中国联通联通虚拟主机

中国联通CUBE-RAN白皮书中国联通2018年6月中国联通CUBE-RAN白皮书I版权所有中国联通网络技术研究院,2018目录1引言.
12移动网络发展趋势.
12.
1业务发展12.
2技术发展33无线接入网发展新需求.
43.
1架构变革43.
2网络开放和IT化53.
2.
1接口标准化53.
2.
2设备通用化63.
2.
3能力开放化73.
2.
4管理智能化83.
3开源和白盒化94问题和挑战.
104.
1接口开放关键问题分析104.
1.
1协议划分再探讨104.
1.
2CU和DU接口开放.
114.
1.
3DU和AAU接口开放.
124.
2设备通用化关键问题分析124.
2.
1可靠性124.
2.
2实时性144.
2.
3安全性144.
2.
4编排和管理154.
2.
5资源高效性164.
2.
6解耦174.
2.
7设备形态174.
3能力开放关键问题分析184.
4智能管理关键问题分析195中国联通CUBE-RAN规划.
20中国联通CUBE-RAN白皮书II版权所有中国联通网络技术研究院,20185.
1无线接入网云化发展的思考205.
2中国联通CUBE-RAN定义和目标205.
3中国联通CUBE-RAN推进计划226总结与展望.
23缩略语.
24白皮书联合编写单位及人员26中国联通CUBE-RAN白皮书1版权所有中国联通网络技术研究院,20181引言近十年,移动互联网的飞速发展深刻地改变了人类生活方式.
物联网、大数据和云计算等新兴技术正带动各行各业实现信息化和数字化转型.
深陷人口红利消失,逐步管道化困境的运营商灵敏地嗅到了这场变革中新兴业务的潜在价值,开始加速挖掘行业客户需求,积极寻求商业合作共赢,努力开辟新的市场空间.

区别于个人客户,行业客户需求千差万别且灵活多变,需为其提供定制化服务,实现业务快速响应和交付.
为满足客户体验,运营商迫切需要改变封闭僵化的运营思维,摆脱重资产枷锁,向更加高效敏捷的方向发展,以开放的姿态拥抱多变的外部需求,探索出一条可持续发展的互联网化转型之路.
将SDN/NFV、大数据、人工智能等IT领域技术应用到CT领域,能够助力运营商重构基础网络资源,开放移动网络能力,引入互联网运营模式,实现云管端协同发展,构建良性循环的合作生态.
中国联通于2015年发布了新一代网络技术体系和架构白皮书CUBE-Net2.
0,指明了中国联通网络发展方向.
本白皮书提出CUBE-RAN(Cloud-orientedUbiquitousBrilliantEdge-RAN,云化泛在极智边缘无线接入网络)的概念.
CUBE-RAN是CUBE-Net思想在移动通信领域的深度诠释,旨在通过云化架构演进、多接入融合、资源智能管理和边缘能力开放,打造弹性、敏捷、开放、高效、智能的移动无线接入网.
2移动网络发展趋势2.
1业务发展纵观人类科技史,需求永远是技术发展的源动力.
就移动通信而言,仅30年的时间,从2G快速飞跃到4G,不仅满足了人们跨越时空限制,随时随地沟通的基本通信需求,还和移动互联网相互促进,共同成就了先进的移动通信产业,如实时通信、短视频、手机游戏和新闻社交等,丰富了交流沟通、信息共享和消遣娱乐的形式,也在逐步改变着人们的工作、生活喜好甚至价值观.
此外,互联网向传统行业渗透,将催生除移动智能手机外的各种物联网终端类型.
未来的移动网络需要提供海量物联网终端全连接,推动人类社会向万物感知、万物互联、万物智联的时代迈进.
需求和技术的螺旋上升推动着移动网络不断向前演进.

移动互联网应用的大量涌现为运营商带来流量的爆发式增长,用户对业务体中国联通CUBE-RAN白皮书2版权所有中国联通网络技术研究院,2018验的追求不断攀升,促使现有网络向更大带宽演进.
近几年,视频业务在运营商网络流量中占比越来越高,用户对视频的体验需求逐渐从传统的720P转向2K、4K甚至更高分辨率.
大量基于AR/VR技术的游戏、赛事直播、在线教育等业务也逐渐进入用户生活.
移动网络将演进支持更高的速率、更低的时延,支持解析度更高、体验更鲜活的多媒体内容,加速以AR/VR为代表的大带宽业务发展.
此外,人们对智慧生活的追求也促进了智能穿戴设备、智能家居设备等终端的成熟.
将这些设备通过移动网络连接至远端手机和电脑等进行控制和数据采集分析,可以辅助人们的生活更加便利.
依托未来移动网络,用户将体验到全新的、智慧化的生活服务.
图2-1:业务发展趋势经济社会的发展带动各行各业的数字化转型,而移动网络赋能垂直行业,将加速数字化转型的节奏,工业制造、交通和医疗等行业在数字化转型过程中成为运营商探索的新蓝海.
就工业制造而言,实现数字化意味着端到端生产流程智控、随时随地人机交互,需要移动网络提供高可靠,超低时延,海量连接的能力.
交通行业中车联网成为信息化与工业化深度融合的领域,车辆将通过移动联网实现智能驾驶,提高交通效率,缓解交通堵塞,大幅减少人为因素引发的交通事故.

