關(guān)于5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計的幾個重要問題思考

馮娜

【摘要】 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是當(dāng)下國內(nèi)業(yè)界以及國外業(yè)界都在不斷探索和研究的重要課題，隨著虛擬化技術(shù)、云計算技術(shù)以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和深入，促使蜂窩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計逐漸得以實現(xiàn)。本文就5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計的幾個重要問題進(jìn)行深入分析，并對這些問題的影響因素進(jìn)行初步探討，希望能夠為我國5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計帶來一定參考幫助。

【關(guān)鍵詞】 5G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計 重要問題

當(dāng)下4G網(wǎng)絡(luò)快速擴(kuò)大的商用部署規(guī)模，進(jìn)一步體現(xiàn)出了移動互聯(lián)網(wǎng)對現(xiàn)代人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯挠绊懞椭匾浴Ｓ纱耍?G移動通信系統(tǒng)逐漸開始不斷研發(fā)和探索。由于香農(nóng)極限對頻譜效率提升空間的阻礙，再加上日漸稀缺的頻譜資源，國內(nèi)外業(yè)界逐漸開始認(rèn)識到想要實現(xiàn)5G需求，不但要突破當(dāng)下的空中接口技術(shù)，同時創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是其重要推動力。為了讓更快的速度、更低的時延、更多的連接以及更高效率的5G網(wǎng)絡(luò)愿望得以盡早實現(xiàn)，就必須全新設(shè)計現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)元功能形態(tài)。

一、集中和分布的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)問題

集中和分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一直以來都是業(yè)界人士所爭論的關(guān)鍵問題之一。在業(yè)界的應(yīng)用中二者也是此消彼長。以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)來講，從初始階段的C/S，然后到分布式的P2P應(yīng)用，最后又到云計算中心，從表面上來看發(fā)展思路都存在著很大差異，其實不然，其主要是因為業(yè)務(wù)發(fā)展和設(shè)備處理能力限制而引發(fā)的結(jié)果。以人為例，人體本身就是一個非常出色的集中控制以及分布式處理與感知的一個系統(tǒng)。人的大腦的主要作用在于處理和管理人體的各個器官及肢體所獲取到的信息。如果按以往的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計，因為設(shè)備處理能力限制的原因必須使用分布式處理方法，那么云計算技術(shù)的不斷創(chuàng)新，必將讓中心處理和優(yōu)化目標(biāo)的實現(xiàn)幾率得到進(jìn)一步提升。

Google最新項目“仙女座”所運(yùn)用的就是集中控制的方法，以此來服務(wù)于虛擬網(wǎng)絡(luò)。就目前而言，Google數(shù)據(jù)中心在全球已高達(dá)四十多個。Google的一位工程師曾指出：“已經(jīng)看到邏輯集中及分層的控制與分布式的數(shù)據(jù)面比全分布更優(yōu)”，并且還指出當(dāng)下已經(jīng)確定，借助于對集中管理方式的充分發(fā)揮，不再運(yùn)用傳統(tǒng)的分布式管理模式，構(gòu)建出一個具有高效率的系統(tǒng)[1]。Google的GFS數(shù)據(jù)處理平臺等諸多服務(wù)系統(tǒng)都是運(yùn)用的該理論。通過對IT公司的組網(wǎng)模式進(jìn)行分析和借鑒，無線網(wǎng)設(shè)計了一種全新的架構(gòu)，及集中式基帶池。通過研究氣元間的協(xié)作化能夠得出，越高集中程度的BBU，則具有更高的實施處理效率和更大的協(xié)作化增益，而且還能夠讓重疊覆蓋的干擾更加容易降低。此外，從傳輸?shù)慕嵌壬峡矗谐潭仍礁?，BBU則需要越高的傳輸成本需求。無線網(wǎng)是這樣，核心網(wǎng)的控制與轉(zhuǎn)發(fā)同樣也是這樣。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計，從本質(zhì)上來講就是計算、優(yōu)化以及傳輸成本的中間值。5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是選用集中式還是分布式，又是一何種程度，是當(dāng)下5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中必須要重點(diǎn)分析和研究的關(guān)鍵問題之一。

二、接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的界限

傳統(tǒng)移動網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要采用的模式是無線接入網(wǎng)+核心網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的總體演進(jìn)方向大都是趨向于簡化和扁平化。按照不同階段，接入網(wǎng)可劃分為2G、3G以及LTE；而核心網(wǎng)也能夠劃分為三個階段，分別為電路交換核心網(wǎng)、分組核心網(wǎng)以及IMS核心網(wǎng)。而從接入網(wǎng)的角度上來說，排除空中接口創(chuàng)新，其在不同階段的結(jié)構(gòu)更突顯扁平化，如LTE網(wǎng)絡(luò)中，通過融合Node B和RNC節(jié)點(diǎn)，衍生出來單一的eNode B節(jié)點(diǎn)[2]。核心網(wǎng)的變化進(jìn)程主要是從電路域→電路和分組域共存→分組域。但是直至今日，移動網(wǎng)絡(luò)鎖延續(xù)的一直都是分層架構(gòu)，即無線接入網(wǎng)+核心網(wǎng)。

而實際上網(wǎng)絡(luò)扁平化的探索過程中，已經(jīng)開始討論和分析接入網(wǎng)和核心網(wǎng)功能之間的結(jié)合，例如業(yè)界中以往所設(shè)計并實現(xiàn)了的“三合一”與“四合一”節(jié)點(diǎn)等。就目前的相關(guān)研究進(jìn)展而言，無線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)功能的有機(jī)結(jié)合趨勢越發(fā)明顯。核心網(wǎng)在IP化和扁平化的促使下，其功能逐漸開始和接入網(wǎng)相融合。本地IP接入及中繼等技術(shù)，已經(jīng)開始融合核心網(wǎng)絡(luò)的功能。以LIPA結(jié)構(gòu)來看，PGW功能逐漸在HeNB上得以實現(xiàn)，促使地址分配、路由的核心網(wǎng)功能有機(jī)結(jié)合無線接入功能的目的逐漸達(dá)到。集中化和虛擬化逐漸實現(xiàn)了接入網(wǎng)功能項核心域的轉(zhuǎn)移。而其上移的重要推動力無外乎集中處理、優(yōu)化需求等。以C-RAN為核心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基帶處理等計算工作，能夠在IT數(shù)據(jù)中心上實施，這也就實現(xiàn)了其與核心網(wǎng)控制面的計算資源共享目標(biāo)[3]。接入網(wǎng)及核心網(wǎng)在5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中應(yīng)該以怎樣的形式出現(xiàn)，或者說核心網(wǎng)是否還存在、其與接入網(wǎng)之間是否融合，這也是5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)急需進(jìn)行深入研究并解答的重要問題。

三、總結(jié)

總而言之，隨著5G技術(shù)研發(fā)和探索力度的不斷加強(qiáng)，作為整個系統(tǒng)中的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)必然會對5G技術(shù)研究帶來深遠(yuǎn)影響。就目前而言，5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計和探索依舊還處于起步階段，本文就其結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個問題進(jìn)行簡要探討，希望能夠為業(yè)界的研究帶來一定的幫助。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李暉，付玉龍.5G網(wǎng)絡(luò)安全問題分析與展望[J].無線電通信技術(shù)，2015，04：1-7.

[2]趙明宇，嚴(yán)學(xué)強(qiáng).SDN和NFV在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].移動通信，2015，14：64-68.

[3]王胡成，徐暉，程志密，王可.5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].電信科學(xué)，2015，09：156-162.