基于软件定义的以用户为中心的5G无线网络架构

张龙海

（福建省邮电规划设计院有限公司，福建 福州 350000）

1 引言

现如今，移动网络在以较快的速度发展着，使得人们的生活越来越方便，人们的生活质量也越来越好，人们对网络的需求也随之越来越强，人们对5G的建设完善充满了期待。5G的发展空间还比较广阔，其速率应该达到10 Gbit/s，对于空中接口频谱效率以及功率效率而言，其均要比4G高10倍。

在人们日常的生活工作当中，会将5G逐渐应用开来，5G涉及的范围会越来越广泛，主要应用范围是一些办公以及住宅以及铁路运输等方面，由此可知，这些都会要求5G有更加完善的性能，必须可以在不同且较为复杂的环境里工作，在这样的环境里完成无线传输，使得用户享受到服务。与此同时，依据用户的不同需求，指定与其相应的服务，将其个性化的特点凸现出来。

由于越来越多的用户需要无线传输，必须将无线网络的传输进一步提升，这便出现了技术的难题。现如今的空中接口技术在持续的改变着，这边同时存在着较多的接入技术，现在接入网络有GSM网络、3G网络以及LTE网络等，各种各样的网络表现出来了相同的特点，分别有纵向分布以及相互封闭等。对于之前的网络架构而言，有与网络对应的控制单元，独立的对其进行管理，在网络间就难以进行交流合作，这便使得网络的性能能以得到充分的发挥。

2 现有无线网络存在的问题

对于现如今的无线异构网络而言，其环境主要是很多种类的网络一起存在，并且发展的越来越密集。经过对一系列研究调查可知如下几点：

1）从网络的角度。第一：现在的网络架构对环境的感知较为薄弱。频谱资源存在一定的限制，使得密集的网络受到了严重的影响。只有将网络间的资源进行科学合理的协调，才可以使得密集异构网络的作用得到最大化的发挥。而如何才能实现对资源管理较为有效，必须要提升基站和用户对环境的感知能力，并且不仅要感知局部的，而且要大范围的感知，使得信息可以相互流通。现在得解决方案对信息的相互流通只是一种假设，但是实际的流通当中并没有相应的处理平台。第二：对于网络中信令开销与信息交互量，它们会将较多的资源进行占用。只有将网络节点的数据互相流通开以后，才能进行无线资源的协调管理。在未来的发展当中，网络必须尽可能的完善协作管理，从而才能使得网络服务越来越好。由于信息交互的存在，才使得不同粒度进行相关的协作，例如：环境以及控制的信息等。现在得网络部署的越来越密集，节点在以较快的速度增长着，信息交互的增长速度会更快，从而便会使得网络资源被占据很大的一部分，并且信息是否可靠会直接对网络的性能造成不可忽视的影响。在未来，密集网络所面临的问题，最主要也是最需解决的就是降低信令开销，并且使信息越来越趋向于顽健。第三：难以将用户的服务做到个性化。一般情况下，针对网络资源控制而言，大多是以小区为单位的，所以没有办法将每一个用户的需求都考虑到，对于一些同时使用很多网的用户更加难以考虑到位，使得可以使用多个网络用户体验不好的主要原因就是各个网络之间太过独立，其互相之间太过封闭。

2）从用户的角度。现如今的网络环境发展的越来越趋向于复杂化，而这些复杂化并不能提升用户的体验，用户更加倾向于较为简单的环境。但是对于网络而言，他们是无法体会到的，决策应该越来越趋向于简洁，用户在任何的环境当中，他们需要的只是网速较快，不会去考虑究竟过程如何，对于用户而言，管理办法存在的问题主要有一下几点：第一：用户的网络选择较为复杂，人为的可以进行网络的选择。但是这样选择的结果并不一定就是最佳的选择，用户的通信质量并不一定就是最好的。与此同时，用户的数量在持续增加，这样的方法使得信令和控制的开销被显著的提高。第二：网络在稳定以及公平方面的表现较差。绝大多数的用户都认为影响网络接入的原因有：自己的通信情况、网络的剩余负载，将其他用户的体验抛之脑后。用户体验的网络质量是好是坏，不同的用户有着不同的使用体验，质量也存在着差距。与此同时，由于用户的位置不是固定的，会随着位置的变化进行网络的切换，这样便使得网络的质量较为不稳定。经过对以上内容的详细分析，5G网络必须要建立新的网络架构，其必须比之前更加灵活开放。