未来借助移动网络对行驶车辆进行实时数据采集、处理及交互控制,实现人、车、环境和谐统一,道路交通生活更加智能.
未来运营商的客户群体将从传统个人用户拓展至垂直行业客户,两者对时延、中国联通CUBE-RAN白皮书3版权所有中国联通网络技术研究院,2018带宽以及可靠性等需求的差异使得未来移动网络业务呈现多样性、快速迭代、定制化、专业化的趋势,应用场景广泛,将给运营商网络部署和运营带来极大挑战.
2.
2技术发展移动通信从模拟通信发展到2/3/4G数字通信,一方面通过引入CDMA、OFDMA和MIMO等革新技术,带来了空口速率和频谱效率的持续提升;另一方面,信令流程和网络架构也在不断优化和简化,改善用户体验,降低网络复杂度,减轻网络部署和运维负担.
随着5G来临,业界提出了NB-IoT、多连接、网络切片和服务化架构设计等技术方案,一方面这些技术的应用可使能网络支持除传统大带宽业务外的大连接、高可靠、低时延要求业务,另一方面这些技术能力的充分发挥也需要灵活性更高,可扩展性更强的网络基础设施.
采用软、硬件解耦的通用硬件设备可以更好地满足灵活性和可扩展性需求,并已经在CPE、EPC、IMS和BRAS等领域率先得到使用.
随着通用处理器性能的提升,也使得在无线接入网领域采用通用硬件设备替代专用设备成为可能.
通用芯片的生产工艺遵从摩尔定律,由22nm到14nm,再到10nm的生产工艺,带来了通用服务器处理能力的飞跃发展.
芯片工艺的发展、芯片架构和指令集的增强、25G/40G高速网卡的普及与即将发布的PCIe第四代产品共同保障了通用服务器的I/O能力,能够基本满足无线接入网的能力需求.
其他通用芯片,以FPGA为例,当前也已经实现了20nm的生产工艺,随着高性能串行接口技术及硬核浮点数字信号处理能力的提升、SDK和API的完善以及功耗的不断降低,FPGA已经被越来越多的第三方厂商所熟悉,也为无线接入网的硬件加速及射频信号处理提供了解决方案.
通用硬件设备已经可以基本满足无线接入网的硬件处理能力要求,而用于管理硬件资源的虚拟化技术同样处于不断的深入发展过程中.
从虚拟机到容器技术,虚拟化平台的性能不断被挖掘.
FPGA、智能网卡等越来越多的周边设备也开始支持抽象化、虚拟化,为设备的通用化提供了有力的支撑.
面向通信领域的SDN/NFV技术日趋成熟,为运营商探索无线接入网虚拟化提供了更多可参考的解决方案以及广阔的生态环境.
中国联通CUBE-RAN白皮书4版权所有中国联通网络技术研究院,20183无线接入网发展新需求3.
1架构变革移动通信每一代都在追求通过技术创新为用户带来更加丰富业务体验.

但以往的移动网络,每支持一种新的业务都伴随着一种新制式的端到端网络建设,每增加一个网元功能就要增加一套专用设备,给运营商带来极大的建设和运维负担.
深究其原因在于:各种无线网络制式之间彼此隔离,无法形成有效的整体架构,空口资源和基础网络资源严重浪费.
传统移动网络中,网元功能和硬件设备高度耦合,可扩展性差.
存在大量私有协议接口,网元部署灵活性差;业务开通和维护完全由运营商完成,从需求设计到部署响应周期长.
专用设备的大量应用使得后期网络升级和运营成本巨大.
面向未来,移动网络将渗透到人类社会各个领域,灵活满足各类业务的快速部署需求.
打破现有封闭式网络架构,屏蔽上层业务和网络功能对基础网络的依赖性,构建能力开放平台提升网络对业务需求的适应性,是移动网络发展变革的重要方向.
图3-1:整体网络架构未来无线接入网将是3/4/5G多制式共存、宏微立体多层异构组网.
一方面为满足未来多样化业务需求,需加强站间、制式间协同能力,将业务需求分解映射到不同能力的空口资源调度方案,按需调整空口网络拓扑;另一方面需降低无中国联通CUBE-RAN白皮书5版权所有中国联通网络技术研究院,2018线功能和硬件设备耦合性,提升硬件设备的共享能力,达到仅靠功能升级,无需新建网络就能满足不同业务需求的目的.
这意味着,无线接入网架构需要重构.

通过部署无线资源集中控制节点,对各类空口资源进行统一、融合管理是架构重构的重要组成.
5G提出CU/DU分离架构,为集中管理的应用带来契机.
将无线资源集中控制功能集成在CU中,并使归属不同制式和不同类型的基站都接入CU,利于干扰协调、多连接等技术使用,避免站间、制式间东西向流量压力.
另一方面将SDN/NFV技术引入无线侧,CU功能基于通用硬件设备部署,通过资源统一编排和管理实现CU功能按切片业务需求灵活部署在网络中不同位置,推动无线接入网云化发展.
云化架构是无线接入网发展的全新架构,基于此架构,运营商可对一个区域内的所有无线资源进行集中调度和协调,提高频谱利用率和网络容量,同时可实现网络迅速部署和升级,并能根据无线业务负载的变化自适应调整基础网络资源使用情况,节省网络运营成本.
