簡述5G移動網絡新技術及核心網架構

張巍

摘 要 面對5G移動通信網絡日趨多樣化、差異化的通信場景和業務需求，人們需要探討5G移動通信核心網架構及移動性關鍵新技術，引入軟件靈活定義的去中心化網絡架構，并提出網絡功能虛擬化技術、5G切片中的高速通信技術，提升5G 移動網絡用戶體驗。

關鍵詞 5G移動網絡;關鍵技術;核心網

引言

5G時代網絡架構實現了顛覆性的轉變，是一種人與物、物與物之間的通信，其具有大連接、低時延、高速率的網絡特征。在5G時代，核心網網絡具有關鍵性的價值與作用。面對日益復雜多元化的網絡業務需求，要不斷優化5G 移動網絡核心網絡架構和關鍵技術，提出集中控制與分布控制相結合的移動性網絡管理體系，使其部署更加合理、靈活和高效。

15G移動網絡新技術

1.1 網絡功能虛擬化技術

5G移動網絡中的NFV技術是重要的關鍵技術，主要涵蓋有以下內容：

（1）網絡功能虛擬化組件（NFVI）。由虛擬機和服務器等物理資源進行具體功能模塊的封裝和承載，進行數據的底層傳輸、存儲和計算的資源支撐。

（2）虛擬化網絡功能（VNFs）。采用NFV軟件技術進行部署，具體執行某一特定功能，諸如：域名解析系統、網絡地址轉換系統、防火墻等。

（3）NFV編排管理。要合理確定所需的多個VNF的數量及連接關系，明晰多個VNF在服務鏈中的排列方式，并通過底層NFVI構建服務鏈，較好地實現特定切片網絡的具體功能，實現對網絡系統資源的移動性管理[1]。

1.2 5G切片中的高速通信技術

（1）采用基于軟件OVS的虛擬機數據轉發。可以基于Open Flow協議進行網絡控制層和數據層的通信標準，由控制層提供開放性接口，實現多樣化的網絡控制和管理，由開放高效的網絡架構實現不同業務數據流的高效轉發。在軟件OVS的虛擬軟件交換平臺之中，能夠通過ovs-dpctl、ovs-ofctl和ovcdb-tool這三個控制器，實現良好的控制訪問、網絡隔離和流量監控，其中：ovsdb是OVS的配置數據庫，用于存儲遠程控制模式下的配置信息，遠程調用RPC進行通信。Ovs-vswitchd是OVS的核心部件，主要控制和處理datapath的上報信息及功能模塊。Datapath是OVS數據轉發的核心功能模塊，主要提取并匹配數據包關鍵字信息，負責轉發規則的維護和管理，并進行匹配成功/失敗信息的上報。

（2）基于硬件OVS的虛擬機數據轉發。由于基于軟件OVS的數據轉發難以滿足低時延、低能耗的通信需求，包頭解析模塊對嵌套幀的解析流程過于煩瑣，為此，要引入基于硬件OVS的虛擬機數據轉發，通過FPGA開發板的以太網光接口和PCIe接口進行硬件轉發，其功能模塊主要包括有：①管理模塊。該模具具有對數據包與控制命令的區分功能，可以從控制層面經PCIe到硬件轉發層面，對數據包和流表模塊命令等下行數據進行新的封裝和承載，從硬件轉發層面經PCIe到控制層面，對上行數據進行信息讀取和發送。②預處理模塊。主要實現對數據包類型的區分，提取不同數據包的關鍵字信息，并將其發送給流表模塊，將原始數據緩存于RAM之中，具體處理流程為：數據包類型偵測——關鍵字提取。③流表模塊。主要實現對流表項的維護，包括流表項的新增、刪除、查詢和修改等，并對關鍵字進行流表項匹配，較好地優化流表結構和匹配方式。④操作模塊。以流表模塊輸出的操作地址信息進行操作，進行原始數據的字段修改、丟棄、轉發等。⑤發送模塊。主要是將操作模塊修改的數據包發送至對應的端口。⑥PCIe數據分發模塊。該模塊主要實現回復命令和數據的區分，并通過PCIe接口進行數據信息的上發，能夠對數據進行優先級選擇，使之進入到PCIe通道的隊列之中，進行數據信息的傳輸。

（3）硬件OVS在5G移動網絡中的應用。為了解決覆蓋多應用場景、多業務需求，可以采用硬件OVS降低數據包在虛擬機之間的轉發時延，實現硬件轉發層面的流表控制、流表緩存和驅動管理，可以將硬件OVS嵌入到5G移動網絡的DU處，實現5G前傳網絡接入流量在切片內多個虛擬機的疏導和傳送。也可以將硬件OVS嵌入到5G移動網絡的CU處，合理區分不同類型的業務，實現不同業務的定制化處理，有效提升CU中虛擬機之間數據的轉發效率[2]。

25G核心網的網絡架構

5G核心網采用控制轉發分離架構，同時實現移動性管理和會話管理的獨立進行，用戶面上去除承載概念，QoS參數直接作用于會話中的不同流。通過不同的用戶面網元可同時建立多個不同的會話并由多個控制面網元同時管理，實現本地分流和遠端流量的并行操作，5G的核心網絡架構分為兩種架構呈現，即參考點方式呈現和服務化架構方式呈現。服務化架構是在控制面采用API能力開放形式進行信令的傳輸，在傳統的信令流程中，很多的消息在不同的流程中都會出現，將相同或相似的消息提取出來以API能力調用的形式封裝起來，供其他網元進行訪問，服務化架構將摒棄隧道建立的模式，傾向于采用HTTP協議完成信令交互。5G網絡架構借鑒IT系統服務化和微服務化架構的成功經驗，通過模塊化實現網絡功能間的解耦和整合，解耦后的網絡功能可獨立擴容、獨立演進、按需部署;控制面所有NF之間的交互采用服務化接口，同一種服務可以被多種NF調用，降低NF之間接口定義的耦合度，最終實現整網功能的按需定制，靈活支持不同的業務場景和需求[3]。

3結束語

綜上所述，隨著科學技術不斷創新與進步，想要促進社會經濟長久穩定發展就需要跟進時代步伐，互聯網已經成為人民生活中必要存在的一部分，所以在5G移動通信技術的發展與應用上，需要技術人員不斷完善和改進5G移動通信技術，保證網絡安全性和穩定性，提高網絡信息傳輸速率和處理效果，更好地改善人民生活質量，進一步提升社會整體經濟發展水平。

參考文獻

[1] 許志虎.5G網絡新技術及核心網架構[J].電子技術與軟件工程，2018，（17）：10.

[2] 許碧洲，路遙，高立劍.關于5G移動網絡新技術及核心網架構的幾點思考[J].中國新通信，2017，19（18）：8.

[3] 焦金濤.5G網絡新技術及核心網架構研究[J].中國新通信，2017，19（16）：9.