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中國工程院院士鄔賀銓:5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)面臨十大挑戰(zhàn)

放大字體??縮小字體 發(fā)布日期:2020-01-16
核心提示:  2020年1月9,中國首批5G標準發(fā)布,推動5G相關(guān)產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展。面向未來,中國工程院院士鄔賀銓認為,5G是一次網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的變革,
    2020年1月9,中國首批5G標準發(fā)布,推動5G相關(guān)產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展。面向未來,中國工程院院士鄔賀銓認為,5G是一次網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的變革,引入了很多過去沒有大規(guī)模使用的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。
 
  從5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)架看,底層傳統(tǒng)的傳輸承載網(wǎng)SDH在發(fā)生變化;三層網(wǎng)絡(luò)是IP層,以前是不面向連接的,因為5G要考慮引入IPv6,可能會使用網(wǎng)絡(luò)第二層的智能交換;二層也不會照搬以前的網(wǎng)絡(luò),而是采用基于以太網(wǎng)的TSN(時間敏感網(wǎng)絡(luò))。網(wǎng)絡(luò)切片、SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò))、NFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)、無定型小區(qū)、用戶中心網(wǎng)等新技術(shù),都會在5G網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。
 
  鄔賀銓表示:“5G標準很理想,但網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)實很骨感。”并將由于新技術(shù)引入帶來的技術(shù)挑戰(zhàn)歸納為十項。
 
  1.軟件定義網(wǎng)絡(luò)的挑戰(zhàn)
 
  首先,軟件定義網(wǎng)帶來挑戰(zhàn)?;ヂ?lián)網(wǎng)建立以來,IP基本是分組的,但是是無連接的。每個IP包獨立寫入,而且走的路徑也可能不一樣,雖然都是從A到D,但實際上它們各自為戰(zhàn)。因為在互聯(lián)網(wǎng)初期網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定,以包為單位傳輸,即便某個包丟了,只要重傳這個包,而不需要一大半重傳,但這種做法犧牲了效率。
 
  5G中基于IPv6實現(xiàn)選路也會帶來挑戰(zhàn),因為IPv6地址不僅僅用來定義終端的位置和終端的身份,還定義了路由,這樣的好處能保證低時延和高可靠,這是5G所希望做到的,但是其中明顯也有挑戰(zhàn)。
 
  SDN實現(xiàn)了傳送與控制分離,實際上把無連接變成面向連接。這個里面利用網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)集中管理網(wǎng)絡(luò),基于大數(shù)據(jù)和人工智能為每一個業(yè)務(wù)流計算出端到端的路由,而且將路由信息嵌入到原節(jié)點的IPv6擴展報頭,并原路徑傳遞到各節(jié)點,中間節(jié)點只需轉(zhuǎn)發(fā)而無需選路,保證低時延轉(zhuǎn)發(fā)。
 
  雖然現(xiàn)在期待通過SDN對所有業(yè)務(wù)流和所有節(jié)點都實時優(yōu)化,但大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)、低時延響應(yīng)的多目標優(yōu)化是個難題。算出來的路由業(yè)務(wù)不斷在變,網(wǎng)絡(luò)資源不斷在變,算出來的路由可能沖突不收斂。一種方法是把SDN分成幾級,分區(qū)域選擇SDN。那么,本區(qū)域沒問題,但是跨區(qū)域的路由需要SDN之間交換業(yè)務(wù)流和網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù),實現(xiàn)上增加了復(fù)雜性。另一種方法,只對部分業(yè)務(wù)流按面各連接轉(zhuǎn)發(fā),其他業(yè)務(wù)流還得回到無連接方式處理。
 
  2.網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的挑戰(zhàn)
 
