5G移動網絡通信技術的核心網架構分析

中國移動通信集團安徽有限公司 何夢靖

目前我國已經進入了互聯網時代，5G移動通信技術、軟交換技術的應用范圍逐漸增加。由于網絡科技的發展速度很快，加強了對移動數據互聯網新技術的不斷研究與運用，同時提升了移動網絡服務的整體品質，這也形成了各大移動互聯網企業迅速發展壯大的重要基石，同時5G移動網絡通信技術也是市場實力的最主要表現，所以加強對5G移動互聯網的建立與發展，并且對其核心網結構進行科學合理的構建，具有很高的技術要求。本文對5G移動網絡通信技術的核心網架構進行分析和闡述，并給出相應的策略，以期對相關人員有所幫助。

1 5G移動通信技術簡介

1.1 5G移動通信技術發展背景

近年來，5G移動通信技術一直是通信行業與學術界的熱門討論話題[1]。之所以5G移動通信技術可以問世，主要是因為兩方面原因，一方面是4G移動通信網絡系統已經完成普及，商用、家用日益穩定，在社會原因的驅使下，使得5G移動通信技術研究成為技術人員的工作內容；另一方面是由于社會的發展，使得民眾的移動數據需求不斷提升，為保證通信系統的穩定運行，技術人員必須研究出新的移動通信技術。服務器與應用方式越來越多，在2018年，全球移動用戶高達90億，在那時移動通信網絡就需要有一個非常高的容量，然后截至今年年底，移動通信網絡容量增長1000倍左右，這就使得網絡運行成為了工作人員的重點關注內容。首先按照這一網絡發展速度，容量的大幅度增長會提高網絡能耗與比特成本，通信工程企業無力負擔；其次當流量增長后，頻譜必然會發生改變，只有這樣才可以保證通信網絡的穩定，為了保證用戶的使用體驗，必須對網絡使用流程進行優化。基于此，開展5G移動通信技術研究工作成為了工作人員的重點工作內容。

1.2 5G移動通信技術概念

目前5G移動通信技術正處于研究當中，與前幾個移動網絡技術相比，5G移動通信網絡技術速度更快，通信質量更高，覆蓋區域更高。但是在進行信息傳播時，損耗更大，實現全覆蓋需要花費更多的資金。并且5G移動通信技術的運行基礎是MIMO與波束聚合。

經調查發現，目前陸續有17個國家獲得了5G移動通信商用牌照。分析相關資料可知，5G移動通信技術傳輸波為毫米波，頻率交款，并且為連續性頻譜，但是衍射與繞射能力較弱[2]。因此為了提高實際應用效果，技術人員應嘗試將天線與波束聚合技術結合在一起，進一步擴大5G覆蓋范圍。技術人員對5G移動通信技術更為嚴格，導致此技術具有更高的靈活性，可以進一步提高用戶實際體驗，也證明5G移動通信具有非常大的發展空間。

2 5G移動通信核心網架構分析

為更多地適應使用者和行業的發展，要徹底改變原來網絡設備和結構的固化問題，可通過一個軟件定義去中心化網絡結構SoftNet，完成對5G移動網絡結構的智能自定義，動態激發和靈活的組織部署5G計算機網絡系統的功能，完成網關錨點的動態分發和網絡資源的統一調配，從而更多地提高5G移動網絡資源的效率[3]。

2.1 設計原則

在5G移動通信核心網架構設計的過程中，需要遵循如下宗旨與準則。

2.1.1 適應性

針對各種特征的通信場合，需要通過軟件系統確定去中心化的基礎網絡結構，以便于移動的應對各種類型的通訊場合，從而增強對5G移動互聯網的適應性與功能。

2.1.2 高效性

通過使用軟件定義去集中的核心網絡結構，可以有效提高5G移動網絡資源的使用率，同時避免并克服了高額信令費用、低效數據轉發和高數據傳輸時延的問題。

2.1.3 可擴展性

通過引入軟件定義去中心化的核心網絡結構系統，能夠靈活快捷地提供全新服務，適應5G移動互聯網升級的需要，實現新服務的高速敏捷配置與迅速反應。

2.1.4 簡化功能

5G手機網絡中心網的軟件定義去中心化結構，提供支持移動性網絡管理以及交換隧道管理工作，并且通過大規模的網元功能和通信技術為基礎，能夠進行5G手機網絡系統的功能簡單化，從而減少了5G手機網絡系統功能冗余處理的問題。