云化架构还有利于大数据分析、人工智能等技术的引入,实现空口资源和基础网络资源的管理智能化和自动化发展.
此外,为降低高带宽业务对回传网络压力,满足低时延业务需求,核心网用户面将下沉,MEC等技术会大规模应用,因此实现无线功能、核心网功能和业务的深度融合,也对无线接入网架构产生着重要的影响.
从应用部署层面,随着SDN/NFV技术在通信领域的快速渗透和商用化部署,国内外各大运营商都开始构建以DC为中心的多层级云化网络架构,并根据不同层级位置和功能规划网元,如图3-1所示.
CU作为无线资源集中控制节点,其部署位置和控制区域与面向业务类型、区域组网结构、协同可获得的增益等密切相关.
从时延和带宽角度来看,将CU置于边缘DC会是非常重要的应用场景.
除此之外,边缘DC还将结合第三方业务承载UPF和MEC等功能,边缘DC将成为运营商最宝贵的资源.
3.
2网络开放和IT化3.
2.
1接口标准化网元接口的标准化和开放化一直以来都是运营商追求的目标.
通过实现异厂家网元互通,运营商可以避免被单一厂家绑定,构建充分的竞争环境,降低设备采购成本.
对于移动网络,目前核心网网元间耦合性相对较低.
而无线接入网设备接口开放程度不高,例如X2接口虽然在3GPP已有明确定义,但实际网络中异厂家设备互通仍存在较大问题,尤其是在需要站间协同消除干扰或联合调度为中国联通CUBE-RAN白皮书6版权所有中国联通网络技术研究院,2018用户传输数据情况下,异厂家设备协作的概率几乎为零.
究其原因,一方面是由于无线侧协议参数配置复杂,厂家算法差异较大,难以形成统一的理解;另一方面则是由于深度开放可能会触及主流厂家利益,接口标准化过程受到较大阻力,无法形成详细全面的规范.
未来运营商需根据业务需求实现无线接入设备的快速部署和升级.
另外,网络切片技术、SDN/NFV技术、多接入技术以及MEC等技术的应用,也需要无线接入网增强混合组网和资源控制的能力.
这意味着无线接入网开放的诉求更加强烈.
构建更加开放的无线接入网,接口标准化和开放是基础.
从运维角度看,通过标准化的接口将数据汇聚到管理运维平台上,更易于运营商取得小区级/用户级数据对网络进行优化及分析,增强运营商对数据的把控能力.
采用CU/DU分离组网架构,实现多接入统一集中管理,集中控制节点CU不仅需要连接不同类型DU,包括宏站DU和微基站DU等,还需要连接现网其他制式网元,只有开放接口,才能够打破区域内不同制式、不同类型网元同厂家绑定,灵活地按需部署网络设备,保障网络架构弹性伸缩.
4G网络在组网集成时,BBU和RRU间接口没有标准化,仅有CPRI协议可参考,造成同厂家设备强绑定,运营商没有其他选择空间.
而5G大规模天线将广泛应用,RRU和天线组合为AAU以降低复杂度,部分DU物理层功能也可能下沉到RRU中以降低前传带宽,单个AAU采购成本剧增.
同时,由于5G频率较高,组网更加密集,采购数量也更加庞大.
因此,运营商面临量价齐升的局面.
运营商希望再次尝试推动底层开放,解绑DU和AAU供应厂商,实现设备厂家多样化,节约设备采购成本.
3.
2.
2设备通用化传统的无线网络设备依托专用芯片或定制化芯片,代码不通用、开发周期长、升级维护困难,且生态不开放.
随着通用处理器性能逐步提升至可以满足部分无线网络功能的处理需求,基于通用处理器的通用化电信设备逐步被认可,业界展开了对无线接入网设备的通用化探索.
无线网络设备的通用化在技术演进、网络部署升级和降低成本等方面都具有一定的优势:技术演进:得益于IT行业特性,通用处理器的芯片及软件的演进、更新速度较快,基于通用化设备的无线网络系统性能可以得到快速提升.
中国联通CUBE-RAN白皮书7版权所有中国联通网络技术研究院,2018网络部署升级:网元功能以软件形式部署于通用设备虚拟化平台中,可仅通过软件升级的方式就完成新特性的部署.
通用化也更利于推动底层硬件管理自动化,网络运维自动化.
降低成本:通用设备的潜在采购市场开放且庞大,通用处理器的软件开发市场更为成熟,依托于通用处理器的软件开发及维护成本也相对较低.
另外,打破软硬件一体化的销售模式,实现设备通用化也有利于引入IT设备厂家进入无线接入设备领域,实现充分竞争.
此外,随着无线接入网设备通用化的研究与应用,无线网络的部署及运维将实现IT化,全业务的统一部署与快速更新能力的实现将有利于进一步推动对无线网络业务与固定网络业务在网络边缘融合的探索,助力固移融合的实现.

3.
2.
3能力开放化深度挖掘无线网络的深层能力并合理开放,释放无线网络的潜在能力与管道价值,将成为运营商应对移动互联网冲击的有力手段.
全球运营商都已认识到网络能力开放的价值,并积极构建网络能力开放全生态.
从无线接入网角度看,开放能力可概括为3个方面:图3-2:网络能力开放空口资源开放.
