5g-C-RAN-无线云网络总体技术报告

功能切分设计满足灵活部署需求
无线接入网络功能从接入网的功能特性和业务的需求出发， 明确了接入网的两大设计原 则： – 实时功能和非实时功能分级； – 用户面功能和控制面功能按需灵活部署。 文中给出了总体方案建议。 根据功能的实时性要求将无线接入网功能划分为实时功能和 非实时的功能，DU 负责空口 TTI 级别的实时功能处理，CU 负责集中协同管理。对于非实时 功能， 控制面功能可以通过集中部署简化网络管理和提升资源效率， 而用户面功能可以通过 分布式部署满足不同业务的时延需求。
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以单位中文名称首字笔画为序
摘要
面对移动互联网业务的冲击，传统移动通信网络正处于进退两难的尴尬境地：一方面， 为了应对爆发式增长的数据流量， 需要加大网络基础设施的建设， 这耗费了大量的投资成本； 另一方面，网络的扩容，数据流量的增长并没有给运营商带来成比例的收入回报，实际收入 增长缓慢。 为了保持持续盈利和长期增长， 移动运营商必须寻找低成本为用户提供无线业务 的方法。再者，面向 5G 应用场景，运营商需要拓展已有的商业模式，拓展业务模式支持垂 直行业应用场景的接入需求。这就势必造成了 5G 无线网必将支持多类业务的需求。 无线云网络 C-RAN 作为 5G 接入网的关键架构，通过在虚拟化、集中化、可编排等方面 的突破性创新，可以更好的支持多样的 5G 业务需求、部署组网需求，以及灵活、自动化的 运维管理需求。因此技术报告总体分四个大部分，对 5G C-RAN 的应用场景和技术方案进行 了梳理： 第一部分主要针对 C-RAN 应用场景从几个方面进行了细节分解，并给出了应用建议。
RAN-PNF 拓展编排方案
结合 RAN 侧特点， 文中提出了针对 RAN-PNF 的轻度编排方案和 DU/RRU 的功能抽象建议。 RAN 由 CU VNF 和 DU PNF 等共同构成。扩展管理的目标是，使得不属于 NFVI 且不能被 VIM 管理的 PNF 支持配置管理和业务的“轻度编排” 。初步研究结论，虽然 PNF 不能像 VNF 那样 软硬完全解耦，但可实现轻度的功能和资源分离，并且可对 PNF 处理资源进行抽象表述。文 中阐述了四种潜在的方案，经对比分析两种较为可行的管理路径是： 1）NM->EM->PNF； 2）NM->EM->VNF->PNF。
切片设计满足差异化 QoS 需求
文中给出了支持端到端切片的无线接入网功能设计的方案建议。 首先， 分解无线接入网 切片需求。一方面从端到端切片的整体需求分解而来，包括切片等，另一方面从接入网本身诉求出发，满足其资源效率需求。再次，明确无线网支 持切片的细分功能。 无线接入网切片应具有通过差异化的无线接入服务满足差异化需求的能 力，可以分解为核心网实例选择、无线接入网网络运维和无线接入网资源管理。最后，强调 无线接入网资源管理的分层设计是无线网切片的核心。 在 5G 差异化灵活空口设计的基础上， 通过跨切片统一的调度功能来支持不同类型切片的业务资源隔离和 QoS 保障需求。
MANO 与 SDN 的融合方案
综合考虑 RAN 网元跨地域的相对离散特性、CU 和 DU 之间网络传输需求，以及边缘应用 部署等，文中分域给出了 MANO 融合 SDN 的解决思路和建议。包括： 1）引入 SDN 技术来管理和控制 Fronthaul-II 的物理网络的方案； 2）为提高端到端网络的可编程性和灵活性，在 CU 机房虚拟化基础设施的 Underlay 网 络和 Overlay 网络中引入 SDN 的方案。 在上述基础上，后续将进一步探讨无线 VNF 软件技术功能要求，促成无线接入网 CU 云 化落地。对于 RAN-NFVI 部分，继续研究加速器方案，调研并测试加速器的增益，设计达到 最优载波功耗比的平台方案后继续深入进行现网调研， 设计符合无线云平台的机房环境与硬 件设备形态，输出完整的无线云平台的技术要求。对于 MANO 部分，将在现有工作基础上开 展样机测试、NFV 规范要求分析及说明，以及在相关标准化组织里推广成果。
RAN-VNF 软件对其它组件的实现需求
文中总结了无线接入网的实现需求， 承上启下针对其它组件给出了需求建议。 可以分为 NFVI 层需求、传输网需求和编排器需求。其中 NFVI 层可使用 COTS 硬件，能够支持跨异构 COTS 硬件的资源池化，管理虚拟化资源（计算/存储/网络） ，并将虚拟化资源分配给应用。 传输网络应具备支持云化网络的能力和统计复用的能力， 满足业务的带宽和时延要求， 并提 供安全可靠的传输。 无线业务编排器需要具备按需自动生成部署和按设备的能力选择不同的 硬件部署的能力并且需要具备性能和故障管理功能。 第三部分是对底层平台技术的集中梳理，RAN-NFVI 是服务于无线网络功能虚拟化的基 础设施平台的简称，通过虚拟化层完成对硬件资源的抽象，形成虚拟计算资源、虚拟存储资 源、虚拟网络资源和虚拟加速器资源。从如下几个方面阐述无线云 RAN-NFVI 的技术特征和 方案建议。
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引言 背景