3 一种基于软件定义的以用户为中心的网络架构

现如今，5G也有自身的网络架构，但是其主要关注的是采用什么方法可以将各种基站统一管理，而对用户的管理抛之脑后。用户在谋求较好通信质量的时候，必须经过较为复杂的网络选择。对于这些问题，提出了软件定义的思想，它是将用户始终放在了重要的位置。它充分考虑了用户希望简洁的想法以及未来对网络的需求，第一：对于多种多样的接入网络，采取的是集中式的解决措施；第二：对每个用户的网络进行优化。围绕着客户建立相应的小区，用户可以与其通信范围内的所有基站通信，基站无论是之前的还是新的多模，都是可以的。这个架构突破了之前的限制，可以给用户带来更好的使用体验，其主要包含了三层结构，分别是：

1）接入层。对于接入层而言，围绕用户建立相应的小区，构建是必须参考信号的强弱。在过去的小区里，基站往往将小区作为中心，很多用户使用用一个基站。现在无线越来越密集，之前动物小区就很难再继续满足用户的体验，小区的负载也出现了较大的偏差。经过对接入点越来越密集的详细分析以后，主张建立的小区应该把用户放在中心。新的小区更加重视用户的自身体验，基站也是围绕用户的，所以多个基站可以为一个用户服务。因为发射功率一般都不相同，所以新的小区并不是规则的形状。新的小区行成的过程大致为：用户对身边的信号进行检测；将检测的信号与之前的做对比，最后选择信号强的进行连接，该信号可以为给用户带来好的体验。因为用户的位置并不是一直固定的，不仅如此，一般情况下，用户通信的环境也一直在改变，因此，检测接入点是在线进行的，新的小区会自己随着环境的变化发生相应的变化。用户可以对多个情况进行比较，可以在同一时间使用多个基站，从而确定通信的质量。

2）本地控制与资源层。本地控制与资源层的主要工作是：将各个基站的底部物理资源进行全面的管控。LC是BBU的一种模块结构，也是一个控制平台，为各种协议建立的平台。与之前的BBU相比，LC可以模块化全部的物理层控制功能，主要的形式有调制以及编码等。经过选取模块，LC可以对物理层进行很好的管控，并且比之前的BBU更加灵活，使得各种通信得以实现。所以，针对BBU的各种处理功能而言，可以对其进行模块处理，经过模块化以后，BBU便可以接收上层的指示，从而选取合适的模块，使得通信的质量得以提高。这个架构具有这些特点，分别是控制以及分类数据，从而解耦协议以及硬件，是的更改控制协议的花费得到显著降低。因为之前的协议与硬件是完全耦合在一起的，如果对协议做出更新，那么硬件也必须随之发生更新，因此会造成较多的花费。这是对物理层的一种虚化，可以统一管理各种各样的无线。上层直接发出指令以后，可以直接对无线的接入点进行控制。

3）控制层。控制层的集中控制器通过软件定义的形式管理资源层的LC。针对所有的用户，集中控制器都会做一个VUC，VUC可以对与用户相关的基站进行管控，从而使得用户的传输质量在任何时候任何地方都可以保持较高的水平。对于选择那个基站为用户服务，VUC可以对各个基站的环境以及负载等情况进行分析，从而选择最佳的基站。与此同时，基站的频谱资源也是由VUC进行管控的，从而使得各个基站之间的互相影响较小，频谱的效率发挥到了极致。各个VUC直接都有着自组织的能力，它主要是将各个用户的资源进行协调管理，经过这样的协调，是的各个用户之间的干扰减小，各个用户的体验逐渐趋于平衡，使得频谱的效率也得到了较为明显的提升。

4 结束语

在未来的发展当中，无线会越来越密集，越来越异构化，各个网络之间互相独立，较为封闭，从而使得其性能受到显著的约束。经过对现在网络问题的分析，以及对5G架构的探讨，提出把软件定义作为基础的网络架构，它把用户作为其中心，更好的满足用户的个性化需求。该论文描述的架构是从功能这个方面进行的，而其每一部分的内容依然需要进一步的探讨研究。