空口资源是运营商最宝贵的资源.
面向未来复杂的客户群体和业务需求,可将时、频、空不同维度资源进行划分,与网络切片相结合,允许客户进行需求设计和空口资源定制.
基础资源开放.
将高带宽、低时延业务部署在无线接入侧可优化业务体验.

中国联通CUBE-RAN白皮书8版权所有中国联通网络技术研究院,2018第三方应用可和CU同位置部署,且随着CU的通用化和云化,也使得两者进一步共享底层基础资源成为可能.
将计算、网络、存储硬件资源或者虚拟化后的资源通过共享或单独定制的方式开放给第三方租用,支持第三方应用在网络边缘与无线协议软件功能共平台部署,可在满足客户业务诉求的同时帮助运营商充分利用资源池化优势,节约业务部署成本,探索新的商业模式.
网络信息开放.
面向第三方客户,一方面可以提供用户信息和签约信息,实现用户行为模式、业务行为特征分析,达到第三方自主管理、控制用户的目的;另一方面可以提供信道测量数据、QoE信息等,用于优化业务体验.
另外,网络信息的开放还可以使能开发者在无线侧的应用创新.

3.
2.
4管理智能化未来网络服务部署、集成、配置、资源编排、维护将更加复杂,因此需要智能化的网络管理以提高网络的稳定性、可扩展性,降低管理的复杂性,使得网络可根据业务需求变化做出快速响应.
(1)智能化无线资源管理未来的网络中多制式、多基站类型将通过集中管理节点(CU)实现无线接入架构融合,无线资源统筹划分.
此外,引入网络切片技术后,还需考虑不同切片间、同一切片内的资源分配,CU与其他网元间接口资源划分.
这些都将加剧无线资源管理方案设计的难度.
为提升无线资源管理的效率,可在CU引入大数据、机器学习等技术智能地建立网络整体业务数据模型,进行更加灵活合理的资源分配调度,甚至可以通过场景预判,实现资源的预先分配调度以应对后续快速变化的业务需求.
同时通过对关键性能指标的分析,对无线信道参数进行优化调整,以保证最优资源分配.
(2)智能化网络部署及编排基于SDN/NFV的网络架构具有网络层级复杂、网元众多、平台兼容性要求高等特点,需简化网元部署配置复杂度.
一方面需根据网络业务自动部署相应的VNF和PNF;另一方面需实现各个网元间自动集成和连接,还需根据网络业务自动订阅和配置网络传输和安全参数,达到自动化网络部署和智能化业务部署的目标.
同时系统需在运行过程中依据业务部署情况和资源使用情况,动态的编排VNF和PNF.
(3)自动化网络错误检测及修复中国联通CUBE-RAN白皮书9版权所有中国联通网络技术研究院,2018将集中控制节点CU部署在边缘DC,管控较大区域范围内的大量小区,任意一个CU的故障或者宕机都会对业务产生很大的影响.
因此,需加强自动化检测网络故障、自动分析故障并实现自我修复的能力.
(4)自动化软件升级基于开源的云生态架构,引入更多的第三方端到端应用,使得软件模块及服务数量增加,更新速度要求更快,传统的软件升级模式已无法满足需求,需要深入研究软件自动化升级流程,优化升级流程,缩短升级时间.
3.
3开源和白盒化随着运营商网络转型步伐加速,运营商开始深刻认识到黑盒设备的局限性,不仅仅将眼光局限在无线接入设备通用化、云化,甚至开始将软、硬件的彻底开源和白盒化作为长期的目标.
无线接入设备采购成本在网络建设成本中占比较高.
降低无线接入设备开发门槛,通过引入更多厂家形成规模效应,进行灵活的软件功能和硬件配置匹配,从而降低设备成本,是运营商推动开源和白盒化的源动力.
另外,开源和白盒化还可以加强运营商对网络数据的控制,从而更好地开放网络能力、实现网络运维与大数据分析、机器学习等技术相结合.
推动开源和白盒化最重要的是构建相应的生态系统,运营商在该生态系统中需要发挥主导作用,深入研究无线接入设备各硬件与软件的组成部分,根据设备的运行环境、业务需求等分解软硬件关键功能及指标,进行各部分模块化设计,定义模块间接口标准,理清方案细节设计,制定设计规范,最终推动设计方案共享.
在这个过程中,运营商也应该重视积极参与开源软件和社区工作.
开源和白盒化是运营商的长期目标,但实现开源和白盒化最根本的原则是不能损失无线接入网性能.
目前无线接入设备的开源和白盒化整体仍处于研究的初级阶段,还存在许多需要逐步尝试和探讨的内容.
评估设备各部分开源和白盒化的迫切性及难易程度,有规划地合力推动其发展至关重要.
中国联通CUBE-RAN白皮书10版权所有中国联通网络技术研究院,20184问题和挑战4.
1接口开放关键问题分析4.
1.
1协议划分再探讨无线接入设备解耦及网元间接口拆分,涉及很多复杂因素,3GPP根据协议模块的构成,结合不同模块实现功能的复杂性及功能间耦合性,提出了8种不同的切分方案,如图4-1所示,切分点上层协议功能位于CU设备单元,通过集中化部署实现网络灵活、弹性伸缩,下层功能位于DU设备单元.
