5G 核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究

陸 猛

（廣西壯族自治區(qū)通信產(chǎn)業(yè)服務(wù)有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引 言

5G 移動通信網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)需求以及通信場景具有差異化的特征下，需要對5G 移動通信網(wǎng)架構(gòu)和移動性重要新技術(shù)進(jìn)行深入的討論，融入軟件的去中心化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，而且應(yīng)用移動性網(wǎng)絡(luò)切面MDNS 技術(shù)，這樣為5G 移動網(wǎng)絡(luò)用戶帶來更好的體驗(yàn)，還可以推動我國通信行業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展。因此，當(dāng)前我國移動通信有關(guān)部門必須要深入探討5G 核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)的有關(guān)問題。

1 5G 網(wǎng)絡(luò)的概述

1.1 5G 網(wǎng)絡(luò)的概念

5G 的英文全稱是5Gth-generation。事實(shí)上，5G 是移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)發(fā)展到第5 代的產(chǎn)物。5G 網(wǎng)絡(luò)表示新時(shí)代下人們對移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)水平提出更高的要求。通信技術(shù)日益創(chuàng)新改善，在無線網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部形成相當(dāng)高的目標(biāo)。相對于各種傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)，5G 網(wǎng)絡(luò)將當(dāng)前的每項(xiàng)技術(shù)以及創(chuàng)新技術(shù)相結(jié)合，從根本上實(shí)現(xiàn)集成接入，即5G 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)融合多項(xiàng)技術(shù)，具有一定的綜合性和全面性。在現(xiàn)代化社會，已經(jīng)普遍運(yùn)用該綜合性網(wǎng)絡(luò)，在保證安全性的同時(shí)，將個人與其他的事物以及人密切連接。

1.2 特 征

將4G 網(wǎng)絡(luò)和5G 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行對比分析，不難發(fā)現(xiàn)，5G 網(wǎng)絡(luò)的特征主要包括時(shí)延較低以及容量較大、泛在網(wǎng)、高速度等。4G 網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)構(gòu)建完善的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，5G依托該架構(gòu)，運(yùn)用多根天線，輸送高頻信號，信息輸送是以低頻段為主[1]。5G 網(wǎng)絡(luò)大約每秒傳輸15GB，在很大程度上促進(jìn)廣域物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的穩(wěn)定發(fā)展。

2 5G 核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 兩種5G 核心網(wǎng)架構(gòu)成形方法

5G 核心網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用控制轉(zhuǎn)發(fā)分離架構(gòu)，而且真正實(shí)現(xiàn)會話管理與移動性管理的單獨(dú)進(jìn)行，在用戶面上將承載概念去除，在會話的不同流中直接作用QOS 參數(shù)。利用各種用戶面網(wǎng)元，能夠在同一時(shí)間構(gòu)建各種會話，而且通過不同的控制面網(wǎng)在同一時(shí)間管理，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端流量與本地分流的共同操作，通常可以將5G 核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)劃分成兩種，一種是參考點(diǎn)方法呈現(xiàn)，另一種是服務(wù)化架構(gòu)方法呈現(xiàn)。服務(wù)化架構(gòu)主要是指在控制面運(yùn)用API 能力開放形式完成信令傳輸，在傳統(tǒng)的信令流程下，多個消息在各個流程中都存在，提取出類似的效益，且通過API 能力調(diào)用的形式進(jìn)行封裝，提供給其他的網(wǎng)元來訪問。服務(wù)化架構(gòu)創(chuàng)新隧道構(gòu)建的模式，側(cè)重于運(yùn)用HTTP 協(xié)議進(jìn)行信令交互。

2.2 兩種5G 核心網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)模型

5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)學(xué)習(xí)微服務(wù)架構(gòu)以及IT 系統(tǒng)服務(wù)化的經(jīng)驗(yàn)，利用模塊化更好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能之間的解耦以及整合，解耦之后的網(wǎng)絡(luò)功能能夠單獨(dú)擴(kuò)容、單獨(dú)演進(jìn)、根據(jù)需求部署；控制面板不同NF 之間的交互，運(yùn)用服務(wù)化接口，相同服務(wù)能被各種NF 調(diào)用，減少NF 和NF 之間接口定義的耦合度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整網(wǎng)功能的按照需求定制，積極支持各種業(yè)務(wù)需求以及業(yè)務(wù)場景。5G 核心網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)模型有兩種，分別是注冊管理模型以及連接管理模型。

3 5G 核心網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 服務(wù)化架構(gòu)

