面向未來移動通信的核心網(wǎng)架構(gòu)研究

張帆

【摘要】 面向未來移動通信的5G網(wǎng)絡(luò)可以更加快速、有效縮短時延、擁有更多用戶、具備更加快速的移動性，可以支持超密集網(wǎng)絡(luò)、可靠通信以及大規(guī)模機器終端的接入。5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展不僅給無線技術(shù)帶來挑戰(zhàn)，而且對核心網(wǎng)也提出了更高要求。本文對面向未來移動通信的核心網(wǎng)架構(gòu)進行研究。

【關(guān)鍵詞】 面向未來 移動通信 核心網(wǎng)架構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)

以虛擬化網(wǎng)絡(luò)以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的虛擬化核心網(wǎng)架構(gòu)，不僅可以使核心網(wǎng)的接口與協(xié)議更加簡化，而且還對智能化管理模塊進行構(gòu)建，可以使未來移動網(wǎng)絡(luò)更具自動化，使5G網(wǎng)絡(luò)可以在各種環(huán)境中正常通信。同時虛擬化核心架構(gòu)可以對功能進行集成，將處理模塊與用戶模塊進行分離，使核心網(wǎng)更好的進行分布式處理。

一、以4G網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)的核心網(wǎng)虛擬化

在4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，核心網(wǎng)是由一系列的物理網(wǎng)元構(gòu)成的，同時物理網(wǎng)元之間有標準化接口進行連接通信。在4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中控制面與用戶面是分開的，其中控制面負責(zé)用戶的接入管理、鑒權(quán)、會話管理等；而用戶面主要是對用戶的數(shù)據(jù)包進行轉(zhuǎn)發(fā)、隧道管理、地址管理等。雖然4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中控制面與用戶面是分開的，但用戶面的相應(yīng)網(wǎng)元中依然有部分控制面的功能，主要負責(zé)IP地址分配、會話管理等功能。對核心網(wǎng)虛擬化時，最簡捷的方法就是對物理網(wǎng)元分別進行虛擬化。

二、面向未來的移動通信核心網(wǎng)架構(gòu)

1、集成虛擬核心網(wǎng)架構(gòu)。虛擬核心網(wǎng)架構(gòu)構(gòu)建的前提是不改變4G架構(gòu)。在虛擬化平臺上網(wǎng)元之間的數(shù)據(jù)是共享的，明顯減少網(wǎng)元之間的接口以及信令交互，從而縮短時延，提升通信效率。同時在虛擬化平臺上可以更加容易實現(xiàn)核心網(wǎng)元的功能。而集成的核心網(wǎng)軟件包可以減少網(wǎng)元之間的接口，簡化流程，有效縮短時延，提升系統(tǒng)的便捷程度。

2、多張網(wǎng)絡(luò)并存的核心網(wǎng)。5G網(wǎng)絡(luò)具有較強的多樣性，可以滿足各種場景的不同需求。5G網(wǎng)絡(luò)不僅需要支持超密集網(wǎng)絡(luò)，而且需要支持海量連接，同時還需要確保高速傳輸與可靠性。在5G網(wǎng)絡(luò)場景中并不需要同時對所有性能進行支持，如果在同一張網(wǎng)絡(luò)中對所有需求進行支持，不僅會提升網(wǎng)絡(luò)要求，而且不利于對網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化。而在5G時代，網(wǎng)絡(luò)需求會更多、更高，用一張網(wǎng)絡(luò)對各種功能進行支持的難度越來越大。而運用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，可以對新的移動核心網(wǎng)進行有效構(gòu)建，只需要把不同版本與功能的虛擬核心網(wǎng)網(wǎng)元的相應(yīng)原件與需求告訴編排器，就可以自動的為核心網(wǎng)分配硬件資源，對相應(yīng)軟件進行加載，對網(wǎng)元進行實例化與配置，并對網(wǎng)元之間的鏈路進行分配。如圖1所示，為多張核心網(wǎng)并存的未來網(wǎng)絡(luò)運營模式。

圖中運營商同時運用兩張?zhí)摂M核心網(wǎng)，其中一個是針對人與人之間進行通信的網(wǎng)絡(luò)，另一個是針對物聯(lián)網(wǎng)的專用核心網(wǎng)。運營商可以運用專用網(wǎng)絡(luò)作為物聯(lián)網(wǎng)的終端服務(wù)，可以以物聯(lián)網(wǎng)的特點為依據(jù)對網(wǎng)絡(luò)進行有針對性的優(yōu)化。同時不同的虛擬核心網(wǎng)可以對基礎(chǔ)設(shè)施與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進行共享。

3、智能管理。智能管理可以自動的對網(wǎng)絡(luò)進行配置，對正在運行的網(wǎng)絡(luò)進行實時監(jiān)控，并以網(wǎng)絡(luò)的運行情況為依據(jù)進行恰當(dāng)、有效的調(diào)整，以確保網(wǎng)絡(luò)達到最佳的運行狀態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)時代，NFV的引入與應(yīng)用使多個專用核心網(wǎng)同時運行成為可能。但是核心網(wǎng)的配置與維護工作量會提升。所以需要對網(wǎng)絡(luò)自動安裝、部署、配置與維護的實現(xiàn)進行重點研究。為了對網(wǎng)絡(luò)智能管理進行支持，首先需要對正在運行的網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)狀況信息進行收集；其次，需要對空閑資源的情況進行收集；最后，還需要對與業(yè)務(wù)有關(guān)的信息進行收集。在所需信息收集完全后，對信息進行分析。而收集信息的主要目的就是對終端的行為模式進行了解與掌握，并以此為依據(jù)對網(wǎng)絡(luò)進行優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)智能管理系統(tǒng)不僅需要對各種信息進行收集，并進行有效的分析處理，而且還需要提供接口，可以使運營商管理人員對必要信息進行配置。例如：策略信息、可以選擇的、新型的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求。其中策略信息可以是網(wǎng)絡(luò)部署策略、優(yōu)化策略等，而網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求就是企業(yè)、政府、運營商等大客戶的需求。網(wǎng)絡(luò)智能管理系統(tǒng)需要根據(jù)相應(yīng)要求進行網(wǎng)絡(luò)部署與優(yōu)化。如圖2所示，為未來核心網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)智能管理系統(tǒng)。

結(jié)束語：以虛擬化4G核心網(wǎng)為依據(jù)，利用5G網(wǎng)絡(luò)的熱點技術(shù)進行有效簡化，提出了一種集成的虛擬化核心網(wǎng)架構(gòu)，可以支持網(wǎng)絡(luò)智能管理，并實現(xiàn)多種核心網(wǎng)的并存。集成的虛擬化核心網(wǎng)架構(gòu)可以對核心網(wǎng)功能進行集成，并將處理模塊以及用戶模塊分離，從而使網(wǎng)絡(luò)可以更好地進行分布式處理。同時智能管理模塊的引入與應(yīng)用，可以使網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)運行與維護的自動化。

參 考 文 獻

[1]楊國健，侯慧峰，張曉龍.移動核心網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展研究[J].信息安全與技術(shù).2013（10）.