Page 37 - 网络电信2017年5月刊下
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解决方案

      无线网络虚拟化，就是借用有线网络中软件定义网络                经无法满足网络向虚拟化发展的要求，因此，对无线网络架构
（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的思想，将无线资源如频                重新设计，使之能够支撑无线网络虚拟化成为关键。
率、时间、编码、功率等虚拟为一个统一的资源池，对资源池
的无线资源进行按需整合，从而使不同类型、不同需求的无线                        不同于现有网络以设备单元划分的网络结构，无线虚拟化
数据业务形成各自针对性的逻辑网络，这种逻辑功能上的网络                  网络的架构按照功能的不同，划分为3个功能平面：认知平面、
相对于传统物理上的网络，是虚拟化和相互独立的。根据国际                  虚拟化控制平面、数据平面。我们借助图1对无线虚拟化网络架
电信联盟电信标准局的定义，无线网络虚拟化包含了如下两个                  构的组成和各功能平面间的关系进行说明。
关键技术特征[2]：
                                                   这个架构的新颖之处是在原有无线网络架构中加入了认知
      （1）将各种网络资源整合并抽象的能力，例如资源池化和             平面、控制平面，与数据平面共同存在，各平面可以实现如下
网络切片；（2）网络间灵活管控的能力，例如：控制与业务平                 所述的功能。
面安全隔离等。
                                                   认知平面。网络虚拟化需要实现对资源的灵活管控和共
      无线网络虚拟化技术能够通过整个网络的协作与共享实现              享，这需要捕获网络的状态，包括：业务类型，可用接入网和
网络资源的最优配置。它能够超越网络物理层面的界限，实现                  其位置、无线资源、用户要求等。认知平面可以从核心网和接
整个网络的负载均衡和无缝覆盖。网络资源利用率可以得到提                  入网获取网络状态信息，并将所获得的网络中业务类型和可用
升，同时，灵活的网络管理能够简化网络功能和控制流程，大                  的无线资源信息提供给控制平面，为控制平面划分网络切片，
大降低网络的投资成本和运行成本。                             实现资源共享提供参考。另一方面，认知平面收集接入网资源
                                             和位置的信息，根据业务特征相似度，将相似度高的小区划分
      网络虚拟化技术在有线网络领域已应用于虚拟局域网                为群落，减少控制平面进行资源管理时的复杂度。
（VLAN）[3]、虚拟专用网络（VPN）[4]和主动可编程网络              图1 无线虚拟化网络架构
（APN），前两者将网络进行逻辑上的划分，APN则通过网络应
用编程接口（NAPI）开放网络的物理资源。                              虚拟化控制平面。控制平面收到认知平面提供的网络业
                                             务状态和接入网信息后，根据可用资源和用户业务将网络资源
      2009年，Nick McKeown等人提出了软件定义网络（SDN）[5-  切片。每个切片是网络资源共享的单位，其构成可能是多种资
7]，更是助推了网络虚拟化研究在有线网络的展开。然而，无                 源，如图1右侧所示。用户分到网络切片，代表着可以使用对
线网络与有线IP网有着巨大的不同：首先，无线网络具有地理                 应的基础设施和无线资源。例如用户分到的切片由无线局域网
特征的小区概念；第二，无线网络具有IP网络没有的信令；第                 （WLAN）和长期演进网络（LTE）资源组成，表示用户可以使用
三，无线资源是多种类多维度的。这些不同造成有线网络虚拟                  对应WLAN和LTE接入点和其资源来传输数据。
化技术并不能直接应用于无线网络。
                                                   数据平面。数据平面包括了所有的接入网和其无线资源。
      无线虚拟化研究的任务和挑战主要分为以下几方面。首               在异构网络中，它由LTE、3G、WLAN、D2D网络等以及对应无线
先，要设计出能够支持无线资源池化和无线网络重构的无线虚                  资源构成。数据平面承载了网络中数据的传输。在无线虚拟化
拟化网络架构。当前无线网络架构的静态、封闭，造成无线资                  网络中，数据平面的资源，如频谱和基础设施，被控制平面切
源利用率低下，无线网络架构不能灵活重构，无法为用户提供                  片并分配各用户。
广泛接入，也使得无线网络的升级换代周期漫长，且成本高
昂。第二，要实现无线网络的控制与业务分离和无线网络协议                        这3个平面协作实现了无线网络虚拟化。认知平面利用认知
的虚拟划分方法。虚拟划分无线网络协议能够实现虚拟逻辑网                  无线网络技术，对网络环境进行感知，将网络信息（如业务需
络的重构；而分离控制平面和业务平面能够有效降低无线网络                  求类型、地理位置、流量大小、用户种类等）反馈给虚拟化控
重构带来的信令开销，提高信道资源的有效传输效率。第三，                  制平面。虚拟化控制平面采用“联邦管控”的集中加分布的方
要研究多域无线资源的虚拟化方法，包括：虚拟资源的动态资                  式管理网络，即根据认知平面反馈的网络信息，按照地理位置
源映射、分配以及迁移的方法和机理，对处理资源的基站进行                  和业务特征相似度集中地将无线网络设施（如基站、热点）划
水平共享，动态部署，按需分配。第四，要研究无线融合网络                  分为小区簇；而在每一个小区簇里，各种设施的无线资源抽象
中通信、计算和存储多域资源的认知协同优化技术。                      为一个资源池，再在簇内按照本簇业务特征对簇内资源池的资

      无线资源是多维多域的，充分挖掘不同维度资源相互协作
的潜力，如：计算换容量、存储换容量，是提升无线通信网络
性能的新思路。

    三、基于无线虚拟化的网络架构演进

      无线通信技术发展到4G，传输技术已得到极大地提升，我
们通过各种技术已经逼近了香农公式给出的信道容量极限，如
果没有新的开创性理论被发现，那么寄希望于通过传输技术大
幅度提高链路传输速率和频谱效率已经非常困难，而网络技术
将会是继续提升通信性能的突破点。从1G到4G，通信网络的架
构并没有很大改变，然而现有的蜂窝控制的无线网络架构，已

60 网络电信 二零一七年五月
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