2.2 5G移動通信技術的特點

由于4G移動通信網絡科學技術的應用，人類對互聯網信息技術的需求也愈來愈高，而4G移動通信科技也已不再適應當前人類的生活需要。因此新一代的行動通訊科技也亟需被發展。而5G就在此時出現了，并對其研究與實踐都提到了最高的關注地位，而5G移動通信技術將更加關注于使用者的生活體驗情況，對互聯網的廣域覆蓋將有著更加重要的科技要求，其通訊功效充分發揮的情況將是4G的數倍，在各個方面都比較突出。由于5G移動通信技術的功率損耗相對較少，可以提高智能設備發展的速度，也大大提高了在互聯網上數據傳輸的通暢性，而且，由于5G移動通信技術有著相對較低的時延特性，再加上高端的特點，使其在總體上的優越性更加突出，所以，5G技術發展將成為中國未來十幾年中的主導互聯網趨勢。

3 5G移動網絡新技術的應用分析

3.1 網絡功能虛擬化技術

5G在移動互聯網中的NFV技術也是重要的核心技術，大致包括有如下[4]：

3.1.1 網絡功能虛擬化組件（NFVI)

由虛擬機和服務器設備等物理數據信息資源實現對具體功能模組的包裝和支撐，從而實現對數據信息的底層傳送、儲存和運算方面的資源支持。

3.1.2 NFV編排管理

要合理定義所需要的各個VNF的數量和連接關系，明確了各個VNF在業務鏈中的排列方法，并利用底層NFVI構造業務鏈，較好地完成對某個切片網絡系統的具體控制功能，并完成了對網絡資源的移動性管理工作。

3.2 5G切片中的高速通信技術、

3.2.1 基于硬件OVS的虛擬機數據轉發

由于采用軟件OVS的數據信息交換技術無法適應低端到端時延、低功耗的傳輸要求，且包頭分析功能模塊中對嵌套幀的分析過程也較為復雜，因此，需要引進采用硬件OVS的虛擬主機數據信息交換，并利用FPGA開發板的以太網光端口和PCIe端口實現硬件交換，其能力模板中一般包含有：

（1）安全管理模塊。該模型還擁有對數據包和流控制指令的區分功能，可從主控層經PCIe到硬件交換層，對數據包和流表模塊指令等下游數據信息實現新的包裝和負載，從硬件交換層經PCIe到主控層，對上行數據實現信息讀取和傳輸。

（2）流表模塊。一般負責對流表項的管理維護，包含對流表項的添加、撤銷、查找和編輯等，以及通過對關鍵字實現與流表項匹配，可以較好地優化流表結構和匹配方法。

（3）控制模塊。以對流表模塊提供的控制地址信號作為控制，以實現對原始數據的字段編輯、丟失、轉送等。

（4）發送模塊。一般是把經過操作模塊更改的數據包發送到相應的接口。

（5）PCIe數據分發功能。本模型主要實現回復指令與數據消息的分離，并利用PCIe接口實現了大量數據消息的傳遞，可以對大量數據消息做出優先選取，并使其加入到PCIe通道口的隊列狀態，從而實現了大量數據消息的傳送。

3.2.2 硬件OVS在中國5G移動互聯網中的運用

為滿足覆蓋的多使用場合、多服務需要，可通過硬件OVS減少了大量數據包在虛擬化機內部的轉發時延，并完成了硬件轉發層面的流表監控、流表緩存和驅動管理工作，還能夠通過把硬件OVS內嵌到5G移動互聯網的DU處，完成對5G前傳網接入流量在切片內各個虛擬化機的疏導與傳輸。以合理劃分各種各樣的服務，并實現對各種服務的定制化管理工作，從而有效提高了CU中虛擬機器之間各種數據的交換效果。

4 5G移動通信技術的核心網構架

5G移動通信網絡是目前發展的主導趨勢。在國際上，已經對此項網絡關鍵技術進行了大量的分析與研討。首先是5G的核心網框架結構課題，對5G關鍵技術的實際應用和發展，與國際中有關的組織進行了系統有效的分析與研討，并組建了專業的科研組織，同時配備了對國外中最先進的網絡工程師開展工作的全面跟蹤，以逐步的攻克技術性的難點。

5G移動通信網絡的探索，世界中不同國度的研究工作者將從多目標、多方位角度實現項目的重大突破。主要涉及研究框架劃分和整合、頻率波動理論和技術方面的探索。針對中國5G移動通信網絡的空間結構進行了技術性的研究，對一些較核心的關鍵技術，目前已經實現了有效的攻克，同時也提升了中國工程技術人員的認識層次和水平。以爭取在未來的實際應用中，占有一席之地。