不同切分方案可从时延、传输带宽、接口/网元实现复杂度,设备通用化、网络运维等多个维度进行对比分析.
从时延和传输带宽层面分析,选项1切分方案,对时延要求最低,在10ms级别,选项7及选项8涉及PHY切分,需要满足TTI级别的定时交互,对时延要求最高.
带宽方面,选项1-选项6对传输带宽的要求基本一致,选项7、选项8涉及到IQ数据流的传输,对传输带宽要求较高.
图4-1:CU/DU切分方案从接口/网元实现复杂度层面分析,不同协议层间切分总体要比协议层内部切分实现复杂度低,即选项1/2/4/6要比选项3/5/7的实现复杂度低,这是由于现有协议内部功能大多是强耦合的,内部切分会对此类功能实现造成难度.
在选项3/5/7中,MAC层的内部切分,即选项5是实现复杂度最高的,这是由于MAC层包含了高度复杂的中心调度算法,对前端网络延迟要求极高,而PHY和RLC的内部切分仅仅涉及到数据的处理,比如PHY层的调制,傅里叶变换,RLC层对数据包的分段、重组、级联等,功能逻辑清晰,不涉及太多交互内容,因此实中国联通CUBE-RAN白皮书11版权所有中国联通网络技术研究院,2018现复杂度相对较低.
在不同协议层间切分选项中,选项1即RRC切分方式由于将信令与数据处理分离,不涉及交互,是层间切分最易实现的,其它三种选项复杂程度接近,但选项2由于类似于LTE双连接3C模式,已有大量研究基础并在LTE实际部署中得到验证,因此所需附加工作最少,可以更快速地实现,且能够增强LTE与5G网络的兼容性,利于后续网络的演进.
从设备通用化角度分析,更多的协议功能实现通用化有利于运营商构建新的生态系统,解除设备强绑定的现状.
未来CU采用通用设备处理的方式,因此选项1-选项8的切分方案通用化的程度越来越高.
但有些协议层功能使用通用化设备处理,仍面临较大挑战,比如从运算量来看,物理层的傅里叶变换、编解码、以及PDCP层加解密,需要专有的加速器件保证性能.
从时延要求分析,选项5及其之后的下层切分方案对时延要求高,通用化设备实现难度高.
因此,虽然越往下层的切分设备通用化程度越高,但为了保障通信系统的性能,设备性价比会较低.
综合考虑,现阶段选项1-选项4采用通用化方式优势较大.
从网络运维角度分析,CU的协议集中程度越高,由网络层级造成的配置复杂度越低,越有助于网络的运维.
选项8切分方案即传统的一体化基站,各层参数能够统一运维,一套操作维护系统可以管理多套基站的所有参数.
其它选项中,CU和DU需要MANO和EMS两套操作维护系统协调工作,增加复杂性.
但优势在于CU基于通用化,设备运维系统支持切片的灵活管理、更大体量设备及数据云化处理;DU支持差异化配置、空口灵活调度及定制化切片策略,使得整个网络运维更加灵活、更加个性化,更加符合未来5G的市场需求.
综上所述,不同的切分方案在不同维度表现差异很大,虽然3GPP标准组织确定了选项2作为最终的切分方案,但其它切分方案仍有很多值得探讨的方向.
运营商在真正进行网络部署时,除了要考虑上述因素,还需结合自身传输网能力、运维需求以及机房等基础设施条件进行综合评估.
4.
1.
2CU和DU接口开放目前3GPP已确定将选项2,即PDCP/RLC间切分作为CU/DU分离切分方案,并围绕该方案密集讨论需标准化内容.
但仍存在以下问题有待加强关注并推动更深入的标准化,真正实现F1接口开放.
切分后功能/性能保障.
由于选项2将控制面的RRC功能放入CU单元,小区级的RRM无线资源管理功能放入DU单元,使得不同的控制面功能分属不同的处理单元,带来了控制面的延迟,可能影响整体系统性能指标.
例如中国联通CUBE-RAN白皮书12版权所有中国联通网络技术研究院,2018对于终端随机接入、切换等流程,由于RRC/RRM协议模块从传统的强内聚转到低耦合,接入过程跨CU和DU设备,增加管理控制流程,对业务和用户体验造成较大影响.
操作维护功能标准化.
在标准化CU/DU间F1接口协议时,不仅要关注协议功能的交互与实现,而且要涉及到操作维护层面的功能,例如,如何分别配置CU和DU设备,如何保持CU/DU间配置参数一致性等.
F1接口安全性.
CU/DU在PDCP/RLC切分,原来的设备内部接口变为设备间接口,需要一套低成本的机制,如IPSec机制,有效保证F1接口数据传输的安全性,同时也要考虑传输时延、传输带宽、实现/接口复杂度.
4.
1.
3DU和AAU接口开放DU和AAU间接口对前传带宽和时延的需求会随着系统带宽和天线数变化呈线性增长,从而会提高对相关设备接口器件能力的要求,增加前传网络成本、部署复杂度和传输协议的复杂性.
为了解决这些问题,业界对将部分物理层功能下移到AAU上达成了共识,并在CPRI基础上,提出了支持多种物理层切分方案的eCPRI协议,但eCPRI协议并不能实现DU和AAU接口的完全开放.
