蔡慧:5G架构和关键技术的思考

大家好,我们的内容分为这几部分,首先会和大家分享我们对5G驱动力的看法,第二,我们会介绍目前3GPP 5G服务化架构及关键技术的进展,最后介绍中国移动在5G标准化的努力和工作,另外我们会对5G的总体情况作一个总结。

首先,我们认为5G网络是电信产业的服务者,5G逐渐会拓展到各行各业,在4G时代我们是移动互联网时代,我们关注的是人和人之间的通信,也就是说手机通过基站能够使用到移动互联网的音视频等等服务,5G的时候,人与人之间的通信已经拓展到人与物、物与物之间的通信,这给我们带来很多挑战。第一方面,就是人与物、物与物的通信会给网络带来巨大的连接数量,5G的网络要支持巨量终端接触到我们的网络。

第二就是移动互联网带来的压力,业界普遍认为AR、VR会给我们带来巨大的视频流量,以及非常苛刻的对于我们视频传送时延的要求。因此,在5G时代,我们的网络必须要求有更好的时延服务。

第三点是工业互联网以及车联网,这对我们的网络时延服务质量是一个非常巨大的挑战。我们初步估计过5G的指标,目前我们的4G网络在终端和手机之间通信的时延大概是10毫秒之内的数量级。但是在我们的5G时代,已经明确给我们提出我们的空口时延将是1毫秒,也就是说我们将增强一个数量级的服务能力,所以无论是流量、带宽、传送时延方面,5G都给我们带来了挑战,对我们的网络也是一个巨大的压力。

现在4G网络不能满足新场景、新业务的需求,所以当5G与各行各业深度耦合的时候,我们如果在现有的4G网络上打补丁,网络就会臃肿不堪,也不利于网络的发展。因此我们的网络是需要革新的。

另外是技术驱动,在NFV、SDN逐渐在网络大规模使用,它是5G网络原生的驱动力,这两项技术有一个关键词,都是解耦。但是这两个解耦又不尽相同,NFV强调的是软硬件的解耦,也就是说我们可以用通用硬件代替专有硬件,引入虚拟化技术,实现网络功能虚拟化部署。这样的话,把网络功能与我们的硬件池部署相分离,我们可以在底层平台扩展硬件设备池,在网络层面增加网络功能,动态的满足网络的扩增容需求。

SDN也是一项解耦技术,关键词是解耦,它跟NFV不同的是,强调的是控制转发的分离,也就是说我们把网络的控制功能集中在控制面,这样网络游一个全局调度的更加智能的控制面,并且同时我们把我们的转发资源集中在转发面,转发面的所有资源集中于转发,极大的提高转发性能。

因此从SDN、NFV为技术驱动的缴租来说,我们的5G面向我们的垂直行业,会提供我们多项关键技术,这些关键技术聚合起来形成5G网络的技术框架,向垂直行业提供移动互联网的服务。

服务化是5G网络的基本特征,能够实现灵活组网,网络功能的敏捷部署以及高校的数据管理。在架构上我们认为是一个服务化的架构,首先把微服务的设计思想放到我们的网络设备里面来,这种去耦合的功能能够灵活组合,为不同行业提供专网服务。因为我们把控制功能进行模块化的解耦,这样的话,我们就产生了诸多的控制模块之间的通信接口,这样的话,我们迫切的需要它的接口是服务化的,接口服务化的含义是我们希望网络功能之间能够提供轻量级的服务化接口协议,能够实现敏捷的功能开发。

另外,在5G网络,我们认为数据是非常重要的,我们把数据存储以及数据开放作为一个单独的服务功能,这样的话会实现统一的数据层,实现网络的信息开放以及信息共享。

我们3GPP电信网络的标准化工作中,首先引入了服务的思想,经过一年多艰苦的研究和努力,目前已经写入3GPP标准化结构里面。

5G移动网络是一个基于服务化的网络,首先介绍一下什么是微服务?可以看到最右边的这张图,以前的电信系统是整体的电信系统,可能由不同的专有模块组成,不同的颜色代表不同的服务模块,但是因为硬件和软件能力都有限,我们为了极大的发挥这个系统的能力,我们的功能模块和淡蓝色的硬件平台是一个深耦合的关键。很多作为底层开发的同事都知道,我们做硬件开发的时候,每一位都要极大的发挥它的性能。X86发展起来以后,硬件平台的性能极大的得到了提高,所以我们希望通过微服务的思想在业界扩展,所以我们的硬件和软件解耦以后,系统里的功能和平台是松耦合的关系。