5G移動通訊網絡技術是將多種互聯網技術相結合的過程，將互聯網技術進行了劃分、壓縮并且完成進一步的重構，這一過程中必須不斷地進行實驗推論，并且完成對各種數據的匯總與數據分析，并由此來形成了一個更加完善的網絡模型。而目前，關于數據網絡與IP網址的修改，對傳統的互聯網運行方式而言是根本無法實現改變上網頻率的，因為核心網的架構下整個頻率都相當低，而5G移動網絡的IP網址則是要求更強大的運算能力處理器才可以完成，所以為提高通信的穩定性，減少對上網成本的耗費，就必須進一步實現通信的技術優化，從而縮短信息傳遞的流程，并完善連接過程。在中國5G移動通信互聯網的實際應用過程中，必須突破中國傳統操作的時間限制，互聯網創新技術必須是具備獨立性的，并且可以為中國社會互聯網事業長期而穩健地發展創造更有利的技術條件。

5 5G時代虛擬化核心網的組網結構演進

5G時代網絡技術已經完成了個人和業務之間的過渡，但在這個環境下，核心網要繼續發展才能夠滿足對更高流量的不同要求，以適應人們的各種服務體驗。

5.1 核心網NFV

NFV作為網絡技術功能虛擬性結構，它是指由于采用虛幻化的軟件手段，完成與傳統網元相互之間的軟硬解耦，這樣一來各個廠商的軟件系統就能夠在相同的虛幻化基礎設施上工作了，它有著更加明顯的優越性，不但能夠有效地減少運營商總體的CAPEX/OPEX，而且還能夠更有效地減少了新服務和相關業務對于市場的投入時間，從一定程度上提高了結構的總體靈活性，從而達到了彈性結構。使用更加開放性的虛擬化應用，以及純軟件應用平臺實現了服務與功能間的差異化要求，從而有效地減少了與服務創新相比的研發部署成本。

5G時代中，NFV是今后互聯網發展的重要手段，能夠給基礎通訊系統帶來保障。核心網虛擬化技術是一種NFV在移動核心網中的實際運用技術，它最大的目標是利用高度標準化的x86服務器進行資料儲存和數據交換，以取代原來的網絡系統中的專用網元，利用這些設備能夠節約大量資金，經過軟硬件解耦以后的網絡能夠更高效地進行網絡資源間的靈活共用，從而促進了行業的創新發展，也實現了行業之間的高效部署。

5.2 網絡切片部署策略

根據標準的具體完善程度了解產品的功能情況，并分析應用需要，在提供網上切片部署工作的過程中能夠完成單區域和跨地區之間的部署工作，從核心上網逐漸進一步發展至無線、數據傳輸等應用領域。切片服務類型也能夠從eMBB服務逐漸進一步發展至uRLLC/mIoT，隨著需求量的擴大，其切塊系統設計能夠根據運營商完成自己的產品設計，開放切塊服務能力，并經過基本的切塊分配管理工作或者生命周期化管理，完成自動化的調度管理工作，能夠針對各種場合，選擇各種方法。運營商與個別用戶切塊相互之間能夠提供AMF/PCF/UDM/NRF共享，但不同類型的切塊相互之間存在著差異的SMF/UPF；由于與運營商統一管理，靈活性地提供管理切片間的戰略，切片雙方采用了一致的用戶訂單信息。而公司專網切片場景則是由于AMF/UDM/NRF的共用，能夠在SMF/UPF/PCF中的各個切片相互之間獨自部署，在切片中也能夠部署相對單一的管理策略，因此各種類型的切片能夠為各種類型的服務間的路由，選擇了較為獨特的管理戰略。

6 結語

綜上所述，只有通過將5G移動通信網絡新技術機器核心網絡結構加以更細致的剖析與研發，才能夠促進實際技術的開發與推廣，而隨著人類社會對移動通信網絡技術的需求日益增加，5G移通信網絡將會對人類未來的科技發展加以合理的鋪墊，進而提高了人類應用互聯網的效能與速率，在大數據的管理上也可以更加有效地實現目標，并最終促進人類社會的通訊科技的發展。

引用

[1]許莎佳.5G移動網絡通信技術的核心網架構分析[J].信息通信,2018(10):224-225.

[2]李秋偉,劉帥.聯通5G網絡通信技術及核心網架構研究[J].電子技術與軟件工程,2021(2):36-37.

[3]賴光何.5G移動網絡新技術及核心網架構的幾點思考[J].信息通信,2020(3):245-246.

[4]李斌,許鳳麗,劉瑞,等.聯通5G網絡通信技術及核心網架構研究[J].信息與電腦(理論版),2020,32(3):139-141.