一種基于計(jì)算和通信融合的5g無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化體系架構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于計(jì)算和通信融合的5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化體系架構(gòu)，主要應(yīng)用于第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)(5G)，屬于無線通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能終端、平板電腦和社交網(wǎng)絡(luò)等的興起，移動(dòng)業(yè)務(wù)需求將爆炸性增長(zhǎng)，無線數(shù)據(jù)流量和信令對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)帶來了前所未有的沖擊。據(jù)國際電信聯(lián)盟預(yù)測(cè)，到2020年，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)容量需求將達(dá)到4G商用網(wǎng)絡(luò)的1000倍。4G技術(shù)難以滿足上述發(fā)展需求。另一方面，傳統(tǒng)的蜂窩網(wǎng)絡(luò)對(duì)室內(nèi)場(chǎng)景并沒有特別優(yōu)化，但現(xiàn)在的移動(dòng)應(yīng)用室內(nèi)用戶所占比例越來越大，因此迫切需要解決室內(nèi)和熱點(diǎn)覆蓋問題。此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，未來的移動(dòng)通信除了解決人與人的通信，還需要解決人與物，物與物的通信，比如智能電網(wǎng)、智能交通等應(yīng)用?？傊?，未來移動(dòng)通信需要適應(yīng)多樣化的移動(dòng)業(yè)務(wù)和場(chǎng)景，提升用戶體驗(yàn)。
[0003]針對(duì)上述需求，第五代移動(dòng)通信系統(tǒng)(5G)的研發(fā)工作已經(jīng)在全球陸續(xù)提上日程，例如歐盟的5GNow和Metis項(xiàng)目，韓國的5G論壇，中國也啟動(dòng)MT-2020論壇。雖然5G系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)的研宄已經(jīng)逐步展開，但是目前關(guān)于5G系統(tǒng)的核心技術(shù)、特別是移動(dòng)通信無線組網(wǎng)架構(gòu)及組網(wǎng)關(guān)鍵技術(shù)的演進(jìn)仍然未能得到學(xué)術(shù)界及產(chǎn)業(yè)界清晰一致的認(rèn)識(shí)。IEEECommunicat1n Magazine于2014年2月刊專門針對(duì)5G出版了一個(gè)專輯，但是其中對(duì)5G技術(shù)演進(jìn)的展望仍然存在多種可能。為了實(shí)現(xiàn)容量提升1000倍這一核心需求，目前比較一致的思路是從如下三個(gè)方面著手解決該問題:物理層無線傳輸，頻譜資源擴(kuò)展，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架。要從網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架上要進(jìn)行變革，未來的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架需要具有這幾個(gè)特征:異構(gòu)融合，多種類型、不同覆蓋大小的異構(gòu)小區(qū)共存，且重疊覆蓋網(wǎng)絡(luò)等。這些技術(shù)帶來容量增長(zhǎng)的同時(shí)也為移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)帶來了新的挑戰(zhàn)，具體表現(xiàn)在:不同類型小區(qū)大量增多導(dǎo)致重疊覆蓋嚴(yán)重干擾劇增，多層小區(qū)高密度混合部署導(dǎo)致越區(qū)切換很頻繁。而無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的提出為異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)提供了一種有效管理方式，通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的抽象和統(tǒng)一表征、資源共享和高效復(fù)用，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的共存與融合。無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化可使復(fù)雜多樣的網(wǎng)絡(luò)管控功能從硬件中解耦出來，抽取到上層做統(tǒng)一協(xié)調(diào)和管理，從而降低網(wǎng)絡(luò)管理成本，提升網(wǎng)絡(luò)管控效率。
[0004]由于無線網(wǎng)絡(luò)相對(duì)于有線網(wǎng)絡(luò)更加復(fù)雜，在無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化設(shè)計(jì)中需要考慮信道的不確定性、功率控制、信令開銷等問題，這樣的復(fù)雜性使得上述有線網(wǎng)絡(luò)的虛擬化技術(shù)不能直接搬到無線網(wǎng)絡(luò)中使用。因此，如何將網(wǎng)絡(luò)虛擬化的思想引入到無線網(wǎng)絡(luò)中，并將通信、計(jì)算與存儲(chǔ)資源融合起來，是進(jìn)一步大幅度提高頻譜效率和能耗效率的關(guān)鍵所在，已成為未來網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展方向。
[0005]因此，針對(duì)上述關(guān)鍵問題，本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種基于計(jì)算和通信融合的5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化體系架構(gòu)，從理論角度清晰地介紹了 5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化體系架構(gòu)的概念及其技術(shù)架構(gòu)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明設(shè)計(jì)出一種基于計(jì)算和通信融合的5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化體系架構(gòu)，該體系架構(gòu)打通異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的資源壁皇，共享接入網(wǎng)絡(luò)資源。突破傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)的結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計(jì)新型的無線組網(wǎng)架構(gòu)，支持控制平面和數(shù)據(jù)平面分離?？紤]通信、計(jì)算、存儲(chǔ)多維度資源進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，建立以用戶為中心的網(wǎng)絡(luò)，最終適應(yīng)5G系統(tǒng)的發(fā)展需求并提高網(wǎng)絡(luò)整體容量。
