5G新型網絡架構研究

楊子

摘要：基于4G通信的迅速發展和成熟，移動通信產業逐漸進入了第五代通信（5G）的發展階段。5G將大幅改善移動網絡的運營和部署效率，滿足人們日益增長的移動通信需求，同時5G通信系統將向網絡方向延伸。本文通過分析和學習5G通信網絡中的一系列關鍵技術，對構建5G新型網絡架構進行探討和研究。

關鍵詞：5G 網絡 架構

前言

隨著移動通信技術和產業的發展，以及用戶對數據流量和移動性的要求越來越高，5G移動通信系統應運而生。它將迅速滲透到交通、工業和服務業等領域，并且將為智能終端，智能控制系統以及人工智能等行業的蓬勃發展打下堅實基礎。5G通信系統在4G的基礎上向網絡側延伸，并通過一系列關鍵技術構建新型網絡架構。

1. 5G網絡的平臺結構

5G通信網絡主要通過基礎設施平臺和網絡架構兩個方面來構建。5G網絡通過互聯網和虛擬化技術搭建新型基礎設施平臺，而在網絡架構方面采用控制轉發分離和控制功能重構的技術。

1.1 新型基礎設施平臺

網絡功能虛擬化（NFV）和軟件定義網絡（SDN）是實現5G新型基礎設施平臺的兩個關鍵技術。

在NFV技術中，軟件與硬件的分離和網絡功能模塊化增強了控制功能的重構性。NFV技術將資源從物理端映射到虛擬端，并且可以在虛擬端進行管理和資源優化這樣不僅發揮了虛擬化系統的優勢，而且還提高了網絡的安全性。

SDN技術分離了控制與轉發功能，借鑒IT領域的微服務理念，將軟件分解為細粒度的模塊化組件，并通過開放應用程序編程接口（API）來實現微服務的集成，以提升應用開發的整體靈活性。

1.2 網絡的邏輯結構

5G網絡的邏輯結構中有接入網和核心網兩個層次，以及接人、控制和轉發三個功能平面。

接入網以用戶為中心，構建多個層次的異構網絡，并且容納了多種空口接入技術，具備較高的無線資源利用率。核心網可以實現按需編排差異化業務需求，并將業務存儲和計算能力從網絡中心下移到網絡邊緣。

接入平面的主要功能是執行指令，并將指令傳輸到接入網并在核心網中實現，接入平面的站間協同實現了有線和無線之間的連接轉換。前端接入有兩種組網模式，分別為C-RAN和DRAN。

控制平面的主要功能是將接收的指令進行排版編輯，主要采用了控制功能模塊化、邏輯處理分離化等先進技術，將抽離的控制轉發功能傳輸到控制平面，并完成部件拆分和網絡重組，從而形成專門的網絡架構系統。

轉發平面包含用戶面之下的分布式網關，在網絡層引入分段選路的概念，源節點按照每次通信首個IP包的特征來配置流表，該次通信的后續IP包被抽象為同一流，中間節點只需維護拓撲信息并按流表執行轉發功能。

1.3 網絡的部署

5G網絡的部署包括接入網、匯聚網和骨干網三部分，網絡的控制功能包括了核心網控制功能和接入網控制功能，整體呈現“一種邏輯結構，多種組網結構”的形態。

在SG網絡中，針對用戶的不同業務需求通過網絡控制面的協同和編排，動態地將相應的網絡資源組成切片，即每一種業務建立邏輯上的VPN，各切片間業務相互隔離。每個切片的擁塞、過載、配置的調整不影響其他切片，而不同切片中的網絡功能可在相同的位置上共享相同的軟硬件平臺。

2. 5G網絡架構的關鍵技術

5G新型網絡架構中的一系列關鍵技術，在實現各種功能的同時將網絡架構的各個功能平面緊密的融合在一起，進而在各個網絡層次的管理和配置中起到關鍵作用，最終形成靈活高效的網絡系統。

2.1 控制轉發分離

在5G網絡中核心網的網關設備將控制功能和轉發功能相互分離，轉發平面將專注于業務數據的路由轉發，而控制平面采用邏輯集中的方式實現統一控制，進而使網絡架構更加扁平化。

2.2 控制功能重構

將通信網絡中的控制平面拆分成獨立的功能模塊，再根據不同的應用場景進行組合，進而滿足5G業務對于網絡多樣性的需求。

控制重構技術包括三個方面：

（1）控制面功能模塊化：將控制面中各類功能分拆重組，并根據應用場景選定功能。

（2）優化控制面處理邏輯：對各類功能間的交互進行優化，提高功能聚合效率。

（3）狀態與邏輯處理分離：業務處理邏輯和狀態存儲邏輯分離有利于系統穩定性。

2.3 新型連接管理

針對不同用戶和業務的QoS需求，新型連接管理提供了定制化和差異化的服務。5G網絡會根據終端屬性、請求類型、網絡狀況等信息來確定連接參數，然后由控制平面根據連接參數生成連接管理指令，并由轉發平面轉發連接管理指令來完成連接管理。

2.4 統一的無線接入技術

5G網絡中包含多種無線接入技術，這些接入技術之間可以通過集中的無線網絡控制功能實現融合，或者通過接口實現分布式的協同。統一的多無線接人融合技術包括四個方面：

智能接入控制與管理、多無線接入資源管理、協議與信令優化和多制式多連接技術。

2.5 無線資源調度與共享

5G的無線資源調度和共享是通過無線接入網分簇化集中控制、無線網絡資源虛擬化和頻譜共享技術實現對無線資源的高效控制和分配，從而滿足各種典型應用場景。

分簇化集中控制通過分簇化集中控制與管理功能模塊，實現無線資源動態分配與智能管理;無線網絡資源虛擬化通過對接入網平臺資源和傳輸資源共享和切片，'構建虛擬無線接入網絡;頻率共享技術根據不同應用場景動態使用頻譜資源和不同系統間頻譜共享。

2.6 定制化部署和服務

定制化部署和服務技術在感知用戶行為和業務類型后，在無線接入網提供差異化和定制化服務，主要包括軟件定義協議棧和軟件定義拓撲結構兩個方面：

（1）軟件定義協議棧：利用軟硬件分離以及數據面和控制面分離技術，重新定義協議棧。

（2）軟件定義拓撲結構：軟件定義的拓撲主要實現5G無線網絡自組織、自優化、自配置功能。

3.總結與展望

移動通信系統的長期演進和變革，使得現代通信系統更加趨于個人通信，在充分提高網絡運營效率的同時滿足用戶對網絡高效性和多樣性的需求。5G移動通信系統以它新型的網絡架構，提供優質和智能的網絡服務平臺，從而滿足未來的移動互聯網和物聯網的業務要求。

5G網絡是以信息技術與通信技術深度融合為基礎，同時也代表了智能移動網絡的階段性進展。新型的硬件設施平臺和靈活高效的網絡架構驅動5G網絡的智能化變革，各類AI人工智能終端以及高數據密度的云平臺都給移動通信網絡帶來了巨大挑戰，但同時也提供了更多的變革契機，深度智能移動通信網絡將是未來通信產業發展的主要方向。

參考文獻

[l]余黎明.5G網絡安全技術與發展[J].電子技術與軟件工程，2019（02）：185.

[2]羅卓鴻.5G網絡架構標準化進展[J]通信設計與應用，2019（02）：6-7.

[3]黃鐘明.5G網絡架構設計與標準化進展[J]，信息通信，2018（04）：270-271