推动DU和AAU接口开放,仍存在很多问题:DU和AAU设备中承载了无线空口协议中最关键的物理层技术,如预编码和波束赋形、编解码等,此类技术专业性强,主要由少数设备厂商控制,因此较为封闭,非主流厂商无法在短时间内介入.
物理层协议设计复杂,若将如FFT/IFFT、CP添加和去除等物理层功能下沉到AAU中需要从此功能与其它功能的耦合度、AAU功能设计和体积功耗,接口复杂度、对传输时延及带宽的需求等多个维度分析方案实现难易程度.

实现接口标准化和开放,首先需要明确的就是功能切分方案.
除标准化数据传输协议,还必须同步标准化DU/AAU间操作维护接口,特别是C&M、帧同步、天线配置、IQ数据通道配置、校准配置等功能和过程.
4.
2设备通用化关键问题分析4.
2.
1可靠性无线接入设备通用化后,协议功能将以虚拟机的形式在云平台中运行.
为了中国联通CUBE-RAN白皮书13版权所有中国联通网络技术研究院,2018保障通信业务的正常运行,达到电信级云平台5个9的高可靠性和故障检测时效秒级的要求,需要从虚拟机可靠性、云平台可靠性、容灾等多个方面着手考虑,建立完善的可靠性保障体系.
(1)虚拟机可靠性为了提升虚拟机的可靠性,可以通过虚拟机集群部署、虚拟机HA和动态迁移等方式进行保障.
虚拟机集群部署:通过创建集群系统,将冗余的软硬件组件进行组合,达到消除单点故障,缩短设备意外宕机时间的目的.
虚拟机HA:将一组服务器合并为一个共享资源池,持续检测共享资源池内服务器主机与虚拟机的运行情况,保证故障后的自动恢复.
动态迁移:自动优化资源池内的虚拟机,支持在物理服务器间迁移运行中的虚拟机,降低硬件维护产生的宕机与业务中断影响.
(2)云平台可靠性通过区分云平台的服务类型进行部署模式选择,选取云平台所依赖系统服务的封装机制及区分云平台对硬件能力的需求实现可靠性的保障.
基于服务类型的部署模式选择:有状态基础服务采用主备模式部署,无状态基础服务采用引入负载均衡的全主模式部署.
容器的封装:将云平台所依赖的系统服务封装在不同的容器内,依托容器的集群特性、灰度特性与自愈特性保障云平台的可靠性.
硬件识别能力:无线网络虚拟化存在加速的需求,通过基于硬件能力进行资源池划分,保证无线虚拟功能故障恢复和平滑迁移能力.
(3)容灾无线网络设备虚拟化的场景下,由于设备在地理上分布式部署以及多制式共存的差异化特性,网络容灾将面临更大的挑战.
DU单元覆盖范围小,可以进行本地容灾备份,而CU覆盖范围大,需要考虑进行高可靠的异地容灾备份.
由于CU设备以云化的方式部署,在容灾建设过程中,还需要考虑负载均衡、数据中心网络互联等问题.
此外,不同容灾等级对应的容灾方案在功能、适用范围等方面有所不同,实际的容灾建设需要结合业务以及建设环境进行灵活选择.

中国联通CUBE-RAN白皮书14版权所有中国联通网络技术研究院,20184.
2.
2实时性时延是衡量无线接入网性能的关键指标,尤其是未来大量uRLLC业务时延敏感度极高,这对网络架构设计、无线空口设计和设备处理能力都将会有更严格的要求.
无线接入设备采用通用硬件平台实现,在计算和转发实时性上都面临较大挑战,需要在软件和硬件方面进行优化尝试.
目前软件方面常用的加速方案有:通过DPDK轮询机制及绑定核机制降低中断响应时延,稳定时延抖动;采用SR-IOV技术实现加速卡物理资源向虚拟机的透传,降低虚拟机监控器介入而产生的时延.
通过优化操作系统、虚拟机也可提升通用设备实时性.
但对于集中节点CU,当需要集中处理上百小区或更大规模小区的数据量时,对设备时延、吞吐量、整体功耗等系统性能要求会更为严格.
因此,选择采用智能网卡、硬件加速资源池等专用硬件加速方案达到通用性和实时性的折中是需要进一步评估的.
4.
2.
3安全性从2G开始,加密技术就应用在无线接口上以保证用户通信的安全性.
到了3/4G时代,除对数据面进行加密,还增加终端和网络相互鉴权、完整性保护和控制面加密等.
此外,由于传统专用设备软硬件紧耦合,黑客难以实施攻击.
然而CU/DU分离RAN架构的应用和网络云化发展给安全防御带来了挑战,多维的网络服务需要多样化的安全机制来保证.
在虚拟网络架构安全方面,CU/DU分离后,CU和其他的VNF部署在同一数据中心,需对多租户的数据隔离及加密以保证数据私密性;对软件包进行校验以保证软件包完整性;对管理面,用户面,控制面及内网进行网络隔离,避免相互干扰及非授权用户访问所有数据;对入侵检测和入侵防御实现智能化以保证服务的可信性;对登录事件进行有效记录以保证安全的可追溯性;对SDNcontroller的北向接口进行安全认证,SDNcontroller和SDNswitch数据加密以保证自定义网络的安全性.