  傳統(tǒng)的交換機是專用硬件、專用軟件,傳統(tǒng)路由器也是專用硬件、專用軟件,設(shè)備是改不了的,它們在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的工作層級也是固定的。而5G為了業(yè)務(wù)的靈活性,需要網(wǎng)絡(luò)設(shè)備有不同的能力,NFV(網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)的方向是硬件通用、軟件可以定義,當(dāng)然這很理想。
 
  NFV雖然提高了網(wǎng)絡(luò)利用效率,但時延低了。NFV使用的前提是對全局的業(yè)務(wù)流和網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)據(jù)都要精準地獲得,SDN跟NFV同時操作,很難避免網(wǎng)絡(luò)資源沒有沖突。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的“白盒化”趨勢也存在問題,與專用設(shè)備相比,白盒化的時延可能要更大。而且網(wǎng)絡(luò)絕對不可能一天全部變成“白盒”,存量是做不了“白盒化”的,存量和“白盒”增量兩者共存于一個網(wǎng)絡(luò)中,NFV的效果能體現(xiàn)嗎?這也是一個挑戰(zhàn)。我們要考慮是否真的要把網(wǎng)絡(luò)全部都變成NFV去做。
 
  3.網(wǎng)絡(luò)切片的挑戰(zhàn)
 
  按業(yè)務(wù)邏輯需求能夠組成不同的網(wǎng)絡(luò)切片,其中至少分三大類:增強移動寬帶、高可靠低時延、大連接。
 
  通過網(wǎng)絡(luò)切片管理為每一個業(yè)務(wù)組織形成一個VPN(虛擬專用網(wǎng)絡(luò)),這是一個非常好的想法,但實際上是有難題的。例如北京的交通,給公交車早高峰、晚高峰一條專用公交車道,如果建了5G之后對所有業(yè)務(wù)都用專用車道。公交車有公交車車道,大客車有大客車車道,小轎車有小轎車車道,對三輪車、摩托能這樣做到嗎?現(xiàn)在全鏈路的VPN很難。
 
  5G想把這種網(wǎng)絡(luò)切片向大客戶開放,由客戶發(fā)現(xiàn)、選擇、生成和管理VPN,給大客戶提供按需實時動態(tài)調(diào)整的權(quán)利,但VPN并不能實現(xiàn)跨運營商??扇〉霓k法是只是對時延、丟包率、可靠性有比較嚴格的業(yè)務(wù)提供網(wǎng)絡(luò)切片,跟現(xiàn)有4G網(wǎng)絡(luò)的VPN相比,5G的VPN可以實時提供。此外,要考慮以用戶價值為中心、按服務(wù)質(zhì)量計費的模式,而不是按流量為單位的計費模式。
 
  4.SBA的挑戰(zhàn)

 
  SBA(基于服務(wù)體系)可以使5G業(yè)務(wù)是開放的。過去移動網(wǎng)的協(xié)議是專用、封閉的,現(xiàn)在為了適應(yīng)未來業(yè)務(wù)需求都把協(xié)議互聯(lián)網(wǎng)化,如此一來,現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)上的很多應(yīng)用可以直接移植到5G,這是好事,但是帶來一個問題。
 
  首先,類似SBA這種業(yè)務(wù)開放的思想30年前電信網(wǎng)就有。而現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)流量更大,問題也更大了。原來運營商的網(wǎng)絡(luò)是封閉的,現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)安全事件極少聽到運營商網(wǎng)絡(luò)被哪個黑客木馬攻擊癱瘓了。為什么?因為它是封閉的,不是通用的,特別是運營商的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議是專用的。SBA使網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)是開放的,協(xié)議是通用的,可以說5G比4G具有更有巨大的網(wǎng)絡(luò)信息安全風(fēng)險。
 
  這并不是說5G不安全,但為了5G業(yè)務(wù)的靈活性我們要承受這種不安全會帶來的風(fēng)險,這個過程不會是一帆風(fēng)順的。
 
  5.邊緣計算的挑戰(zhàn)
 
