摘要：为了更好的满足5G对于网络的实际需求，C-RAN接入网架构的引入是必然选择。基于此，本文结合5G对网络的实际需求，提出了基于C-RAN的演进型无线接入网构架，并从总体设计、射频拉远单元、本地云平台、后台云服务器为切入点，阐述了基于C-RAN的移动城域网5G承载构架。
关键词：C-RAN；5G网络；移动城域网；网络架构
引言
当前，人们对于网络速度、质量等的需求不断提升，推动了5G移动网络技术的不断发展。在这样的背景下，我国在直辖市、省会城市等逐步推行了5G移动城域网的建设。对于5G来说，以基站为中心的蜂窝系统构架需要进行一定的调整，为了更好的满足5G对于网络的实际需求，在实际的建设中应当引入C-RAN接入网架构。
一、5G对网络的需求分析
（一）5G移动城域网建设的需求分析
5G能够为人们提供更大的带宽，满足人们的个性化服务需求，将用户的实际体验放在了第一位。基于这样的功能，5G对于无线接入网也有着更多的需求，具体如下：第一，需要接入网的容量更大，且能够无死角的覆盖所有区域。在移动城域网的建设中，容量提升是恒久不变的主题。如今，移动网络的使用人数、终端类型、大宽带业务等明显提升，提供大宽带且无死角的接入网是主要任务。第二，需要接入网的速率更快、延时更低、频谱效率更高。在当前的移动总流量中，约有67%的流量为视频流量，且呈现出逐年递增的趋势，这种实时的视频业务对网络有着更多的要求。第三，平台更加开放，且便于部署与后期运维。能够支持多标标准的、平滑的升级。第四，为网络融合提供支持。结合移动网络的发展历程能够了解到，网络融合是必然的发展趋势。对于与5G来说，其很难能够使用单一技术完成架构全覆盖的效果。可以说，多无线接入技术在未来很长时间内依旧需要应用，多架构、多技术融合是必然选择。第五，更低的能耗。对于5G接入网来说，其在运行的过程中必须体现出前瞻性，满足我国对于绿色节能的时间要求，实现可持续发展。而在通信系统实际的运行中，消耗的能量占总体的65%，因此，必须重点考量绿色通信设计。
（二）引入C-RAN接入网架构的意义分析
结合上文的分析能够了解到，5G对于接入网架构有着更多的需求，在移动城域网建设中需要重点关注与满足。为了更好的满足这些需求，集中式无线接入网架构受到了更多的关注。在该接入网架构中，能够实现基带、射频以及计算等多种资源“池化”，且接受统一的管控[1]。集中式无线接入网架构打破了传统通信系统中无法实现不同网络间、不同基站之间的资源共享的限制，切实实现了技术融合、异构网络融合等。其中，C-RAN是集中式无线加入网络构架的典型代表，能够满足5G对于网络的实际需求。
在5G移动城域网构建中，C-RAN接入网架构的使用是必然趋势与选择，是对传统接入网的“革命”。对于C-RAN接入网架构来说，其从长远的角度出发，能够为不同的运营商提供性能更高、成本更低、绿色环保的网络架构，也能够满足用户多类型的、高质量的终端业务需求。
图1 C-RAN的网络构架示意图
二、C-RAN的网络架构简述
在C-RAN接入网架构中，融合了绿色无线接入网架构、实时云计算架构、集中化处理以及协作式无线电等建设理念。利用低成本的高速光传输网络，能够直在集中化中心节点、远端天线之间完成无线信号的传输，实现上百个基站服务区域的构建、覆盖，甚至能够覆盖数百平方公里的无线接入系统。对于C-RAN接入网来说，其网络构架如图1所示：
在C-RAN的网络构架中，包含着分布式基站以及射频拉远单元（RRU）。其中，射频拉远单元承担着数字模拟变化后的射频收发，分布式基站则提供了所有数字基带的集中处理[2]。在这一过程中，分布式基站形成了虚拟基带池，对小区的概念进行了模糊，同时，射频拉远单元也不为单一固定的分布式基站提供服务。每一个射频拉远单元收发的信号均在虚拟基带池中完成处理，这一处理能够主要由存在于基带池中的实时虚拟技术提供。
C-RAN网络构架中还引入了实时云计算单元，促使网络构架中的物理资源得到最大程度的优化利用，避免了由于“潮汐效应”而引发的资源浪费问题。另外，C-RAN网络构架也同样适用于网络协同使用，能够在保证频谱效率的基础上，实现能耗与干扰的降低，为动态使用的智能化组网的实现提供了更好的条件，促使集中处理，进一步减少了运营成本，也方便后续的养护维修。
三、基于C-RAN的5G接入网关键技术分析
第一，超密集网络。无线接入技术、现有移动通信系统等会在未来很长一段时间内与5G网络共存。为了应对不再生的频谱资源，需要最大程度的降低小区半径促使频谱利用率提升。此时，超密集网络的应用有着极为重要的意义，其能够提升多种网络资源的利用率，为用户提供更好的服务。