在安全编排方面,CU运行在虚拟平台下,用户可以任意的将VNF从一个平台迁移到另外一个平台,或者动态的分配VNF到不同的物理区域,这需要对安全场景进行跟踪和统一编排管理,以确保安全规则的一致性和准确性.
在安全智能化方面,为排除安全漏洞不断繁衍升级导致安全的不可预知性,中国联通CUBE-RAN白皮书15版权所有中国联通网络技术研究院,2018需要利用大数据,机器学习以探测和缓和未知的风险,以保证最短时间消除安全隐患.
在安全多样性和灵活性方面,网络切片需要针对不同的网络服务优化不同的安全配置以适应不同应用场景的需求.
例如,eMBB业务不仅需要对数据加密还需要对数据进行完整性校验,这些应用依赖于网络方面的安全.
而有些mMTC业务的安全依赖于应用层,可能不要求网络层的安全.
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4编排和管理电信业务种类逐渐增多,用户需求呈现多元化,无线网络全局资源的统一编排与管理面临严峻的挑战.
在运营商传统OSS/BSS系统中引入管理编排系统,提供可管、可控、可运营的服务环境,实现VNF、NS的自动化部署、弹性调度与高效运维管理将至关重要.
ETSI已经制定了NFV的参考架构,但对于RAN来说,仍需对此架构进行扩展才能满足RAN需求.
图4-2:扩展MANO架构(1)无线网络业务模型构建构造RAN侧业务模型,实现VNFD中无线业务的描述与定义,在MANO各模块的接口定义中增加RAN-VNF定义.
(2)PNF与VNF的统一编排与管理中国联通CUBE-RAN白皮书16版权所有中国联通网络技术研究院,2018无线网络中仍将有大量的专用设备以PNF形式存在,包括已有2/3/4G无线设备、DU及RRU/AAU单元等.
MANO系统需要增强对PNF的直接管控能力;理清OSS与NFVO间、EMS与NFVO间、VNFM间的协作关系与交互流程.
(3)加速资源管理在无线接入设备应用加速器,其将作为最底层硬件资源的一部分被抽象化为NFVI的组成之一.
需在VNFD中增加虚拟化加速资源的描述,并实现NFVO和VIM对虚拟化加速资源的管理.
(4)编排效率、灵活性考量无线接入网的网络容量、时延等指标是无线网络的瓶颈,相关指标要求在设备虚拟化的场景下需要得到良好的保障,这对编排系统的灵活性及编排效率提出了更严格的要求,因此,编排与管理需要进行架构与业务流程的进一步优化.

(5)业务网元协同未来,无线网络虚拟网元与MEC、能力开放平台等业务虚拟网元存在共平台部署的可能,而MANO需在该场景下需要完成统一的编排与管理.
因此,需要在编排过程中充分考虑业务需求、网元特性、业务流路径等因素,实现网元的协同工作,保证整个平台的完整性与作业效率.
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5资源高效性传统无线接入设备之间相互孤立,网络扩容和功能升级需对每个设备均进行软件或硬件投资,因此采购和升级成本极高.
采用通用服务器并引入SDN/NFV技术实现基础网络资源的池组化、云化,可大幅增加硬件设备的复用和共享,帮助运营商有效控制部署和升级成本.
在保障无线接入设备性能的情况下,选择合适的不同层级的虚拟化技术,如虚拟机技术、容器技术、虚拟操作系统、微容器等,尽可能提升资源复用和共享的效率将是非常有意义的.
另一方面,传统无线接入设备针对协议栈中网络转发部分和密集计算部分,如IFFT、编解码、PDCP加解密和信道均衡等,采用了如FPGA、DSP、NP和CPU协处理器等方式进行加速处理,加速器的使用使得设备整体能耗较低.
而通用服务器若仅基于通用处理器,在满足同样性能情况下,能耗会大幅提升.
因此,加速器的使用对于无线接入设备来说难以避免,如何在面向各种业务和应用场景,保障不同无线接入设备性能情况下,达到能耗和设备价格之间的平衡是运营商需要深思的.
中国联通CUBE-RAN白皮书17版权所有中国联通网络技术研究院,20184.
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6解耦采用协议软件功能和硬件设备深度绑定的方式,一方面运营商无法自主软件升级网络支持新的软件功能,难以应对未来随时随地的新业务灵活部署需求.
另一方面也不利于运营商开放网络接口,构建多厂家生态环境,降低网络建设成本.
但基于NFV框架,推动硬件、虚拟化层和协议功能软件三层解耦,各层由不同厂家提供,存在极大挑战:各层间接口标准不统一,目前大量使用私有协议和接口,不同厂家产品对下层能力要求差异大,各厂家垂直互通、系统集成和联调性能优化的复杂度非常高.
NFV技术引入虚拟化层,会造成多余的CPU、内存,以及交换性能损耗,增加功能单元处理时延,影响设备整体性能,虚拟化层能力优化是亟待解决的问题.
无线接入设备对性能和实时性等要求非常高,对底层硬件依赖紧密,尤其是底层协议的实现,需要引入加速器进行密集计算处理和高速转发.
因此,推动加速资源的虚拟化和接口标准化是实现无线接入设备解耦的关键.
无线接入设备需要保证通信业务不间断,任何一层都会影响系统整体可靠性,如何明确各层可靠性能力指标并实现协同,也增加了RAN侧解耦的难度.