自从 2009 年，中国移动首次提出 C-RAN 概念，已有 8 年。期间中国移动一直保持着每 隔几年发布一个版本的 C-RAN 白皮书，向业界通报 C-RAN 进展并呼吁业界共同参与 C-RAN 的研发。 这期间， 中国移动始终坚定不移地在推进 C-RAN 集中化部署和协作化技术在现网中 的应用，并研究无线云网络，为最终实现无线通信网的“Open & Soft”的目标而奋斗。 自从中国移动的网络进入 4G 时代，前传网络对传输资源消耗过高而相对应传输资源有 限的网络现实，使得 C-RAN 在中国移动网络的应用受到了一定限制，其发展也相对迟缓。而 从 2014 年起，通过引入无源波分设备 WDM（Wavelength-division Multiplexing）和 CPRI （Common Public Radio Interface，通用公共无线电接口）压缩技术，一定程度上解决了 前传网络的光纤资源消耗过多的问题。继而，在 2015 年至 2016 年年中，中国移动在一年的 时间内发起了多省的 C-RAN 规模部署的验证工作。通过福建、江苏、安徽三省的规模部署和 长期运维验证，不仅证明了 C-RAN 组网方式在综合成本、无线协作化抗干扰、降低能耗等方 面优势明显，也证明了 C-RAN 采用无源 WDM（彩光）传输方案的 10 站以下的小规模集中， 降低了对机房的配电、空间、可靠性等要求，通过长期运维，在运维难度、故障率等都未明 显上升。2015 年的 4 期 TD-LTE 建设指导意见中，将 C-RAN 作为优选建设方式在全网进行推 广。目前 C-RAN 在沿海多省已经开始了全网的应用。 相较于 C-RAN 的集中化、 协作化和绿色节能方面在中移动现网的推进， 无线云化的概念 也 逐 渐 被 业 界 广 泛 的 接 纳 ， C-RAN 在 引 入 网 络 功 能 虚 拟 化 NFV （ Network Functions Virtualization）框架后，更是带来了无线资源灵活编排的优势。另一方面，面向 5G，基 于集中/分布单元 CU/DU（Centralized Unit/Distributed Unit）的两级架构也已经被业界 所认可，这一网络架构与无线云化的结合，构成了 5G C-RAN 的两个基本要素。随着越来越 多的产业界公司开始投入 5G C-RAN 的研发，联合更多产业合作伙伴共同研究和解决无线云 化在 5G 网络应用上的问题和挑战，将是 C-RAN 技术研究和产业推进的下一个目标。 本 C-RAN 无线云网络总体技术报告与 2016 年 11 月发布的《迈向 5G C-RAN：需求、架 构与挑战》一脉相承，是 C-RAN 无线云网络工作组近 1 年的研究成果。本报告重点在于阐述 无线云网络涉及的技术要素， 通过产业界各方联合发布总体技术报告， 我们希望进一步促进 无线云网络（Cloud-RAN，C-RAN 的四个概念之一）的成熟，并加速推进无线云设备的商用 进程。
组网场景角度
实际应用组网时， C-RAN 云网络亦满足灵活的组网需求， 包括例如高速铁路、 高速公路、 超密集网络覆盖、异频异构等组网场景。
网络运营维护角度
基于 NFV/SDN 的 C-RAN 无线云网络可根据业务负载检测情况， 通过预置策略自动化地完 成适合不同制式的处理资源规划及调整。此类典型场景包括：CU 自动故障报警、节能、以 及频谱资源的灵活分配， 其实质在于充分利用基于 NFV 网络的优势， 即不需要运营商施工建 设、设备商做任何，或者只需很少的软件开发，通过一些编排和配置就可以完成处理资源调 整，进而实现网络规划调整。 第二部分重点阐述了无线接入网的网络功能（NF）切分原则，并为支持切片和灵活部署 功能，对无线网网络功能做了概要性设计。
5G C-RAN 无线云网络总体技术报告
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对 NFVI 拓展特性（如 EPA）的编排管理方案
因 RAN 侧高实时性、功耗性价比需求等，NFVI 需拓展加速器、平台感知（Enhanced Platform Awareness，下简称 EPA）等。面向 NFVI 扩展特性，MANO 需相应地拓展编排管理 功能。文中主要给出了支持 EPA 的 MANO 拓展方案： – VIM 层需要通过资源管理模块支持动态收集 NFVI 通用服务器硬中的平台资源的属 性（如 EPA、加速器） 。并由 VIM 中的调度器（Scheduler）需根据 VNFD 中 VNF 对 于平台特性的要求，在所管理域内挑选能够提供所需资源的通用服务器并部署 VNF。 – VNFM 需提供增强的资源特性解析管理功能。VNFM 在 VNF 生命周期管理过程中，能 够与 NFVO 和 VIM 配合完成 EPA 特性、加速器的资源分配和部署。 – NFVO 需支持信息模型的拓展。当前的信息模型目前主要有 OASIS 的 TOSCA NFV Profile 和 ETSI IFA 标准，都对 EPA 有部分的支持。但是标准组织的定义和实现 都有一定的滞后效应， 同时无线 RAN 侧对于平台能力的描述有其特殊性， 也就要求 NFVO 能够支持定义可扩展的信息模型以向后兼容未来的 EPA 需求。 另外，不同于传统的数据中心，RAN NFVI 的地理分布式特性十分显著。这对 NFVO、VNFM 和 VIM 的交互和管理构成了挑战， 文中结合 OpenStack 的管理方案也初步探讨了可能的跨机 房管理解决方案。