5G引入了虚拟化技术，为无线网络实现灵活，可控，开放和可定制的目标，同时也适合运营商网络转型的方向。通过对5G无线网络架构的分析，研究了虚拟化技术在无线网络中的应用，介绍了运营商典型的无线网络虚拟化方案，为面向业务和高智能的5G网络的建立提供了参考。
1概述
未来，由于频段和业务的需求，5G网络将呈现密集和复杂的网络结构。基站数量和部署密度将远远超过现有的4G网络。随着SDN/NFV（软件定义网络/网络功能虚拟化）技术的不断发展，随着硬件和软件技术和能力的不断发展，移动网络核心端设备的虚拟化技术逐渐成熟。增强型，主要供应商和运营商也开始研究无线侧虚拟化。为了提供面向应用，开放，灵活，低成本且易于维护的网络，无线接入侧网络虚拟化研究已成为业界炙手可热的研究课题。
2未来的无线网络架构
2.1 5G无线网络架构
3GPP的5G NR（新无线电，新无线电接入技术）架构如图1所示[1]（核心网络架构和网络元素在[3]中详述），gNB基站提供NG的用户平面终端（UP，U平面和控制平面（CP，C平面），eLTE eNB（升级的LTE基站）基站为E-UTRA（演进的通用地面无线接入）提供用户平面控制面提供用户标准规范中的NR和E-UTRA的控制面.GNB（5G基站，3GPP仅命名为undefined）通过Xn接口在eLTE eNB，NR和eLTE eNB之间互连。基站和核心侧网关（NG-CP/UPGW）通过NG接口实现多对连接。
图1 5G NR架构
在5G网络建设的初始阶段，为了节省投资和快速组网，采用3GPP的option3/3A的可能性更大。 eLTE eNB接入LTE核心网EPC实现5G高速业务，然后随着网络演进逐步过渡。选项7/7A和option5架构（纯5G架构）。2.3 CU/DU分割
5G将无线基站分成两个逻辑功能实体：CU（集中单元）和DU（分布单元）。该架构如图2所示[2]。
gNB由一个gNB-CU和一个或多个gNB-DU组成。 gNB-DU根据分离功能的设置实现gNB的功能，其功能由gNB-CU控制。 gNB-CU和gNB-DU通过F1接口连接。 CU专注于无线网络功能的非实时部分（主要是无线高级协议，并承担一些核心功能），便于云化和虚拟化； DU负责除CU功能之外的所有无线侧功能。专注于物理层功能和实时要求，它目前不适用于功能的虚拟化，并且可以由专用硬件实现。
3GPP TR定义了八个[1] CU/DU分裂方案（option1-option8），其具有在RRC，PDCP，RLC（两层），MAC（两层）和PHY（两层）之后的逻辑位置。 Option2是一种高级细分方案，是标准化的重点。 DU的一些物理层的功能可以向上移动到RRU。 CU可以与MEC（移动边缘计算）和相应的DC室一起部署，以实现快速的服务创新和快速在线访问。它还将DU的传输资源保存到RRU（远程无线电单元）。
图2 NG-RAN架构图
CU/DU分离的好处是：
（1）有效降低前导码的带宽需求（DC本地流量卸载/分离）；
（2）改善协作，优化绩效；
（3）灵活的硬件部署降低了成本，支持端到端的网络切片；
（4）部分核心功能向下移动；
（5）减少系统延迟。
2.2 UP-CP分离
5G要求具有非常高的延迟要求。相关的网络元件需要下沉（对应于载波的网络重配置中的边缘DC和边缘DC）。网络元素的数量急剧增加，这将不可避免地导致网络复杂性。类似于“树”型结构成为MESH结构），导致运营商的巨额投资，信令的迂回也是一个大问题。因此，5G网络将控制平面与用户平面分离，以满足SDN架构的需求，支持网络可编程，可定制，并将控制逻辑集中在控制平面上：
（1）降低分布式部署成本，解决信令旁路和接口压力问题；
（2）提高网络架构的灵活性，支持网络切片；
（3）分离控制和转发（LTE实现控制和转发分离，但不完全UP-CP分离[14]），便于网络演进和升级；（4）支持多供应商设备的互操作性[1]。结合UP-CP分离和CU/DU分离的5G RAN网络架构如图3所示.CU/DU分段使用option2方案。
图3 5G RAN逻辑功能
从以上分析可以看出，5G无线网络架构已经为运营商未来的网络重构做好了准备，CU/DU分段和UP/CP分离可以为无线网络虚拟化和MEC提供相对完整的网络结构。
3无线网络虚拟化技术