从运维角度看,解耦后故障检测、定位和恢复需多厂商配合协作,运营商需要转换网络运营思路,运维人员也需对设备各层能够有深入理解.
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7设备形态无线接入网采用CU/DU分离架构进行部署,CU根据业务需求灵活部署在综合接入机房和各层级DC机房.
综合接入机房作为未来运营商实现固移融合的重要节点,将主要部署无线接入设备和超低时延需求业务;边缘DC将规划无线接入CU、分布式核心网UPF、MEC功能以及开放给第三方的业务部署平台等.
采用标准通用硬件设备对机房可用空间、电源供应、承重等基础设施有着特殊的要求,无论是现有综合接入机房所还是边缘DC都难以满足需求,且两者数量庞大、位置分散、改造难度高、成本巨大.
因此如何尽可能利用现有基础设施条件需要探讨.
为适配现状,仅从无线接入设备通用化角度看,需要对标准通用硬件设备形态设计进行一定突破:中国联通CUBE-RAN白皮书18版权所有中国联通网络技术研究院,2018需能适应比传统数据中心更加恶劣的环境,具有更高的抗冲击、抗振动能力;电源选择范围要更广,支持220VAC以及-48VDC.
需更加紧凑,占地更少,例如考虑设备进深减少至600mm以内,同时需能通过提供各种安装选项来适应面积有限的机房,如既能作机架式安装也能作壁挂式安装等.
需支持更广泛的工作温湿度范围,如0–55℃,95%非冷凝湿度等,以适应空调设备限制.
需具备高密度计算能力,可在尺寸受限的情况下,提供无线接入网所需计算资源,高集成度和硬件加速将是关键.
综合接入机房和边缘DC基础设施现状复杂,且置于不同位置的接入设备需要管理小区数也不尽相同,实现综合能效比、性价比最优,需考虑因素众多.
对基础设施现状进行梳理和归纳,探索适于边缘部署的通用硬件设备能力,推动不同能力规格通用硬件设备的定制化、标准化甚至开源化是重要的发展方向.

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3能力开放关键问题分析网络能力开放可为运营商提供创新商业模式,带来新的发展机遇,但相比传统封闭的网络架构,也同样会带来灵活性、可靠性和安全性等方面的问题.

首先,对于空口资源开放,若空口资源以固定的形式定制给客户,会导致空口资源利用率低下,且在未来引入新的行业客户或已有的客户需求发生变化时,不具备足够的伸缩灵活性.
若采用部分共享的形式,则要充分考虑共享空口资源的各类业务如何调度,保障业务体验.
其次,无线接入设备对可靠性、实时性和安全性要求极高.
若开放基础资源,需考虑如何避免在第三方对其业务应用进行日常更新以及各类维护操作时,可能造成的无线接入设备功能暴露和无法正常调度管理风险.
基础资源开放需要保证与无线接入设备功能的完全隔离.
最后,网络信息开放可以通过直接提供API的方式或者中间网元间接传输的方式实现.
通过API调用的方式使得第三方可能通过非法手段入侵基站,直接获取无线接入网数据,存在较大安全隐患.
通过中间的网元方式包括采用SCEF、MEC或网管等,其中MEC可能会是未来结合业务应用使用最广泛的方式.
目前基站和MEC间接口均是私有接口,基站和MEC无法解绑,因此定义两者间接中国联通CUBE-RAN白皮书19版权所有中国联通网络技术研究院,2018口,推动其标准化至关重要.
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4智能管理关键问题分析多接入连接和资源管理、多元的网络业务部署及编排、复杂的网元配置、潜在庞大的网络错误类型、灵活的软件升级需求,使得运营商对网络智能化管理有着强烈的诉求.
但引入智能化管理仍存在一些问题需要解决.
(1)智能无线资源管理的复杂性无线接入网切片:引入虚拟化技术后,无线网络将由VNF和PNF组成,VNF具有良好的可扩展性,资源粒度可调整,而PNF包括部分基带和射频,资源粒度相对固定,对于需要更细的资源划分场景,需考虑PNF如何划分.
机器学习模型建立:业务类型多样化、切片方式复杂、与模型相关的无线资源参数多,使得提取数据模型的特征值难度增大,业界需要对参数的提取进行标准化.
机器学习模型验证:机器学习需要大量的数据做训练,而这些数据有些和空口直接相关,设备提供商难以模拟所有实际场景,如何验证模型的有效性和可靠性需要进一步探讨.
(2)网络服务编排、管理和运营编排:实现VNF和PNF智能统一编排,定义可兼容各个厂商编排流程和接口的标准非常关键.
目前VNFM不直接管理PNF,难以实现和其他VNF的统一编排;自动化集成MANO各个层级节点的流程需要标准化;各类SDN-C自动化配置节点传输网络的接口也需要标准化.
管理:实时监测平台及网元的告警,建立深度学习模型,对告警及错误进行分析及网元自愈.
告警内容及接口需要统一,以便使用第三方智能软件.
运营:软件升级需要不中断服务,实现基于微服务的CU虚拟网络功能架构,允许以更小的粒度发布和升级软件.
(3)兼容性和一致性适配SDN/NFV架构,不同的厂家提供的VNFM、编排器、网元管理系统不同,集成的流程及接口可能不完全相同,需要推动不同厂家产品间相互适配.