[0007]技術(shù)方案:
[0008]1.設(shè)計(jì)出一種基于計(jì)算和通信融合的5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化體系架構(gòu)
[0009]無線傳輸能力受到頻譜資源及香農(nóng)定理瓶頸的制約，單純提升“連接容量”日益增長(zhǎng)的容量需求，亟需基于新維度的架構(gòu)性創(chuàng)新，應(yīng)當(dāng)充分考慮“計(jì)算越來越普及，存儲(chǔ)越來越便宜”。以有效存儲(chǔ)置換通信，以有效存儲(chǔ)為優(yōu)化通信創(chuàng)造條件。本發(fā)明提出的基于計(jì)算和通信融合的5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化體系架構(gòu)的目的就是基于開放的架構(gòu)重新設(shè)計(jì)無線網(wǎng)絡(luò)，從而打通異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的資源壁皇，共享接入網(wǎng)絡(luò)資源；把計(jì)算、存儲(chǔ)和通信資源進(jìn)行聯(lián)合優(yōu)化，拓展資源維度，重新設(shè)計(jì)體系架構(gòu)。
[0010]本發(fā)明提出的基于計(jì)算和通信融合的5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化體系架構(gòu)采用軟件定義的方法，以自適應(yīng)的方式進(jìn)行控制平面與數(shù)據(jù)平面的分離。在上述基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)小區(qū)的構(gòu)建方式將獲得突破，不再需要通過預(yù)先的功率限制來嚴(yán)格設(shè)定小區(qū)邊緣，而是由處理單元構(gòu)建覆蓋整個(gè)服務(wù)區(qū)域的控制平面，如果有用戶發(fā)起服務(wù)請(qǐng)求，則處理單元將根據(jù)用戶請(qǐng)求的服務(wù)質(zhì)量、當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)負(fù)載狀況、干擾狀況等分配相應(yīng)的天線單元及無線資源，從而以用戶為中心按需、動(dòng)態(tài)的構(gòu)建為用戶提供服務(wù)的用戶平面。
[0011]本發(fā)明提出的面向5G無線融合網(wǎng)絡(luò)虛擬化架構(gòu)模型，分為無線物理網(wǎng)絡(luò)、無線虛擬網(wǎng)絡(luò)和核心網(wǎng)三個(gè)部分。無線物理網(wǎng)絡(luò)部分包括無線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、資源池和物理網(wǎng)絡(luò)控制器，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基礎(chǔ)設(shè)施提供的網(wǎng)絡(luò)資源按無線資源、計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源進(jìn)行劃分和存儲(chǔ)，放入相應(yīng)的資源池中，由物理網(wǎng)絡(luò)控制器統(tǒng)一管理控制。無線虛擬網(wǎng)絡(luò)部分包括若干虛擬子網(wǎng)和虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器，虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)責(zé)與物理網(wǎng)絡(luò)控制器協(xié)同并根據(jù)用戶需求分配虛擬子網(wǎng)。核心網(wǎng)實(shí)現(xiàn)用戶連接、用戶管理以及業(yè)務(wù)承載，作為承載網(wǎng)絡(luò)提供到外部網(wǎng)絡(luò)的接口。
[0012]2.5G無線物理網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)
[0013]隨著WiF1、4G等技術(shù)的發(fā)展，如今通信系統(tǒng)呈現(xiàn)出WLAN、GSM、LTE等多制式網(wǎng)絡(luò)共存的狀態(tài)，并且該狀態(tài)將在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)持續(xù)存在。未來的異構(gòu)無線資源并不僅僅指?jìng)鹘y(tǒng)的無線頻譜，還包括天線單元、功率、時(shí)隙、計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源等多維資源。為了充分利用各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源，需要對(duì)多種資源進(jìn)行虛擬化的集中的資源管控技術(shù)，將多種資源對(duì)應(yīng)的軟件/硬件做統(tǒng)一、靈活管理。將異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中基礎(chǔ)設(shè)施提供的的資源按無線資源、計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源進(jìn)行劃分和存儲(chǔ)，放入相應(yīng)的資源池中，由物理網(wǎng)絡(luò)控制器統(tǒng)一管理規(guī)劃。
[0014]3.5G無線虛擬網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)
[0015]為了充分利用各種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的無線接入資源，將不同的無線接入網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行統(tǒng)一管控，動(dòng)態(tài)調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源，虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器從基礎(chǔ)設(shè)施提供的資源中抽象出虛擬資源，進(jìn)而虛擬出多張相互隔離的虛擬子網(wǎng)，為不同的應(yīng)用及用戶群提供包括覆蓋、移動(dòng)性管理、服務(wù)質(zhì)量保證在內(nèi)的差異化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的合理高效利用。