如果整个系统在这一侧有90%的负荷的时候,我就认为要对这个系统进行扩容了,以前的做法是我把这个系统一分为二,所以90%的模块在两个系统里面,负载就会变成45%。但是,它带来的问题是其他负载并不重的模块仍然被硬切成两个模块,带来了一个系统资源的极大浪费。

在微服务的思想情况下,我们的软件模块与我们的硬件平台是一个松耦合的工作,所以当一个业务模块如果有90%的负载压力的话,我们只需要去复制这个业务模块,让它进行一个双倍的平台硬件的扩容,就可以去解决我们整个系统的负载压力。

因此,我们可以看见,功能模块化是微服务思想的一个基本原则,它带来的好处就是说我们这个系统能够动态的扩缩容,当系统有负载问题,或者有灾难性的问题时,它是能够进行单个功能的复制的,所以,整个系统的健壮性相对来说非常强。并且微服务系统功能间的接口是轻量级开发协议,模块拆分越多的时候,模块间就要进行交互。

在微服务的框架下,仍然有比较完善的服务注册和负载均衡机制,也就是说一个服务要完成一个功能,我需要找到对端服务,通过服务发现功能去找到目标。自然而然当这个服务启动时,就要把自己注册在服务注册功能里面,这样的话,当对端需要的时候,就可以在服务注册功能里去获取目标ID。

因此,我们可以看出微服务的价格是一个模块化的,它能够动态扩缩容,这些模块之间能够灵活的组合,这正是和我们5G需要网络功能灵活组合、有效管理,面对不同的垂直行业专网组网需求的思想是不谋而合的。

这是我们一个微服务的5G网络功能解耦与计算分离技术的详细全局视图。在5G架构服务化的视图下面,5G网络的控制面功能已经整体服务化了,能够实现功能解耦,并且这些功能相互独立,可灵活组成不同垂直行业的专用网络。我们5G网络原来的控制面是一个整体系统,现在要把它拆分成微服务模块化的网络功能,必然会带来服务功能模块之间接口的增多,所以我们基于微服务的架构,一定需要一个轻量级的服务化功能接口协议,能够实现网络功能的敏捷对接。

另外,我们有一个基本的开发原则是我们这些接口有某些功能能够复用,这样一个功能能被多个接口对端使用,能够提高接口的实现效率。并且在我们的5G网络里面,我们认为我们的数据资源是非常珍贵的,所以,我们把数据资源单独作为一个网络服务,整个控制面的数据上下文可以在这个数据功能里面进行存储,一方面可以被多个功能共享,另外一方面,在这个功能里面我们可以对数据进行一些技术上的加工,能够把数据信息做一些能力开放的工作。

我们认为我们在5G网络里面,我们的组网也是一种服务化的朱永庆:架构。刚才侯先生和电信的同事都说过,我们这个网络里面,我们的内容是非常珍贵,而且对内容的需求也非常多。所以,我们将第三方视频、第三方业务应用这样的服务放入移动网络之内,让它尽可能接近我们的UE在基站上的部署位置。如果这些APP、Services部署在移动网络之内,比如像基站的转发面可以向他去提供UE终端去使用我们这个网络的拥塞信息,包括整体的基站状态,能够让第三方APP去动态的调节和UE之间的业务传输。

MEC的技术以及网络服务的移动计算基础技术在4G里面已经有所应用,但实际上是在基站上直接部署一个盒子为UE提供APP音视频服务。在5G网络里面,我们已经完全把这个工作进行了一些标准化工作,能够有效地实现厂家之间的互通,这样的话,UE使用的音视频内容会更加丰富,业务连续性会更好。

另外,我们的5G网络会面对不同的垂直行业,我们需要5G网络有服务化的组网技术以及网络切片技术,我们的网络切片技术有两点特征,一是基于共享的基础设施,我们需要通过一套硬件平台实现网络切片的创建部署以及安全隔离。这样的话,一方面是提高我们的资源利用率,另一方面通过隔离技术,也提高我们不同的网络切片虚拟化专网的安全性。

另外一方面,我们网络切片的内部功能也是可定制的,我们刚才提到的微服务网络设计架构,通过网络切片技术可以具体定制某一个切片里面具有哪些微服务。

举一个例子,我们的物联网已经有宽带互联网,需要基站处理,需要数据转发和永远在线,可以认为我们UE移动到任何一个地点,我们这个网络都能为UE提供音视频的语音服务。

但是当切片为工业互联网的某些应用去组织切片的时候,我们只需要做简单的数据转发,因为某些工业互联网的终端一旦固定是不会在这个网络里进行移动的,所以我们不需要为工业互联网这些终端做复杂的移动性寻址功能。所以我们会把移动管理微服务从切片功能里面切掉,这样的话,我们可以极大的提高我们切片其他功能的使用效率。

