1 概述
未来5G网络因为频段和业务的需求，将呈现出密集、复杂的网络结构，基站数量和部署密度将远超现有 4G 网络。随着软件定义网络/网络功能虚拟化（SDN/NFV）技术的不断发展，移动网络核心侧设备的虚拟化技术已经逐渐成熟。软硬件技术和能力不断增强，各大厂商和运营商也开始研究无线侧虚拟化。
为了提供一个能够面向应用、开放灵活、低成本和易维护的网络，无线接入侧网络虚拟化研究成为业界研究的热点。
2 未来无线网络架构
2.1 5G无线网架构
3GPP 的 5G 新无线接入技术（NR）架构，gNB基站为终端提供 NG 的用户面（UP）和控制面（CP），eLTE eNB（升级后的LTE基站）为终端提供E-UTRA的用户面和控制面，在标准规范里会同时提供 NR 和 E-UTRA 的用户面和控制面。gNB 之间、eLTE eNB 之间、NR 与eLTE eNB之间通过Xn接口互连。基站与核心侧网关（NG-CP/UPGW）通过NG接口实现多对多连接。
5G 建网初期，为了节省投资和快速组网，采用3GPP的option3/3A的可能性会较大，通过eLTE eNB接入 LTE 核心网 EPC，实现 5G 高速率业务，之后随着网络演进，逐步过渡到 option7/7A 和 option5 架构（纯 5G架构）。
2.2 CU和DU切分5G 将无线基站切分（split）成 2 个逻辑功能实体：集中单元（CU）与分布单元（DU）。
gNB 由 1 个 gNB-CU 和 1 个或者多个 gNB-DU 组成，gNB-DU根据分离功能的设置，实现gNB的功能，其功能实现由 gNB-CU 进行控制。gNB-CU 与 gNB-DU 之间通过F1接口连接。CU侧重于无线网功能中非实时性的部分（主要是无线高层协议，并承接部分核心侧的功能），便于实现云化和虚拟化；DU负责除 CU功能之外的所有无线侧功能，侧重于物理层功能和实时性需求，目前尚不适用于功能的虚拟化，可采用专用硬件实现。3GPP TR 定义了 8 种［1］CU 和 DU 切分方案，option1~option8，逻辑位置分别在 RRC、PDCP、RLC、MAC、PHY之后，其中option2为高层切分方案，是标准化重点，DU 的部分物理层的功能可以上移至 RRU 完成。CU 可与移动边缘计算（MEC）共同部署于相应的DC机房，实现业务快速创新和快速上线，也节省了DU至RRU的传输资源。
2.3 UP和CP分离
5G对时延的要求非常高，需要将相关的网元下沉（对应于运营商网络重构中的边缘 DC），网元数量剧增，势必会造成网络的复杂度（由类似“树”型结构变成 MESH 结构）升高，导致运营商投入巨大，信令的迂回也是很大问题。因此，5G网络将控制面与用户面分离以适应SDN架构的需求，支持网络可编程、可定制，将控制逻辑集中到控制面，降低分散式部署带来的成本，解决信令迂回和接口压力问题；提升网络架构的灵活性，支撑网络切片；便于控制与转发分离（LTE 实现控制与转发分离，但不是完全的 UP 和 CP 分离），方便网络演进和升级；支持多厂商设备的互操作。从以上分析可以看出，5G无线网架构为运营商未来网络重构做好了准备，CU 和 DU 分离、UP 和 CP 分离，可以为无线网络虚拟化及MEC提供较为完善的网络结构。
3 无线网虚拟化技术
无线网的虚拟化从 2 个方面分析，即网络资源虚拟化和网络功能虚拟化。网络资源虚拟化是对移动网无线侧的频谱资源、功率资源、空口资源进行虚拟化，网络资源虚拟化的结果作为网络功能虚拟化的基础；网络功能虚拟化是对无线接入网的数据单元和控制单元以及部分核心侧的功能虚拟化。通过这2个方面的虚拟化，实现对无线网资源的有效调度和利用，从而提升资源使用效率并很好地支撑 5G 网络切片。
无线网络虚拟化与承载/核心网络虚拟化相比，结构和特性更加复杂，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等问题，还要考虑前传、中传和回传网络的容量和时延限制问题。
3.1 无线资源虚拟化
无线资源包括频域资源、时域资源、空域资源、功率资源以及传输带宽等资源。无线资源的虚拟化是通过 SDN/NFV 技术，将这些资源池化，通过映射等手段，使无线网资源的调度和配置与具体的网络资源无关，即调度和配置时对无线网络资源进行屏蔽，从而达到对无线网资源的最大化利用。
3.2 网络功能虚拟化
网络功能的虚拟化是通过 NFV/SDN技术来实现。NFV技术（上层业务云化，底层硬件标准化）将网络功能转移到边缘云中的虚拟机（VMs）中，采用成熟商用的服务器（COTS），这些 VMs 通过 SDN 技术实现与核心云 VMs 的互联互通。虚拟机可以较为容易地实现资源的分配与隔离，即软件功能与硬件能力的解耦，从而支撑5G网络的切片。为了满足不同业务对时延等的不同需求，可以选择将网络功能设置在边缘VMs还是核心VMs。
3.3 无线网虚拟化面临的挑战
无线网虚拟化技术作为未来无线网络演进的方向，在为实现网络端到端虚拟化带来种种好处的同时，还因为目前的软硬件技术限制存在如下挑战。
a）通用硬件能力不足，对无线信号处理达不到专用设备的水平。无线网的发展需要密集型计算，通用硬件在功耗和处理能力上远不如专用设备，同时，5G时代的超低时延要求也是通用设备难以满足的。
b）无线网虚拟化比核心网更复杂。无线基站是分散部署的，集中化管理面临挑战，虚拟化设备的部署也是分散的，需要在成千上万个基站及汇聚点通过支持虚拟化技术的通用设备，安装并实时运行靠近用户侧的软件。而核心侧的虚拟化虽然较为昂贵，但是因为集中度较高，实现难度相对较低。
c）无线网虚拟化软件产品和虚拟化标准化也是需要注意的问题。现网以及可预见的5G网络，都将是多厂家设备共存的网络，开放和标准化程度直接影响最终的部署。
4 结论与展望
无线网虚拟化牵涉到百万级的基站，是个漫长的过程。另外，无线网虚拟化如何与 MEC 融合、如何支撑5G网络切片等问题，也需要不断推进和融合。无线网演进的终极目标是TIP、O-RAN等组织提出的OpenRAN 软件开源、接口开放、硬件通用，而 vRAN 只是实现这个目标的前提条件之一。5G 将是无线网虚拟化的一个契机，还需业界共同努力。
参考文献：
［1］ Study on new radio access technology：Radio access architecture and interfaces ：3GPP TR 38.801［S/OL］.［2019-03-22］. ftp://3gpp.org.
［2］ 3GPP Technical Specification Group Radio Access Network，NGRAN；Architecture description：3GPP TR 38.401［S/OL］.［2019-03-22］. ftp://3gpp.org.
［3］ 3GPP Technical Specification Group Services and System Aspects，System Architecture for the 5G System：3GPP TR 23.501［S / OL］.［2019-03-22］. ftp://3gpp.org.
［4］ 孙茜，田霖，周一青，等. 基于NFV与SDN的未来接入网虚拟化关键技术［J］. 信息通信技术，2016（1）：57-62.
［5］ 马颖 . VRAN技术在 5G网络的实现［J］. 移动通信，2017，41（20）：69-73.