5G两大需求网络重构与云化

　　5G跟未来网络什么关系？5G不是未来网络，但是与未来网络有关。未来网络的覆盖范围不仅有无线还有有线。未来网络希望更大，应用范围更广。5G将在2020年实现商用，而未来网络要实现商用可能得更晚。

　　今年年底，3GPP将完成非独立标准5G空口化，而且要完成5G网络架构化。预计，明年8月份会有新的标准化，还有正常移动宽带等场景的发布，到2019年9月份将全部适应5G要求。这是标准化的过程，而标准化过程瞄准的是5G商用时间表。

　　目前，中国移动通信占了中国4G市场的60%，而现在5G市场的竞争已经开始。那么，如果说1G面向个人通信，5G则是面向产业和社会的管理应用，比如说三维电视、可穿戴设备、产业互联网、机器人、智慧城市等。

　　据国际电信联盟的观点，5G比4G的网速提升了10倍，无线接口从10秒提升到1毫秒，连接密度提高10倍，能效提高100倍。怎么提高移动性能？提高网络流量由几个因素构成，如增加天线数等，所以可以看到大规模天线，超密集主网对应网络容量公式，除此之外还有各种各样的无线技术需要支持。

　　我们今天的会议主题是“未来网络”，关注网络技术。那么，网络技术的5G业务跟现有的固网业务有什么差异？

　　答案是多带宽，连接更复杂。如果要连接大规模物联网，就要减少端到端的复杂性。此外，对移动网络需要优化，达到数据可编程，同时要保证能效，实现绿色化，增加身份管理，多数据接入，扁平化和运行维护。所以目前的固网标准还不能满足5G业务的一些需求。

　　5G有两大需求

　　5G有两大方面的需求。

　　1.网络重构

　　一方面是支撑指标，要实现网速100MB，峰值100GB，流量密度提高100倍。在这样的要求下，对5G接入网和核心网都需要改造，要有更灵活的网络架构，要实现无线资源优化。另外，除了云计算以外，还要有移动边缘计算，用户面和控制面分离要寄希望于移动管理。从运营商来看，也有很多需求。要提供差异化的服务，网络能力要开放，基础设施会用到SDN（软件定义网络）和大数据。

　　5G网络架构可以分两大方向。首先要模块化功能视图，从两方面来规范。另外主网设计是平台性基于NFV和SDN的，实际上网络技术要多种多样，包括网络切片、移动边缘计算、网络功能重构、控制承载分离、新型移动性管理、多梳理接入以及网络能力开放。

　　拿扁平化来举例说明，比如2G、3G设备旁边有一个基站，包含无线网络控制器、SDN/NFV，另外还有一个分组网关功能。到4G阶段已经做了一些减化，再高一个级别是SG到SSG，然后是从4G到5G再减化，直接到EPC。EPC是增强的核心网，可以看到网络的进一步扁平化。现阶段，移动网也想IP化，实际上移动网是独立的，通过隧道和网关连到互联网。未来网络扁平化直接连接到互联网，使网络进一步实现扁平化。扁平化的目的是为了减少实验，适应宽大流量。

　　另外，传统的移动网络基站控制器还有MMSC和SNGSN。传统的移动互联网从2G到3G，走的是电路交换；到PSPN，数据走的是分组交换，通过分组网络连接到互联网，不是纯IP。目前，4G发展到EPC，未来5G纯IP化的趋势就更加确定。

　　现在，EPC是按设备来分类，SGW是网关，然后有任务服务器，还有一些跟用户属性、计费有关的单元。未来5G很可能走到NGC，下一代的核心是分层。未来核心网不但是纯IP网络，还要做到控制面和用户面的分离。

　　2.需要云化

　　另一方面，5G网络要云化。过去，云化就是把基站能力做得很强。现在有些能力可以上到云端去，通过云端来集中处理。5G云化需要有接入的云和控制的云，从而实现网络资源的集约化管理，能够更好地调动网络资源。这里包括将来支持SDN和NFV。5G的实现不等于现有的移动网络被淘汰。如何实现多个移动网络协同，也需要利用云的能力来处理。

