犧牲網絡切片和能力開放,當然基礎設施會用到SDN(軟件定義網絡)和大數據。

    5G網絡架構可以分兩大方向,首先要模塊化功能視圖,從兩方面來規范。另外主網設計是平臺性的,基于NFV和SDN的,實際上網絡技術要多種多樣,包括網絡切片、移動邊緣計算、網絡功能重構、控制承載分離、新型移動性管理、多梳理接入以及網絡能力開放。

    拿扁平化舉例。這里2G、3G左邊有一個基站,無線網絡控制器,SDN/NFV,另外還有一個分組網關功能,到4G我們已經做了一些減化,再上去是SG,S到SSG,然后到4G在5G再減化,直接到EPC,ECP是增強的核心網,可以看到網絡進一步扁平化。現在移動網也想IP化,實際上移動網是獨立的,通過隧道,通過網關才能連到互聯網,未來網絡扁平化直接上到互聯網,使網絡進一步實現扁平化。扁平化目的是為了減少實驗,適應寬大流量。另外傳統的移動網絡基站控制器,還有MMSC,SNGSN。傳統的移動互聯網從2G到3G,走的是電路交換,到PSPN,數據走的分組召喚,通過分組網絡上到互聯網,也就是說不是純IP。現在到4G發展到EPC(就是說這個沒有走電路召喚),未來5G純IP化更確定。現在EPC實際上仍然是按設備中上分類,SGW是網關,然后有任務服務器,還有一些跟用戶屬性、計費有關的單元。在每個垂直里頭有用戶面和垂直面沒有分開,未來5G很可能走到NGC,下一代的核心網是分層。可以看到右圖是水平分開,用戶面和控制面分開,上面還有應用管理和一些業務管理,未來核心網不但純IP網絡,還要做到控制面和用戶面的分離。

    2、需要云化

    另一方面,5G網絡要云化。過去,云化就是把基站能力做的很強。現在有些能力上到云端去,通過云端來集中處理。5G云化需要有接入的云還有控制的云,從而實現網絡資源的集約化管理,能夠更好調動網絡資源。這里包括將來支持SDN和NFV。5G出來不等于現有的移動網絡淘汰。如何實現多個移動網絡協同,也需要利用云的能力來處理。

    除了云化以外,我們剛才說很多東西要集中到云。在移動通訊上,我們發現有些時候不能把所有東西都集中到云。如果所有處理都上到云端,路程比較長,對于工業物聯網和車聯網,我們希望是一個低毫秒的過程。什么東西都放到云端再處理再回來,這個時間很長。如虛擬現實、增強現實,往往需要20G的帶寬才能夠有好的體驗,而且反應要比較快,如果把VR、AR處理都放到云端,這樣處理起來就會占用了核心網絡帶寬。此外,視頻業務要求我們希望節約核心網絡的帶寬,并做到就近處理。現在IBM提出在云計算上面還有霧計算,也就是說霧比云更靠近地面,更可以靠近處理。但是,按我的想法這還不夠,應該要在基站上,到交換網中間處理,目前在其底下處理還沒有人起名字,我稱它為“霾計算”。

    所以未來的網絡需要云集中處理,同時也需要霧計算、霾計算分級處理,根據業務不同因地制宜。 切片也要網絡化

    我們既有超高移動性的業務,時速500公里,有超寬帶業務,還有大規模的物聯網,這些對帶寬、對實驗、對資源的需求都是不同的。但是我們網絡物理設施不可能根據一個業務配備一個物理設施。物理設施是公共資源,只有通過邏輯上的控制來組建邏輯上的專用網絡,根據業務的需要針對性地提供符合業務質量需求的應用。所以切片也要網絡化。

    一個網絡軟件化運營平臺,數據中心有數據中心的業務,核心網有核心網的業務,5G有5G的業務,機器人還有物聯網,他們會在同一個物理網絡設施上,但是對網絡資源的利用是不一樣的,我們需要有調度、有協同,跟這種協同是純網絡優化,需要利用控制面來實現純網的優化。還有切片并不是全部的,業務來了提供切片,業務沒有了這個切片就要收回,所以切片是有壽命管理,這種情況下需要靈活協調。