  5G應(yīng)用邊緣計算是希望把計算能力下沉到邊緣,邊緣負責(zé)處理對時間敏感的數(shù)據(jù),并且過濾掉這些數(shù)據(jù)再上到中心云。按IDC的預(yù)測,未來會有超過50%的數(shù)據(jù)會在邊緣層處理,而兩級云的成本只是單級云的39%,還要省錢,當(dāng)然這是一個好事。
 
  云計算的部分能力下沉,存儲和內(nèi)容分發(fā)能力下沉,能夠適應(yīng)低時延、快速處理,但是邊緣云顆粒度到什么程度?下沉到什么程度?是下沉到每一個DU分布單元,還是下沉到CU集中單元,還是下沉到更高一點的等級?邊緣計算的密集度怎樣選擇,這是一個挑戰(zhàn)。
 
  邊緣計算不是固定的邊緣云,例如汽車一會兒接到這個基站,一會兒在那個基站,如果邊緣計算是落地在基站里,那么邊緣計算的點就要不斷地變,這產(chǎn)生了邊緣計算之間的通信,這種通信究竟通過中心云溝通,還是邊緣云與邊緣云之間溝通,現(xiàn)在沒有很好的研究。而且邊緣云與邊緣云之間的溝通,需要有大量的網(wǎng)絡(luò)開銷,會引入時延。
 
  6.精準同步的挑戰(zhàn)
 
  無論是NFV還是SDN,要同一時間收集所有節(jié)點報上來的數(shù)據(jù)都應(yīng)該是同樣的,如果時間同步不精準,得出來的數(shù)據(jù)就不準確。這時基于不準的數(shù)據(jù)做出來的決策更糟糕。
 
  過去電信網(wǎng)用的是IEEE1588做時間同步。1588是否能滿足5G的同步需求?按照目前的方法,時間的同步并不精準,因為算出來的時間偏離不斷地在變,可能將來5G對時間同步有新的要求。
 
  7.運營支撐的挑戰(zhàn)
 
  5G的運營支撐系統(tǒng),不僅僅包括傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的故障管理、配置管理、告警管理、性能管理,還要包括NFV的管理,什么時候網(wǎng)元當(dāng)路由器、交換機,什么時候當(dāng)交叉鏈接用。隨著業(yè)務(wù)流的變化,同一時間,網(wǎng)元對某個業(yè)務(wù)流是路由器,對另外一個業(yè)務(wù)流又是交換機,這是變的。
 
  而且網(wǎng)絡(luò)切片也在變,業(yè)務(wù)來了要切片,業(yè)務(wù)走了要撤銷,這是動態(tài)的。網(wǎng)管如果還是像以前那樣靠人工在網(wǎng)絡(luò)層面管理是根本不可能了,現(xiàn)在必須要信令來管,配以一個很復(fù)雜的編排器來設(shè)計網(wǎng)元和業(yè)務(wù)組成。全網(wǎng)如果做一個OSS會是非常復(fù)雜的,而且這么大的網(wǎng)絡(luò)處理能力和處理時延怎樣滿足要求?OSS可以分級管理,但跨區(qū)、跨OSS來協(xié)商,這也是一個很大的挑戰(zhàn)。
 
  8.車聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)
 
  車聯(lián)網(wǎng)被認為是5G的重要應(yīng)用場景,5G在接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩個方面都考慮了低時延的措施,但是面向個人通信的東西與面向車聯(lián)網(wǎng)有很大的不同。公眾網(wǎng)的個人通信平均要經(jīng)過十多個節(jié)點,而車聯(lián)網(wǎng)的通信就是一兩跳。在多跳環(huán)境下,對控制時延表現(xiàn)突出的NFV、網(wǎng)絡(luò)切片、SRv6在車聯(lián)網(wǎng)場景下并不顯優(yōu)勢。
 