系统架构里有三个主要的特点,一个是我们的切片功能可以共享,一个是UE可以根据应用接入多个切片,比如说UE可以接入移动宽带应用,也可以接入手机办公的安全应用,这是两个不同的切片。另外,网络侧会根据签约的信息,为UE选择相应的切片,保证UE使用虚拟化专网安全性。

我们在4G网络基于承载去构架QoS,在现在HTTP2.0时代,我们的一个网页实际上是一个富媒体的数据结构,也就是说一个网页可能有同样的IP5源组,但是里面可能包含的音视频,短消息、即时通信等不同的通信内容,对音视频,显然是需要不同的QoS质量的。比如说视频对带宽要求比较高,我们需要网络给它提供带宽。我们的音频,比如说在线通话,我们可能对时延要求比较高,用户有比较高的响应体验,所以,基于4G单纯的通过5源组是无法辨别数据流音视频到底是怎样的属性。网关上打上相应的标签,网络侧进行一个相应的QoS处理策略。

在4G网络里面,如果UE想发起一个特殊质量的业务流,首先要和网络的控制面进行联系,双方协商完以后,网络的控制面在转发面建立相应的通道,建立相应的业务QoS数据流的传送,这样的话,协商过程已经有相应的时延。我们5G里面,我们会事先把这些策略配置在我们的转发面,我们的转发面通过DPI的技术,去看到用户使用的是什么样的业务数据流,直接在他的数据流上打上相应的标签,去进行一个相应的QoS质量的提供。但是对HTTPS这样的流量,我们可以通过一些能力开发的技术,和第三方去签订一些相应的标签进行转发面的数据传输,也就是说第三方可以给我们在数据流上做一些标记,让我们进行相应的QoS转发。

我们4G的QoS在移动的体验里面非常好,但是因为流量类型和种类过于复杂,所以我们想实行相应的QoS控制的话,还是非常不够灵活。所以在我们5G里面,如上所述,通过控制面和第三方移动互联网服务器协商相应的QoS标签,在我们的APPs上能够把这个标签通过数据流带下来,这样的话,还是可以极大的提高我们的QoS在5G网络的应用范围。希望我们移动网络的QoS策略能够跟数据流的跟踪快速匹配起来。

中国移动对3GPP 5G总体架构已经开始初步设计,得到业界广泛的关注与支持,从2015年11月启动,经过9次会议通过文稿2373篇,目前已经完成研究项目,启动国际标准项目。

另外,我们中国移动在相关的工作里面,提交了将近一百篇文稿,主要是推动类似于像服务化架构、QoS切片、5G网络的关键技术。5G网络基本架构目前有了一个初步的共识,比如说是支持4G、5G等多接入,希望降低不同的接入方式对核心网的影响,并且能够通过切片这样的技术进行按需组网,以SDN和NFV作为基础性基础。

目前,在5G网络设计之初,我们希望引入服务化的思想,其实也做了很多很大胆的尝试,经过一年的努力,其中主要有融合的控制面,功能模块化,控制转发分离,轻量级的接口协议的互联方式,包括移动边缘计算,网络切片选择等等,这些主要的特性已经成为我们的服务化接口的5G系统架构的重要关键技术。

中国移动在这个5G的工作里面,他承担的是一个5G系统架构的标准项目报告人的职位,目前5G系统架构在2017年的时候将会制定两本国际标准,分别是5G系统总体架构及功能,以及5G系统基本流程两个基础性标准,预计2017年12月完成,仍然由中国移动进行牵头,当时得到了60家公司的合签。

所以,我们认为SDN/NFV是5G的基础基础,5G网络的架构设计关系到系统设计的优化,其实是至关重要的,5G的系统化架构将是面向服务的,可能对网络的建设和运营商对网络的运营带来颠覆性的变化。

另外,5G网络架构经过一年的3GPP标准化研究,在总体架构及关键技术方面都取得了突破性的进展,目前5G标准化工作已经正式开始,中国移动希望能和业界合作伙伴一起按计划完成5G系统架构的标准化,为整个产业做出自己的贡献。谢谢大家!


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SDNLAB君 发表于16-12-08
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