第二，网络虚拟化。在网络虚拟化的支持下，可以实现网络资源配置的提升，并促使运营成本降低，为运营商带来更多的好处。在基于C-RAN的5G移动城域网搭建中，可以使用的网络虚拟化技术保护数据中心的服务器虚拟化以及网络覆盖的虚拟化。
第三，内容分发网络。该网络能够缓解服务器与用户端在能力、资源等方面的不对称问题，其主要通过在多个ISP内部署内容代理服务器，实现跨域网络传输延时的降低[3]。
第四，绿色通信。包括抗干扰技术、无线电动态检测空置频谱技术等，避免“潮汐效应”导致的多种资源浪费。
四、基于C-RAN的移动城域网5G承载构架分析
（一）总体设计
结合上文的分析能够了解到，C-RAN有着更高的应用优势，特别是在5G移动城域网的建设中，发挥着更好的作用。但是，由于其使用了完全集中式的控制，因此无法自动使用用户行为、信道环境等的动态变化。造成这一现象的原因在于，集中式的网络架构以及组网方式无法实现较为理想的实时计算，且用户行为复杂多变、基站负载情况的变化也极为频繁，导致无线接入网中相对静止的计算方式不能适应这些实时变化，最终造成集中处理难以实现所有资源的最优化分配使用。基于这样的问题，笔者对C-RAN进行了优化，提出了一种基于C-RAN的演进型无线接入网构架。在该构架中，主要由射频拉远单元部署、本地云平台以及后台云服务器组成，总体的网络架构如图2所示：
（二）射频拉远单元的部署
在射频拉远单元的大规模布置支持下，蜂窝网络能够实现无缝的覆盖。基于这样的优势，射频拉远单元部署一直为集中式无线接入网构建的重要组成。笔者认为，在进行基于C-RAN的移动城域网5G构建时，应当重点考量无线接入网在实际使用中的业务密度差异，在部署射频拉远单元时，可以使用增强的远端射频单元（eRRU）。相比于普通的射频拉远单元来说，增强的远端射频单元实现了部分无线信号处理能力的提升。在网络状况变化更快、实际业务需求量相对较大、用户行为更为复杂、网络覆盖需求更大的背景下，增强的远端射频单元的布置极为必要，需要其与普通射频拉远单元结合部署与使用。在这样结合部署的条件下，能够更好的适应网络的实时状态，属于智能适配的射频拉远单元部署方案，其部署如图3所示：
其中，在普通区域中，均可以部署一般射频拉远单元；而在一些业务较为密集的区域，其部署的射频拉远单元不直接与本地平台基带展开连接，需要在光回程链路的支持下于相应区域的增强远端射频单元连接，并利用相应区域潜在的增强远端射频单元与本地云平台基带池进行连接。
图2 基于演进型C-RAN的5G无线接入网构架示意图
图3 智能适配的射频拉远单元部署
在一些业务密集度较小、覆盖需求较低、网络负载较少、网络性能要求不高的区域，可以部署潜在的增强远端射频单元，不需要提升其对无线信号的处理能力。此时，相应区域中所有的射频拉远单元的无线信号处理、资源等均由本地云平台展开统一管控。当业务量需求有所增加、网络覆盖需求变大高、网路负载增多的提哦啊见下，能够使得无线网路架构具备的自适应能力提升。对于潜在的增强远端射频单元来说，其在本地云平台的控制下，能够实现无线信号处理能力的部分提升，控制与相应区域内相连的射频拉远单元无线信号处理。需要注意的是，在这一过程中，无线信号处理资源的管理依旧集中于本地云平台处。当增强远端射频单元与虚拟基带池之间的光纤回程链路上的容量大于过门限制时，会自动发起无线信号压缩处理，实现对实际光回程链路带宽要求的自动适应。
（三）本地云平台
在射频拉远单元以及后台云服务器之间，本地云单元承担着连接的功能，其主要使用光纤与射频拉远单元、后台云服务器相连。对于本地云单元来说，其主要负责由一定数量射频拉远单元构成的“小区簇”的调度管理，具体包括异构网络融合、用户移动性管理、热点缓存分发等等。在本地云单元的支持下，能够实现C-RAN架构、调度的复杂性降低。同时，本地云平台还可以与相邻的本地云平台进行信息交换。总体来说，本地云平台包含的功能实体有感知模块、缓存模块、多网络控制与融合实体。
1.感知模块
5G移动城域网络是一个融合性的网络，运行环境复杂多变。基于西，对用户或网络的情境信息进行保存极为必要。在本文的接入网构建方案中，情境感知主要结合用户的位置、优先级别、接入方式、应用类型等信息，对用户的实际需求展开精准判断[4]。同时，能够结合用户的行为偏好，完成网络资源的分配，以此推动移动城域网不断向着智能化的方向发展，进一步提升用户满意程度。
在当前的移动通信网络发展中，物联网提供了重要的驱动力，也为5G创造了更加广阔的发展前景。在未来的发展中，智能家居、车联网、移动医疗、环境监测、工业控制等各个领域对于物联网的使用更加深入，更多的设备会直接连入5G移动城域网中。在这样的背景下，相关人员必须要重点考量与解决在资源受限的条件下同时监测与传输高度密集的网络节点的实现，同时，也需要有效控制信令开销。而对于情境感知来说，其主要依托于资源信息的共享，并非直接通信，因此使得上述问题的解决成为可能。