  傳統(tǒng)的個人通信在接入接是點對點的方式,現(xiàn)在車聯(lián)網(wǎng)在V2V的場景下是點到多點、多點到多點方式,甚至是廣播方式,將增加頻率安排的難題,難以采用。沒法用D2D連接,那就借助V2N2V,時延就會略有增加。
 
  面向公眾的通信所發(fā)送的信息是主叫方主動的,被叫方也是已知的;而車聯(lián)網(wǎng)中每一輛車發(fā)送的信息并不受車主所控。5G支持增強移動寬帶、高可靠低時延和廣覆蓋大連接的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下其效果還值得研究。
 
  5G雖然比4G更適合車聯(lián)網(wǎng),但這些技術(shù)在車聯(lián)網(wǎng)并沒有真正發(fā)揮出作用,所以要看明年3月份車聯(lián)網(wǎng)的標準做成什么樣。
 
  現(xiàn)在中國有13個直連點,負責(zé)連接全國30個省,有些省要出省連接,比如說貴州的電信和聯(lián)通、移動互聯(lián),要通過重慶直連點才能溝通。如果車聯(lián)網(wǎng)還是用這種直連點,城市就會撞車。車聯(lián)網(wǎng)就要求直連點要在本城。
 
  9.5G大連接的挑戰(zhàn)
 
  5G支持1平方公里有100萬個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接,每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備怎么樣接入呢?如果所有終端接入都要認證,一個一個認證肯定不行,這是個難題。大連接也不能慢,有的傳感器可以慢一點,但車聯(lián)網(wǎng)要快。mMTC要每個終端有安全算法和協(xié)議,但是安全算法要簡單,否則就會增加時延,又要安全又簡單,這本身是有難度的。
 
  裝了uRLLC的終端本身要高可靠。過去用的是信用卡,現(xiàn)在這么大量的物聯(lián)網(wǎng)終端,要用什么方式管理?5G來了,在物聯(lián)網(wǎng)的認證、安全、標識和身份上,都有新的挑戰(zhàn)。
 
  10.5G企業(yè)專網(wǎng)的挑戰(zhàn)
 
  運營商的網(wǎng)絡(luò)主要是面向消費者設(shè)計的。5G采用的TDD模式,在同一個頻段上既有上行數(shù)據(jù)又有下行數(shù)據(jù),消費者應(yīng)用一般下行多,上傳少,是不對稱的,上行與下行用頻率的利用七三開。而面向工業(yè)應(yīng)用,大部分工業(yè)傳感器上傳消息多,上行發(fā)視頻,下行接受網(wǎng)絡(luò)指令,這是倒的三七開。如果都在運營商網(wǎng)絡(luò)上有兩個不同配置,它要產(chǎn)生干擾,因為要選擇不同的載頻。
 
  面向工業(yè)應(yīng)用,企業(yè)要做專網(wǎng)投資,實現(xiàn)靈活配置和網(wǎng)絡(luò)安全,這都是好的。問題是需要電信管理部門給它發(fā)放專用頻率,現(xiàn)在歐洲已經(jīng)預(yù)留了76MHZ給5G專網(wǎng)用,德國分配了100MHZ,上海商飛等企業(yè)也提出建5G專用網(wǎng)。
 
  大多數(shù)企業(yè)可能會找運營商公網(wǎng)解決TDD上下配置不對稱的問題,這是需要考慮的問題。
 
  鄔賀銓說,5G是網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)的集中體現(xiàn),除了上述十大網(wǎng)絡(luò)挑戰(zhàn),其發(fā)展還面臨頻譜資源、站址選擇、網(wǎng)絡(luò)安全的挑戰(zhàn)。5G與物聯(lián)網(wǎng)、云計算和人工智能融合發(fā)展,催生新業(yè)態(tài),但也帶來了社會影響隱私保護法律適用上的新風(fēng)險,因此在5G發(fā)展中,要從技術(shù)、管理、法制等方面逐步完善,推動5G應(yīng)用。
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