从网络资源虚拟化和网络功能虚拟化两个方面分析了无线网络的虚拟化。网络资源虚拟化用于虚拟化移动网络的无线侧上的频谱资源，功率资源和空中接口（容量）资源。网络资源虚拟化的结果是网络功能虚拟化的基础；网络功能虚拟化用于无线接入网络。数据单元和控制单元以及核心方的部分功能虚拟化。通过这两个方面的虚拟化，实现了无线网络资源的有效调度和利用，从而提高了资源利用效率，很好地支持了5G网络切片。与承载/核心网络虚拟化相比，无线网络虚拟化在结构和特性上更加复杂。它必须不仅要考虑无线环境的不确定性，系统内外的干扰，信令调度开销以及高速移动性。 ，中等和回程网络容量和延迟限制。
3.1无线资源虚拟化
无线电资源包括频域资源，时域资源，空域资源和功率资源，以及诸如传输带宽之类的资源。对于无线资源的虚拟化，这些资源由SDN/NFV技术汇集，无线网络资源的调度和配置通过映射独立于特定的网络资源，即调度和配置期间的无线网络资源。屏蔽实现了最大化无线网络资源使用的目标[4]。
图4网络资源虚拟化
如上图（图4）所示，虚拟网络控制器负责网络虚拟化，根据服务需求自动生成网络拓扑，并从虚拟资源控制器请求网络资源。节点链路控制器根据网络可分配资源和不同业务所需的资源合理分配底层网络资源和网络需求[9]。
3.2网络功能虚拟化
通过结合SDN [7]技术使用NFV技术实现网络功能的虚拟化。 NFV技术（上层业务云化，底层硬件标准化）将网络功能传输到边缘云中的VM（虚拟机）。使用成熟的商用服务器（COTS，商用现货，商用现货产品），这些VM通过SDN技术实现与核心云VM的互连。虚拟机可以轻松实现资源的分配和隔离，即软件功能和硬件功能的分离，从而支持5G网络的切片。为了满足不同服务延迟等的不同需求，可以选择是将网络功能设置为边缘虚拟机还是核心虚拟机。NFV的分层视图如图5所示.MANO（管理和编排）由三个层次/部分组成：（1）网络服务（NF）管理和协调，业务场景的网络服务和协调，以及网络服务的生命周期管理。 。 （2）虚拟网元（VNF）的管理和编排，虚拟网元的生命周期管理，与虚拟网元相关的虚拟资源管理，以及虚拟网元的配置管理。 （3）虚拟资源管理和编排，NFV基础设施虚拟资源管理（计算能力，存储容量，网络功能）。
图5 NFV分层视图
无线侧网络功能被虚拟化以实现网络能力（承载）和覆盖要求的分离，使得网络节点能力的配置不受物理位置的限制，从而更好地服务于5G切片。
4无线网络虚拟化实例
4.1中国移动C-RAN架构
C-RAN概念由中国移动于2009年提出，并随着网络的发展和演变而逐步完善。 C-RAN（集中式，协作式，云和干净RAN）是集中处理（减少基础设施投资），协作（提高网络资源效率），模糊（实现资源共享）和绿色（解决高能耗）的无线过程问题）。访问网络。 C-RAN相对于传统的D-RAN（Decentralized RAN），也可以称为SD-RAN（软件定义的RAN）[12]或vRAN（虚拟RAN）[5]，通过BBU（Base）集中频带单元（基带处理单元）的处理实现了无线网络的虚拟化。基于CU/DU分段的中国移动C-RAN架构如图6所示。在物理部署中，根据基站的预传输条件，分为两种类型：DU集中堆叠和DU分布式部分[6]。 ]。 DU的放置位置决定了它提供的服务范围。位置越高，可以实现的资源就越多。统一调度，DU的容量要求也相应较高。
图6中国移动提出的CU/DU分割的C-RAN架构
RAN网络功能虚拟化主要指CU的虚拟化。 CU可以通过使用通用设备实现支持无线网络和部分下沉核心网络功能的功能，并且可以通过组合MEC来实现边缘应用能力[10]。 DU可以通过使用专用设备或通用设备来实现。在引入NFV框架之后，通过统一编程和管理网络，在SDN架构下实现CU/DU的资源虚拟化管理。 C-RAN技术不仅适用于5G网络，也适用于现有标准基站[8]。
4.2中国电信网目标架构中国电信技术创新中心提出的5G无线网络解决方案，S-RAN（Smart RAN），无线网络虚拟技术是S-RAN的关键技术[13]。中国电信的CTNet2025目标网络架构具有简单，灵活，开放和密集的特点，为用户提供网络可视性，资源选择和用户自助服务的网络功能[11]。目标网络分为三层，即基础设施层，网络功能层和协作编排层。无线网络功能分为两部分：功能抽象层和专用设施。 CTNet2015目标架构的直流网络转型计划用于将移动网络描述为“三个”。 “云”，“接入云”将无线网络分为两部分：vBBU（称为Cloud-RAN-CU）和专用硬件DU，RRU。此外，MECC（移动边缘计算和内容）还与“访问云”集成，以满足超低延迟服务和高容量服务的本地缓存要求。

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