    在這運用華為的一個例子,我們前面有EMBB正常的移動寬帶,有NNTC大規模的機器通信,有超可靠低實驗,當然還有其他業務。通過空中接口接進來,給他們分配什么樣的帶寬,他們對時間有什么敏感要求,這些都需要預先感知。另外核心網絡等需要調度不同的資源來實現服務,這里可以看到藍色和綠色、紅色、黃色對應不同切片來實現需求。比如說這是各種各樣的業務,用戶端有各種業務,通過天線,前端有黃的紅的藍的,每個網絡都有基礎設施、有核心網。如果所有都是平均分配的話,實際上業務可能都會受到集中,都得不到最佳狀態。現在實行切片,比如這個紅的就提供支配它所需要的一種業務,實際上對藍的、黃的業務也可以優化處理,所以切片就能針對業務多樣化,實現網絡資源的管理。

    怎么切片?我們看每一個切片,都有資源層,有數據和用戶面,有控制面,還有服務面,當然還有應用以及管理。實際上數據面和控制面是SDN支撐的范圍,數據面和控制面合起來是NFV支持的網絡,同一個面要同時同個周期管理,單個切片底層是虛擬化的網絡處理,數據要支持數據、支持分組業務,支持內容分配網CDN還有各種業務,控制面當然有服務網關、有路由器、有HSS,用戶的服務器等各種各樣。他們通過切片邊緣控制器來控制,最上面是服務,更重要是切片內部管理,還有在切片之間的管理,那么這都需要動態服務。切片對5G來講也是新的挑戰。

    另外SDN/NFV,將傳統路由器和控制功能合二為一。根據地址最短路徑優先,并不考慮全局優化,所以在大數據時代這是比較傻瓜的方式。所以有人希望通過SDN把結點控制功能集中起來,變成網絡操作系統,這時候路由器變成純粹的轉化功能,當然了超出控制功能都需要控制。實際上SDN可以將互聯網從過去物連接分組通信一部分回歸到面向連接的分組通信,這個更復雜,需要全網的關聯控制。那么除此之外我們還希望網元變化,傳統上買交換機專用硬件、專用處理操作系統,還有中間器,現在我們希望通過NFV,硬件是通用的,以X86的通用器,不管是哪一樣都是一樣的,不同的中間件來實現設備不同的功能。所以SDA/NFV是支持網絡的重要手段,也是網絡資源優化以及適應大數據很好的應用面。所以我們強調要控制承載徹底分離,控制面是可編排重構,用戶面專注于數據轉化。00G,流量密度要提高100倍。而要實現這一目標,需要滿足兩個條件:

    一、網絡重構,運營商則需要考慮空口和網絡的適配,要提供差異性的服務,進一步開放網絡能力。

    二、云化,應根據不同的業務實行因地制宜,需要采用云集中處理,霧計算、霾計算分級處理的方式。

    他認為,未來網絡有超高移動性的業務、超寬帶業務、大規模的物聯網業務,而這些對帶寬、對實驗、對資源的需求都是不同的,傳統的物理設備我們網絡物理設施是無法根據這些業務來配置的,而網絡切片就是關鍵技術。

    對于未來,鄔賀銓還指出到2020年,業界可以爭取實現80%的功能軟件化,利用云和虛擬化、軟件化、切片化來實現整個網絡智能化的重構。

 以下是鄔賀銓院士的演講實錄,筆者做了不改變原意的編輯:

    尊敬的各位領導、各位專家、各位來賓、大家早上好。剛剛休息的時候有記者問我,5G跟未來網絡什么關系?我說5G不是未來網絡,但是跟未來網絡有關。未來網絡它的覆蓋范圍不僅有無線還有有線,未來網絡希望更大,應用范圍更廣。5G在2020年商用,未來網絡可能比這個時間還要晚。

    這是5G的標準化時間表,商用時間應該是2020年。今年12月份3GPP完成非獨立標準5G空口化,而且要完成5G網絡架構化。對美國、日本、韓國來講,他們希望把5G用在寬帶有線接入上。到明年8月份會有新的標準化,還有正常移動寬帶等場景,到2019年9月份全部適應5G要求。這是講標準化過程,標準化過程是瞄準5G商用時間表。