5G 核心網(wǎng)的控制平面都是對IT 系統(tǒng)的服務(wù)化架構(gòu)進(jìn)行吸取的，其服務(wù)化架構(gòu)可以將以往的移動核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架重構(gòu)，每個傳統(tǒng)核心網(wǎng)網(wǎng)元都分成輕量級以及單獨(dú)的網(wǎng)絡(luò)功能模塊[2]。服務(wù)化架構(gòu)的具體表現(xiàn)在兩個方面，一個是服務(wù)化的網(wǎng)絡(luò)功能，另一個是服務(wù)化接口。服務(wù)化的網(wǎng)絡(luò)功能是指5G 核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)功能，將自身的能力作為主要服務(wù)，對于其他的網(wǎng)絡(luò)功能能夠通過接口調(diào)用為其服務(wù)。服務(wù)化接口是指通過輕量級的接口協(xié)議，讓網(wǎng)絡(luò)具有相當(dāng)強(qiáng)的可擴(kuò)展性，3GPP 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定服務(wù)接口協(xié)議必須要采用TCP。

3.2 控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離

當(dāng)前，運(yùn)營商的4GEPC 核心網(wǎng)的網(wǎng)關(guān)使用的是S-GW 與P-GW 合設(shè)的設(shè)備，形成一種Serving Area 覆蓋整個省的業(yè)務(wù)[3]。在用戶端發(fā)起移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)后，可以通過eNodeB 向運(yùn)營商做好IP 承載網(wǎng)接入工作，在省會匯聚業(yè)務(wù)流量后，再向S-GW/P-GW 接進(jìn)，之后將其從移動網(wǎng)轉(zhuǎn)出來，更加方便用戶訪問互聯(lián)網(wǎng)。5G 核心網(wǎng)運(yùn)用用戶平面與控制平面全部分離的架構(gòu)，其主要優(yōu)勢在于控制平面功能模塊可以在省會進(jìn)行集中部署，科學(xué)調(diào)度轉(zhuǎn)發(fā)平面的資源；就用戶平面網(wǎng)絡(luò)功能模塊來講，其能夠結(jié)合實(shí)際需求運(yùn)用分布式方法或者集中方法，合理的部署。如果用戶平面功能下沉至邊緣DC，就能夠?qū)崿F(xiàn)本地流量分流，且減少端之間的時(shí)延。

3.3 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化和網(wǎng)絡(luò)切片

切片技術(shù)是5G 網(wǎng)絡(luò)中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，讓其可以實(shí)現(xiàn)各種業(yè)務(wù)場景和業(yè)務(wù)類型，根據(jù)需求科學(xué)定制網(wǎng)絡(luò)[4]。5G 核心網(wǎng)利用SDN 技術(shù)，讓5G 核心網(wǎng)的硬件平臺和網(wǎng)絡(luò)功能可以解耦，形成各種網(wǎng)絡(luò)功能模塊，通過組合這些模塊，形成特殊的網(wǎng)絡(luò)切片。網(wǎng)絡(luò)切片主要包括接入網(wǎng)絡(luò)及核心網(wǎng)絡(luò)等，各個網(wǎng)絡(luò)切片間能夠完成不同網(wǎng)絡(luò)切片之間的資源共享，也能夠?qū)⒉煌W(wǎng)絡(luò)切片間的資源進(jìn)行相互隔離。核心網(wǎng)絡(luò)又包括兩部分，控制平面以及用戶平面。控制平面所采用的架構(gòu)是服務(wù)化架構(gòu)，而用戶平面所采用的架構(gòu)模式則可以根據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)性能的需求進(jìn)行合理的選擇。無線網(wǎng)接入在確保網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量和系統(tǒng)容量等重要指標(biāo)不受干擾的情況下，無線網(wǎng)絡(luò)切片必須要基于無線網(wǎng)絡(luò)DU 分層架構(gòu)，能夠運(yùn)用虛擬化技術(shù)，將一些基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行共享。必須要重視空口時(shí)頻資源的合理運(yùn)用，采用相應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)等不同技術(shù)相融合的方法，實(shí)現(xiàn)無線資源的智能調(diào)度，還可以利用無線網(wǎng)絡(luò)參數(shù)對功能重新配置，以實(shí)現(xiàn)不同的切片功能[5]。其中，網(wǎng)絡(luò)切片管理功能可以實(shí)現(xiàn)切片編排管理，還可以將切片的SLA 分解成切片子網(wǎng)的SLA。而通信業(yè)務(wù)管理能夠?qū)崿F(xiàn)從業(yè)務(wù)需求映射到網(wǎng)絡(luò)切片需求。

4 結(jié) 論

隨著5G 的出現(xiàn)，萬物互聯(lián)是已經(jīng)成為必然的發(fā)展趨勢。5G 網(wǎng)絡(luò)有多種業(yè)務(wù)，要求新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠適應(yīng)于各種業(yè)務(wù)需求。運(yùn)營商必須要根據(jù)現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)特征以及發(fā)展前景，采用相應(yīng)的組網(wǎng)方法，利用全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，進(jìn)而更好地實(shí)現(xiàn)當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)。