另外，在5G移动城域网中，需要为用户提供自定义的个性化服务。在感知模块的支持下，能够分析本地存储的用户信息，完成用户偏好的提取，以此实现向用户推送定时、定向的最新网络信息。同时，需要依托于用于的反馈进行调整与完善，促使感知模块数据精准程度的进一步提升。
2.缓存模块
为了在降低网络流量的同时提升用户的体验，可以将网络资源放置在距离用户更近的网络边缘位置。就当前的移动多媒体流量使用情况来看，更多的为流行内容的重复下载，包括视频、流行音乐等等，因此，可以在新兴缓存与交付技术的支持下完成流量提供[5]。具体来说，就是将流行内容保存至中间服务器。通过这样的方式，能够为有相同内容需求的用户提供更好的服务，不需要从远程服务器重复性的展开传输，因此，可以大幅降低冗余流量，降低核心网承担的实际压力。在本文提出的基于C-RAN的5G移动城域网中，本地平台主要利用感知模块完成存储数据的分析，通过对流行度的预测完成储存内容命中率的提升。对于相邻的本地云平台来说，可以保存不同的内容，实现交换缓存以及资源共享。
有关数据显示，当前视频流量的冗余度在67%以上，利用缓存服务器，能够明显提升网络性能，并降低延时。同时，利用这一方式，能够在部署缓存环节降低52%的成本消耗。需要注意的是，在进行缓存的确定中，要重点权衡保存缓存代价与效益之间的关系。由于现阶段内容的更新速度更快，用户需求、流行度等变化更为频繁，因此必须需要及时调整缓存选择。还要更加关注服务连续性的呈现，并在接入网建设中引入移动感知与预制提取技术等。基于这样的构建方式，用户可以在相邻终端获取缓存内容，提升缓存的实际效率，并大幅降低网间流量，实现更有效的成本控制。
3.多网络控制与融合实体
对于5G来说，其需要多种技术、多业务、多层次覆盖等才能实现。可以说，多网络融合是5G发展中的关键点，需要重点实现。在多网络融合的支持下，运营商对于网络的运营、管理能力得到有效增强，促使用户体验、网络性能等进一步提升。在本地云平台中，通过引入多网络融合技术，能够实现网络架构整体的优化。在本次基于C-RAN的5G移动城域网构建中，使用的多网络融合控制架构包括传输延时、移动性管理、网络间资源协调等，具体的框架结构如下图所示：
图4 多网络融合控制架构示意图
（四）后台云服务器
从本质上来说，后台云服务器为一个包含庞大数据的服务器数据中心，可以将其中包含着的服务器划分为不同的专题用虚拟网，为特定的业务提供服务，主要包括虚拟OTT网、虚拟物联网、虚拟运营商网等等。划分服务器的目的在于最大程度的利用业务特性，完成不同管理系统的开发，最终为用户提供更好的服务，满足不同业务的实际需求。例如，物联网是5G网络中一项重要的业务网，其对于延时有着更高的要求。基于这样的情况，虚拟物联网相对应的服务器在进行本地云平台中数据的管理与处理时，对于延时、差错率的敏感程度更高，其中包含的所有算法均为降低延时提供服务，相对应的，频谱利用率、能耗等指标的权重就会有所降低。在虚拟运营商的专网运行中，由于包含的大量的传统语音、短信业务等，对于延时的要求较低，因此，可以适当提升频谱效率、能耗等性能指标。
在后台云服务器的支持下，基于C-RAN的5G移动城域网性能大幅提升，能够满足用户多样的实际需求，带给用户更优质的使用体验。
五、结语
综上所述，就当前的技术发展情况来看，C-RAN能够更好的满足5G移动城域网建设的多种要求，是必然选择。因此，本文提出了基于C-RAN的演进型5G无线接入网构架，并阐述了射频拉远单元、本地云平台、后台云服务器的布设，为基于C-RAN的5G移动城域网架构的研究与搭建提供参考。
参考文献：
[1]廖世强.基于C-RAN的5G无线接入网架构[J].计算机产品与流通,2019(03):150.
[2]陶源,宋海滨.面向5G C-RAN的传送网建设策略探讨[J].邮电设计技术,2019(01):80-85.
[3]陈常梅.基于C-RAN的移动城域网5G承载方案探讨[J].电信工程技术与标准化,2018,31(07):35-38.
[4]邓文慧.基于C-RAN的5G无线接入网架构[J].数字通信世界,2018(07):52.
[5]高鹏,胡晓东,李家兴,唐伦.5G-C-RAN中最大化效用服务功能链部署算法[J].计算机工程与应用,2019,55(07):108-114+206.
论文作者:江瑞仪
论文发表刊物:《基层建设》2019年第14期
论文发表时间:2019/7/29
标签：网络论文; 射频论文; 单元论文; 架构论文; 接入网论文; 城域网论文; 构架论文; 《基层建设》2019年第14期论文;