5g-C-RAN-无线云网络总体技术报告

5GC-RAN无线云网络总体技术报告（v1.0）大唐移动通信设备有限公司1中国移动通信研究院中国移动通信设计院中兴通讯股份有限公司风河系统公司华为技术有限公司红帽软件（北京）有限公司英特尔有限公司思博伦有限公司爱立信（中国）通信有限公司诺基亚有限公司博通有限公司联想软件有限公司赛灵思有限公司1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5GC-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。业务支持角度基于CU/DU分离架构的C-RAN网络，可以有效的支持多连接，基站间协同等技术，更好的提高网络吞吐量，降低干扰，提升用户体验，有效支持增强移动带宽业务；同时，通过将多个DU或者RRU连接到一个CU，由CU进行区域物联网的集中管控，可实现对机器通信和物联网的支持；最后，将RAN的实时处理DU和非实时处理功能单元CU部署在更加靠近用户的位置，并配置相应的服务器和业务网关，满足特定的时延和可靠性需求，C-RAN可有效的支持低时延、高可靠业务。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。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。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，包括切片感知与关联、隔离与定制、SLA保障等，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。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。NFVI平台性能调优方案考虑将NFV运用到无线领域，给出对NFVI平台的性能增强建议。包含：实时性能，网络传输能力两方面。对实时性能的优化包含针对HostOS与GuestOS的实时优化，提高系统的中断响应时间与系统的线程调度机制，以及针对硬件BIOS的配置调优，通过关掉支持降频等设置，保障系统性能。针对系统的网络传输能力，包含跨机房的网络连接以及机房内部的网络连接方式。其中，跨机房的网络连接采用EVPN的方式进行连接，机房内部的网络连接多指Openstack内部的网络连接，当前多采用OVS+DPDK与SR-IOV的方式，来减少添加了虚拟化层后对传输带来的性能损失，为提供网络传输速度。RAN-NFVI特殊能力拓展给出RAN-NFVI特殊的能力扩展建议。包含加速器能力与高精度时间同步能力。对加速能力的需求来自网络传输负荷与重复密集型计算。在传输方面，包含加速器对OVS能力的卸载，在网卡上完成数据的分流，不仅节省计算资源，也可以提升分流速度；在密集型计算方面，CU功能中包含PDCP功能的重复的加解密的算法，对计算资源消耗较大，卸载至加速器中，提高载波功耗比。新增逻辑单元CU的时间同步精度需求为±1ms，需要1588+SyncE等方式进行时间同步。落地部署调研和方案论证`为减少无线云化在现网落地的阻力，对现网无线机房和传输组网延迟进行了调研，分析CU部署位置及设备规格需求。通过对全国10省的传送网延时的统计分析，建议CU机房可规划在骨干汇聚机房位置（县/区级）。根据实测统计，从该位置到基站的单向延迟基本可以控制在3ms内，1个CU机房可以对应1000～3000不等数量的小区，这一比例与各省规划建设原则相关，随更加深入的调研，后续还会有所更新。另外，对机房部署可行性评估，还需结合CU计算资源占用比来估算，也还需进一步增强。根据无线网络云化资源共享需求，需考虑网络软件层、硬件层、和虚拟化层的解耦策略。文中针对无线网特征，给出了几类可行的解耦方案建议，考虑核心网业务下沉以及MEC的共平台部署需求，优先推进软/虚间完全或部分解耦。RAN-NFVI测试用例设计建议`结合技术方案验证，同时给出了对应的测试用例设计建议，并联合推出无线云平台（RAN-NFVI）的自动化测试方案。当前的测试涵盖实时性能、网络传输能力、云平台集群扩展能力、可靠性测试等，并设计了四种网络交换测试模型，来模拟现网中实际的数据交换过程。基于此，目前规划年底完成行业内无线云平台能力的摸底测试，并将测试结果作为业界RAN-NFVI的参考指标写入本章节。第四部分是无线网引入RAN-NFVI基础设施平台后，对编排和管理（MANO）的需求及对应方案。编排和管理旨在不需要施工建设和软硬件开发的情况下可完成网络功能的动态调整，以及配合策略提供运营商特色的差异化服务，可大幅降低无线网配置管理复杂度。基于无线接入网络管理和编排需求，结合3GPP网管、ETSIMANO和SDN标准提出整体框架建议。系统以运营商面向业务的编排为起点，各模块可基于大数据搜集及分析由预定义策略自动化驱动，进一步向下可分解为NFV、3GPP和SDN三个领域内容。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（EnhancedPlatformAwareness，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TOSCANFVProfile和ETSIIFA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，RANNFVI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。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CUVNF和DUPNF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。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。1引言1.1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-divisionMultiplexing）和CPRI（CommonPublicRadioInterface，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