未来5G网络移动数据流量的千倍增长、海量的设备连接以及低时延高可靠等要求,对无线频谱、无线接入技术以及网络架构带来了极大的挑战。为了能够实现5G网络的可编程性、灵活性、可扩展性以及智能化,中国电信技术创新中心提出了“三朵云”的5G网络架构。为了应对无线网络面临的多频段、多层次、多制式、多场景的复杂网络形态以及各种不同用户及业务等差异化业务需求,在5G无线接入网领域,中国电信技术创新中心提出了智能无线网络Smart RAN(S-RAN)的解决方案,如图1所示。
图1:S-RAN架构
S-RAN是集多种接入技术(4G/5G、Wi-Fi等)、多种部署场景(宏基站覆盖、微基站超密集组网、宏微联合覆盖)以及多种连接方式(D2D、多跳连接、MESH连接等),并可根据业务应用(车联网、M2M等)实现灵活部署的融合网络。针对未来5G网络的主要业务场景,S-RAN具体部署策略如下:
(1) 移动广覆盖场景:以覆盖范围较大的宏蜂窝覆盖为主,无线资源管理功能下沉分布在各个宏基站或基站分簇后的集中控制模块上,从而实现基站间分布式或集中式无线资源协调管理;
(2) 热点高容量场景:采用微蜂窝进行热点容量补充,在宏微覆盖场景下,由宏基站充当微基站间的接入集中控制模块,对覆盖范围内的微蜂窝实施集中控制,实现无线资源协调、小范围移动性管理、无线回传管理等功能。对于微基站超密集覆盖的场景,微基站间的干扰协调、资源协同、缓存等需要进行分簇化集中控制。此时,接入集中控制模块可以由基站簇中某一微基站负责或者单独部署在数据处理中心;
(3) 低时延高可靠场景:为减少信令交互带来的时延,一些业务特定的控制功能和小范围移动性功能都下沉至无线侧,此时小范围内移动时不需要进行过多的信令交互,可实现小范围内快速切换和业务控制。同时,用户面网关、内容缓存/边缘计算功能下沉至无线侧,实现本地边缘计算和内容快速分发,以及流量的本地分流;
(4) 大规模终端连接场景:主要通过部署汇聚网关形成毛细网络将连接数量进行汇聚合并,也可以通过多跳连接中继等方式通过终端设备本身减少和汇聚连接数量。这类场景通常不需要支持移动性,同时也需要针对物联网业务的特殊控制,因此可以删除通用的移动性模块,并且针对物联网业务自身需要,将其它功能模块也定制为特殊的例如MTC信息管理、MTC策略控制、MTC安全模块等。除此之外,接入网侧本地网关的设置,可对业务流量进行本地分流。
S-RAN主要包含如下几个关键技术:
(1) 控制与承载分离技术:基于控制面与数据面分离技术,S-RAN可实现覆盖与容量的分离,从而达到未来网络对于覆盖和容量的单独优化设计,灵活根据业务需求扩展控制面和数据面资源的目的;
(2) 簇化集中控制技术:通过将基站部分无线控制功能进行抽离和分簇化集中式控制,实现簇内小区间干扰协调、无线资源协同、跨制式网络协同等智能化管理,构建以用户为中心的虚拟小区。在此基础上,通过簇内集中控制、簇间分布式协同等机制,实现终端用户灵活接入,提供极致的用户体验;
(3) 无线网络虚拟化:基于无线网络虚拟化技术,S-RAN可将网络底层时、频、码、空、功率等资源抽象成虚拟无线网络资源,进行虚拟无线网络资源切片管理,依据用户以及业务的定制化需求,实现虚拟无线资源灵活分配与控制(隔离与共享),充分适应和满足未来移动通信后向经营模式对移动通信网络提出的网络能力开放性、可编程性需求;
(4) 无线网络边缘计算技术:基于无线网络边缘计算技术,S-RAN可以将业务下沉至无线侧,并通过本地缓存等方式实现高带宽、低延时的内容快速转发和本地分流。同时,通过无线网络以及业务应用的感知和大数据分析,S-RAN可实现无线网络的智能化,提升用户体验;
(5) 多网融合技术:基于分布式或集中式的多网融合技术,S-RAN可实现对4G、5G以及WLAN等无线技术的融合,并通过多网间的联合资源管理、移动性管理以及干扰协调等实现多张网络的高效的运行和维护、减少运维成本、降低能源消耗。
中国电信技术创新中心将沿着关键技术研究、原型开发、概念验证以及技术标准化的途径推进相关关键技术的研究工作。目前,无线网络虚拟化概念验证的工作已经完成,多网融合、无线网络边缘计算等工作在稳步推进。