云原生架构作为5G网络切片的基础

长期以来，虚拟无线接入网（RAN）的建设和边缘数据中心的使用一直是移动通信领域的主要话题-这种发展影响到当前的4G和未来的5G网络。但是，技术继续从虚拟化工作负载向容器，云原生架构和应用程序发展。

传统的无线电接入网络由天线，基站（基带单元– BBU）和控制器组成。这使它们成为移动网络中最昂贵的组件。而且，它们还需要专门的硬件和软件。虚拟化RAN（vRAN）解决方案克服了这些缺点，这就是为什么它们正在以越来越多的数量替换专有的，基于硬件的无线电接入网络的原因。vRAN基于网络功能虚拟化（NFV），可将典型的基于硬件的网络体系结构转换为基于软件的环境。仍可能需要某种形式的硬件加速。在边缘数据中心的“现成的商用”（COTS）服务器上运行的虚拟机（VM）上提供了一些BBU控制功能，所有这些都会导致二维分解：

4G和5G作为边缘用例

边缘计算的趋势影响着4G和5G网络。边缘计算的主要优势包括零接触配置，多集群管理，较小的占用空间，高可伸缩性和自动化操作。vRAN或分解后的RAN可被视为边缘数据中心上的特定用例或工作负载。

4G LTE和5G在边缘实现方面存在一些差异，特别是在如何将天线的功能划分到天线位置和边缘数据中心之间方面。

在4G LTE网络中，传统的现状是在天线侧具有基带单元的分布式RAN，这意味着基站的全部功能分布在各个天线位置上。这导致相当大的成本，无线电干扰的潜在挑战以及高能耗。边缘方法从具有BBU的分布式RAN转向集中式vRAN。基站的某些功能集中在虚拟BBU（vBBU）中，这意味着基站已拆分。

另一方面，在5G网络中，边缘实现中的分解分为三个部分：无线电单元（天线站点上的RU），分布式单元（DU）和集中式单元（CU）。CU被设计为具有低空间要求的分布式云解决方案，而DU则承担诸如实时处理，支持精确时间协议（PTP），硬件加速（例如现场可编程门阵列（FPGA）），智能网络等任务。接口卡（智能NIC），甚至专用集成电路（ASIC）。

从虚拟化到容器化的工作负载

在边缘，移动网络运营商已经在使用网络功能虚拟化，例如Red Hat OpenStack，它具有用于软件定义的广域网（SD-WAN）和移动应用程序的分布式节点。但是，在边缘数据中心的标准服务器上使用虚拟机引入vRAN并不是最后一步，而是很好的第一步。经常显示出，当前的虚拟网络功能（VNF），尤其是vRAN，在功能，易于实现或管理方面无法达到期望。这就是为什么下一步必须使用与云兼容的应用程序，或者甚至更好的是使用云原生应用程序的原因。目前，电信领域正在出现这种发展，

云原生应用程序被设计为轻量级容器和松散耦合的微服务。就网络运营商而言，这些类型的应用程序的主要优势是较低的开发成本，更简单的升级和修改以及水平扩展的潜力。这也避免了供应商锁定。

本质上，原生云应用程序开发的特征在于基于服务的体系结构，基于API的通信和基于容器的基础架构。5G标准中定义了基于服务的体系结构（SBA）。

基于服务的体系结构（例如微服务）使模块化，松散耦合的服务得以构建。这些服务是通过与技术无关的轻量级API提供的，这些API减少了部署，扩展和维护期间的复杂性，工作量和费用。此外，云原生应用程序基于支持跨不同环境操作的容器。容器技术使用操作系统的功能在多个应用程序之间划分可用的计算资源，并同时确保应用程序的安全性。原生云应用程序也可以水平扩展，这意味着可以轻松地添加其他应用程序实例-通常通过容器基础架构中的自动化来添加。

云原生架构作为5G网络切片的基础

越来越明显的是，向5G的过渡是向容器和云原生应用程序的过渡。这意味着虚拟化的工作负载正在演变为容器化的工作负载。虚拟化将以一种或另一种形式存在很多年。

可以在5G的主要使用案例中看到云原生方法的优势，因此可以在网络切片中找到，换句话说，可以在公共物理基础架构上提供多个虚拟网络。

原则上，涉及5G时，存在以下三种使用情况：

● eMBB –增强的移动宽带：高数据传输率，并支持极端的流量密度。

● mMTC –大型机器类型通信：通过将大量设备（例如智能家居或智能城市模型）联网来优化M2M和IoT应用。

● URLLC –超可靠和低延迟通信：例如，在预测性维护或联网汽车以及增强现实和虚拟现实等领域，支持低延迟的关键应用程序。

基于容器和云原生的虚拟化RAN是5G网络转型以及为这些技术和用例提供最佳支持的关键组件。尤其是云原生架构，可以将每个切片的初始成本保持在最低水平，并且可以扩展成各种规模的数千个切片，从而具有成本效益。

毫无疑问，凭借其更高的数据速率和极低的延迟，5G将为新一代服务提供动力。为了能够最大程度地发挥其优势，电信公司需要使他们的数据处理和处理能力更接近“最终用户”。在生产过程中，最终用户最终还可以是智能手机，联网汽车或机器人。该任务清楚地表明，边缘计算和云原生功能都是当前移动网络运营商活动的重点。

一些移动提供商已经在本地限制的情况下建立了商业5G环境，许多新项目即将出现。vRAN，边缘计算和云原生是该领域的关键技术驱动力，而开源解决方案通常构成基础基础架构平台，就像Red Hat OpenShift一样。
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