面向未來(lái)移動(dòng)通信的核心網(wǎng)架構(gòu)研究

張帆

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

【關(guān)鍵詞】 面向未來(lái) 移動(dòng)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(jiǎn)化，而且還對(duì)智能化管理模塊進(jìn)行構(gòu)建，可以使未來(lái)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)更具自動(dòng)化，使5G網(wǎng)絡(luò)可以在各種環(huán)境中正常通信。同時(shí)虛擬化核心架構(gòu)可以對(duì)功能進(jìn)行集成，將處理模塊與用戶模塊進(jìn)行分離，使核心網(wǎng)更好的進(jìn)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(shí)物理網(wǎng)元之間有標(biāo)準(zhǔn)化接口進(jìn)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(kāi)的，其中控制面負(fù)責(zé)用戶的接入管理、鑒權(quán)、會(huì)話管理等；而用戶面主要是對(duì)用戶的數(shù)據(jù)包進(jìn)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(kāi)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(fù)責(zé)IP地址分配、會(huì)話管理等功能。對(duì)核心網(wǎng)虛擬化時(shí)，最簡(jiǎn)捷的方法就是對(duì)物理網(wǎng)元分別進(jìn)行虛擬化。

二、面向未來(lái)的移動(dòng)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(tái)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(shí)延，提升通信效率。同時(shí)在虛擬化平臺(tái)上可以更加容易實(shí)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(jiǎn)化流程，有效縮短時(shí)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(qiáng)的多樣性，可以滿足各種場(chǎng)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(shí)還需要確保高速傳輸與可靠性。在5G網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中并不需要同時(shí)對(duì)所有性能進(jìn)行支持，如果在同一張網(wǎng)絡(luò)中對(duì)所有需求進(jìn)行支持，不僅會(huì)提升網(wǎng)絡(luò)要求，而且不利于對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的優(yōu)化。而在5G時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)需求會(huì)更多、更高，用一張網(wǎng)絡(luò)對(duì)各種功能進(jìn)行支持的難度越來(lái)越大。而運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)，可以對(duì)新的移動(dòng)核心網(wǎng)進(jìn)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(dòng)的為核心網(wǎng)分配硬件資源，對(duì)相應(yīng)軟件進(jìn)行加載，對(duì)網(wǎng)元進(jìn)行實(shí)例化與配置，并對(duì)網(wǎng)元之間的鏈路進(jìn)行分配。如圖1所示，為多張核心網(wǎng)并存的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)模式。

圖中運(yùn)營(yíng)商同時(shí)運(yùn)用兩張?zhí)摂M核心網(wǎng)，其中一個(gè)是針對(duì)人與人之間進(jìn)行通信的網(wǎng)絡(luò)，另一個(gè)是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)的專(zhuān)用核心網(wǎng)。運(yùn)營(yíng)商可以運(yùn)用專(zhuān)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(diǎn)為依據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有針對(duì)性的優(yōu)化。同時(shí)不同的虛擬核心網(wǎng)可以對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施與轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進(jìn)行共享。

3、智能管理。智能管理可以自動(dòng)的對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，對(duì)正在運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并以網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行情況為依據(jù)進(jìn)行恰當(dāng)、有效的調(diào)整，以確保網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最佳的運(yùn)行狀態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，NFV的引入與應(yīng)用使多個(gè)專(zhuān)用核心網(wǎng)同時(shí)運(yùn)行成為可能。但是核心網(wǎng)的配置與維護(hù)工作量會(huì)提升。所以需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)安裝、部署、配置與維護(hù)的實(shí)現(xiàn)進(jìn)行重點(diǎn)研究。為了對(duì)網(wǎng)絡(luò)智能管理進(jìn)行支持，首先需要對(duì)正在運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)狀況信息進(jìn)行收集；其次，需要對(duì)空閑資源的情況進(jìn)行收集；最后，還需要對(duì)與業(yè)務(wù)有關(guān)的信息進(jìn)行收集。在所需信息收集完全后，對(duì)信息進(jìn)行分析。而收集信息的主要目的就是對(duì)終端的行為模式進(jìn)行了解與掌握，并以此為依據(jù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化。網(wǎng)絡(luò)智能管理系統(tǒng)不僅需要對(duì)各種信息進(jìn)行收集，并進(jìn)行有效的分析處理，而且還需要提供接口，可以使運(yùn)營(yíng)商管理人員對(duì)必要信息進(jìn)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(yùn)營(yíng)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(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署與優(yōu)化。如圖2所示，為未來(lái)核心網(wǎng)中的網(wǎng)絡(luò)智能管理系統(tǒng)。

結(jié)束語(yǔ)：以虛擬化4G核心網(wǎng)為依據(jù)，利用5G網(wǎng)絡(luò)的熱點(diǎn)技術(shù)進(jìn)行有效簡(jiǎn)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(shí)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(duì)核心網(wǎng)功能進(jìn)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(jìn)行分布式處理。同時(shí)智能管理模塊的引入與應(yīng)用，可以使網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行與維護(hù)的自動(dòng)化。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]楊國(guó)健，侯慧峰，張曉龍.移動(dòng)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）.