    眾所周知,我們經歷第一代移動通信(1G),以蜂窩小區,GSM,根據時間不同以區分。目前,中國移動通信占了中國4G市場的60%,而現在5G都開始了。那么,如果說1G面向個人通信,5G則面向產業和社會的管理應用,比如說三維電視、可穿戴設備、產業互聯網、機器人、智慧城市等。

    據國際電信聯盟觀點,5G業務分別是50M和100M,5G比4G的網速提升了10倍,無線接口從10秒提升到1毫秒,連接密度提高到10倍,能效提高100倍,可以做到20個G。怎么提高移動性能?網絡流量有幾個因素構成,如增加天線數等等,所以可以看到大規模天線,超密集主網對應上面的網絡容量公式,除此之外還有各種各樣的無線技術需要支持。

    我們今天的主題是未來網絡的峰會,更多的是關注網絡技術。所以我們來看網絡技術的5G業務跟現有的固網業務有什么差異?多帶寬,連接更復雜,連接大規模物聯網,這里需要有足夠的復雜性,正常服務的可信性,減少端到端的復雜性。此外,對移動網絡需要優化,數據可編程,另外還有保證能效,實現綠色化,增加身份管理,還有多數據接入,扁平化和運行維護。所以目前固網的很多業務需求,還不能滿足5G業務的一些需要。

    實現智能化重構

    另外網絡要實行智能化重構,這是中國電信提到的2025實現網絡重構,網絡彈性部署、快速配置,基礎設施還是一樣的,網絡資源、存儲資源、帶寬資源,通過云管理平臺、控制器,通過網絡功能虛擬化支撐不同的應用,這就是云化。上面再通過SDN類似網絡編排實現優化,中國電信提出來希望全國不少于90%的地區能在IP應用SDN,在邊緣運用NFV,并且希望到2020年實現80%的功能軟件化,利用云和虛擬化、軟件化、切片化來實現整個網絡智能化的重構。

    說完這個我們再說到5G,通常的移動通信一個基站用戶在基站附近受到很好的協調,用戶在蜂窩邊緣信號效果不那么好,未來我們希望用分布式的天線,這樣使用戶在蜂窩周圍也能收到比較好的信號。當然天線之間是互相有干擾的。資源怎么分配、優化?需要集中的管理,我們需要大數據,搜集天線干擾數據,通過聯合的信號處理,通過大規模的現狀來抵消,一個無線無干擾,信號就特別大,根據分析這種方式可以提高兩個量級容量。當然實際上我們還有高密集主網,和其他方案等等。現在朝著超密集主網,有中央大數據管理和聯合信號處理協調。

    另外移動通信通常都是一個基站服務一部分用戶,比如說我們現在是綠色,像北京望京住人的地方,晚上很忙,白天這些人都上班,所以基站是忙閑不均,基站利用率很低。過去一個基站一個基站亟待處理,現在為了讓它協同,我們將其抽出來,這樣一來變成集中的,每個基站都有功能。這個傳輸網,光線傳輸的不是數字信號。這種方式是集中式。所以是集中、合作、云、綠色的,這也是我們未來5G大規模商用會采用的方式。

    說到移動通訊做到高帶寬,現在頻率可能要擴展幾毫米,外國已經規劃要到70級,內部傳輸很大,所以往往需要把光纖引入到基站,包括引入到饋線上面,我們可以把信號,調制光信號,成為光信號。另外過去我們很多交換放到路由器,就是IP召喚,10毫秒都不止。

 

    現在華為提了方案,是一層半在物理層到第二層之間實現以太網的終極,這樣可以做到毫秒級,其好處是基于原生的內核,不需要跑到二層和三層來存儲和查表,而且可以混合用。既有獨占,又有以太網統計服用特征,所以這兩者,是基于最優路徑、端到端的硬管道。綠的是一種業務,藍的是一種業務,它在峰值限制上面。右邊是混合服務,在所有你可以用的業務上面都可以填出,這樣就更好的利用了網絡資源。此外,各種硬管道都可以應用,優化了網絡資源的利用,也可以支持SDN的控制。當然根據不同的需要,有些業務可以走召喚器路由器。未來物聯網體系現在有很多,有DAN,有NDX、CCN、SDN、SON面向服務網。實現內容的交換,在結點上現在在5G有可能比較看好,當然也不能說就確定了發展路徑。

 
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