　　除了云化以外，很多东西都要集中到云，但也并不是所有都要集中到云。移动通信不能把所有东西都集中到云上，如果所有处理都上到云端，那么通信路程比较长，而对于工业物联网和车联网，我们希望达到低毫秒级传输。什么东西都放到云端再处理再回来，这个时间很长。

　　虚拟现实、增强现实，往往需要20GB的带宽才能够有好的体验，而且反应要比较快，如果把VR、AR处理都放到云端，这样处理起来就会占用核心网络带宽。此外，视频业务要求我们希望节约核心网络的带宽，并做到就近处理。

　　现在，IBM提出在云计算上面还有“雾计算”，也就是说“雾”比“云”更靠近地面，更可以靠近处理。但是，按我的想法这还不够，应该要在基站上，到交换网中间处理，目前在其底下处理还没有人起名字，我称它为“霾计算”。

　　所以未来的网络需要云集中处理，同时也需要“雾计算”、“霾计算”分级处理，根据业务不同因地制宜。

　　实现智能化重构

　　另外，网络要实行智能化重构，网络弹性部署、快速配置，基础设施照旧，网络资源、存储资源、带宽资源，通过云管理平台、控制器，通过网络功能虚拟化支撑不同的应用，这就是云化。

　　在这之上，再通过SDN类似网络编排实现优化。中国电信提出来希望全国不少于90%的地区能在IP应用SDN，在边缘运用NFV，并且希望到2020年实现80%的功能软件化，利用云和虚拟化、软件化、切片化来实现整个网络智能化的重构。

　　再说回5G，通常的移动通信一个基站用户在基站附近受到很好的协调，用户在蜂窝边缘信号效果不那么好，未来我们希望用分布式的天线，这样使用户在蜂窝周围也能收到比较好的信号。当然天线之间是互相有干扰的。资源怎么分配、优化？需要集中管理。

　　我们需要大数据，搜集天线干扰数据，通过联合的信号处理。当然我们还有高密集主网和其他方案等。现在超密集主网有中央大数据管理和联合信号处理协调。

　　另外，移动通信通常都是一个基站服务一部分用户，比如像北京望京住人的地方，晚上很忙，白天这些人都上班，所以基站是忙闲不均，基站利用率很低。过去一个基站、一个基站亟待处理，现在为了让它协同，我们将其抽出来，这样一来变成集中的，每个基站都有功能。传输网光纤传输的不是数字信号。这种方式是集中式，特点是集中、合作、云、绿色，这也是我们未来5G大规模商用会采用的方式。

　　移动通信要做到高带宽，现在频率可能要扩展几毫米，外国已经规划要达到70级，内部传输很大，所以往往需要把光纤引入到基站，包括引入到馈线上面，我们可以让调制光信号成为光信号。

　　另外，过去我们很多交换放到路由器，就是IP交换，耗时10毫秒都不止。现在华为提供了方案，是第一层物理层到第二层之间实现以太网的终极，这样可以做到毫秒级，其好处是基于原生的内核，不需要跑到第二层和第三层来存储和查表，而且可以混合用，既有独占，又有以太网统计互用特征，是基于最优路径、端到端的硬管道。

　　此外，各种硬管道都可以应用，优化了网络资源的利用，也可以支持SDN的控制。当然根据不同的需要，有些业务可以走交换机路由器。

　　物联网体系现在有很多，有DAN、NDX、CCN、SDN、SON，面向服务网。实现内容交换，在结点上看，5G可能比较看好，但这也并不是确定的发展路径。

　　（本文根据邬贺铨在“2017全球未来网络发展峰会”上的演讲整理而成，未经本人确认。）

　　中国工程院院士 邬贺铨

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