[0016]通過對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的分析，有效了解用戶需求，分析結(jié)果用于指導(dǎo)虛擬子網(wǎng)的功能劃分以及資源優(yōu)化配置。還可進(jìn)一步針對(duì)用戶行為特征對(duì)控制信令進(jìn)行優(yōu)化。無線虛擬網(wǎng)絡(luò)中虛擬化資源動(dòng)態(tài)分配與虛擬資源映射機(jī)制，實(shí)現(xiàn)虛擬網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求到物理網(wǎng)絡(luò)的映射。
[0017]4.核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)
[0018]面對(duì)越來越多的互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，僅將無線網(wǎng)絡(luò)作為單純的管道會(huì)影響業(yè)務(wù)響應(yīng)速度及用戶體驗(yàn)。通過在虛擬基站中集成存儲(chǔ)功能，使得網(wǎng)絡(luò)邊緣提供熱點(diǎn)內(nèi)容分發(fā)，輔助核心網(wǎng)向用戶提供服務(wù)。同時(shí)將一些核心網(wǎng)的功能下移到虛擬基站中，進(jìn)一步將網(wǎng)絡(luò)扁平化，提高網(wǎng)絡(luò)性能，提升網(wǎng)絡(luò)控制效率。
[0019]本發(fā)明的一種基于計(jì)算和通信融合的5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化體系架構(gòu)的縱向包括兩個(gè)部分:接入網(wǎng)和核心網(wǎng)；
[0020]所述的接入網(wǎng)包括兩個(gè)部分:無線物理網(wǎng)絡(luò)和無線虛擬網(wǎng)絡(luò)；
[0021]所述的無線物理網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)部分:基礎(chǔ)設(shè)施，資源池和物理網(wǎng)絡(luò)控制器；
[0022]所述的無線虛擬網(wǎng)絡(luò)包括兩個(gè)部分:虛擬子網(wǎng)和虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器；
[0023]其中:基礎(chǔ)設(shè)施提供的資源按照無線資源、計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源進(jìn)行劃分，存儲(chǔ)在相應(yīng)的資源池，物理網(wǎng)絡(luò)控制器通過網(wǎng)絡(luò)接口管理和規(guī)劃資源池；虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器通過網(wǎng)絡(luò)接口與物理網(wǎng)絡(luò)控制器相連，將用戶請(qǐng)求映射到無線物理網(wǎng)絡(luò)，并負(fù)責(zé)管理和規(guī)劃虛擬子網(wǎng)。
[0024]橫向分為數(shù)據(jù)平面和控制平面兩個(gè)部分，分別負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與控制信息的傳輸。
[0025]基礎(chǔ)設(shè)施是WLAN、GSM、LTE多種制式網(wǎng)絡(luò)提供的基站、接入點(diǎn)、網(wǎng)關(guān)、終端的基礎(chǔ)設(shè)施。
[0026]資源池存放的資源包括無線頻譜、天線單元、功率、時(shí)隙、計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源的多維資源，按照無線資源、計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源進(jìn)行劃分和存儲(chǔ)，由物理網(wǎng)絡(luò)控制器統(tǒng)一管理規(guī)劃。
[0027]所述的數(shù)據(jù)平面與控制平面相分離；數(shù)據(jù)平面負(fù)責(zé)語音、視頻業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理與轉(zhuǎn)發(fā)，由基礎(chǔ)設(shè)施、資源池、虛擬子網(wǎng)和核心網(wǎng)共同完成；控制平面負(fù)責(zé)控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、資源管理規(guī)劃，由物理網(wǎng)絡(luò)控制和虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器共同完成。
[0028]控制平面的處理單元包括兩個(gè)部分:物理網(wǎng)絡(luò)控制器和虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器，物理網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)責(zé)管理控制資源池的多維資源，虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器負(fù)責(zé)管理控制虛擬子網(wǎng)。
[0029]虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器將用戶請(qǐng)求映射到無線物理網(wǎng)絡(luò)，物理網(wǎng)絡(luò)控制器為用戶請(qǐng)求匹配資源池中的多維資源，從基礎(chǔ)設(shè)施中虛擬出滿足用戶請(qǐng)求的虛擬子網(wǎng)，并由虛擬網(wǎng)絡(luò)控制器分配給用戶。
[0030]有益效果:本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0031]①提出了 5G無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化體系架構(gòu)的兩個(gè)部分:接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，其中接入網(wǎng)包括無線物理網(wǎng)絡(luò)和無線虛擬網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)部分；
[0032]②拓寬了資源維度，包括無線頻譜、天線單元、功率、時(shí)隙、計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源，打通了異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)的資源壁皇，共享接入網(wǎng)絡(luò)資源；
[0033]③突破傳統(tǒng)蜂窩小區(qū)的結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計(jì)新型的無線組網(wǎng)架構(gòu)；
[0034]④支持控制平面和數(shù)據(jù)平面分離；
[0035]