探究5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)

劉存良 陸旻軒

【摘 要】這個(gè)時(shí)代，被稱之為信息時(shí)代，隨著網(wǎng)絡(luò)的興起、科技的發(fā)展、手機(jī)電腦等終端的普及，信息的流通變的簡單、準(zhǔn)確、快捷。而5G網(wǎng)絡(luò)不僅僅代表著人類科技的高度進(jìn)步，還以傳輸速度快、信息容量大的優(yōu)點(diǎn)完勝現(xiàn)有的3G、4G網(wǎng)絡(luò)，可以預(yù)見，在未來的世界中，5G網(wǎng)絡(luò)一定是社會(huì)的主流，在本研究中，我們將探究5G網(wǎng)絡(luò)及其核心網(wǎng)的架構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】5G；核心網(wǎng)架構(gòu)；探究

引用

隨著3G、4G網(wǎng)絡(luò)的普及，人們漸漸的體會(huì)到了網(wǎng)絡(luò)通信的便利，由此5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的開發(fā)業(yè)被提上日程，5G網(wǎng)絡(luò)能給人帶來更多的便利，其概念的產(chǎn)生不僅僅只是一個(gè)空話，而是被業(yè)界所認(rèn)可的、新的無線通信概念，對于現(xiàn)代的人們來說已經(jīng)不再僅僅滿足于更加快速的通信，而是追求智能的網(wǎng)絡(luò)通信。人們堅(jiān)信這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)真的“無線的世界”，即人們無論在何種的環(huán)境下都能夠體驗(yàn)近乎靜止的通信，如果實(shí)現(xiàn)了這個(gè)目標(biāo)，無論是對于人類的通信或其他領(lǐng)域都將是質(zhì)的飛越。

一、5G核心網(wǎng)架構(gòu)的概念、設(shè)計(jì)及核心網(wǎng)的服務(wù)化架構(gòu)

1.1 5G核心網(wǎng)架構(gòu)的概念

5G核心網(wǎng)全稱是第五代通信系統(tǒng)。我國是在2012年的時(shí)候提出的。目前，5G核心網(wǎng)的概念已經(jīng)得到了業(yè)界的一致認(rèn)可。在杭州結(jié)束的國際移動(dòng)通信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP專業(yè)會(huì)議上，3GPP正式確認(rèn)5G核心網(wǎng)架構(gòu)采用中國移動(dòng)牽頭并聯(lián)合26家公司提出的SBA架構(gòu)（Service-based architecture基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)）作為統(tǒng)一基礎(chǔ)架構(gòu)。SBA采用“服務(wù)”來設(shè)計(jì)移動(dòng)通的網(wǎng)元及主要功能，以“服務(wù)調(diào)用”取代傳統(tǒng)的信令交流。這種設(shè)計(jì)有助于網(wǎng)絡(luò)快速升級、提升資源利用率、加速新能力引入、便于網(wǎng)內(nèi)和網(wǎng)外的能力開放，使得5G系統(tǒng)從架構(gòu)上全面云化，利用快速擴(kuò)縮容。

1.2 5G核心網(wǎng)架構(gòu)的設(shè)計(jì)

5G系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目的名稱為R15“5G System Architecture”，簡稱5GS，是整個(gè)5G設(shè)計(jì)的第一個(gè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，也是事關(guān)5G全系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)性標(biāo)準(zhǔn)。5G整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括頂層設(shè)計(jì)、無線網(wǎng)設(shè)計(jì)、核心網(wǎng)設(shè)計(jì)等方面，5G系統(tǒng)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目主要是進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)和核心網(wǎng)設(shè)計(jì)，而架構(gòu)和核心網(wǎng)的設(shè)計(jì)對5G網(wǎng)絡(luò)管理運(yùn)營至關(guān)重要，對運(yùn)營商及整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈來說也有著非常重要的意義。同時(shí)，項(xiàng)目將對5G系統(tǒng)架構(gòu)、功能、接口關(guān)系、流程、漫游、與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)共存關(guān)系等進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，也是從系統(tǒng)設(shè)計(jì)和端到端角度對5G進(jìn)行定義和規(guī)范，基本確定了5G網(wǎng)絡(luò)的面貌、組網(wǎng)形態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要遵守三大設(shè)計(jì)原則，首先是從剛性到軟性，就是從固定網(wǎng)絡(luò)（網(wǎng)元、固定連接、固定部署）到動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)（動(dòng)態(tài)部署、配置、靈活連接），網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化、網(wǎng)絡(luò)功能的解耦和服務(wù)化，是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)IP化、互聯(lián)網(wǎng)化，就是實(shí)現(xiàn)與IT網(wǎng)絡(luò)互通融合，引入互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)，最后是集中化智能和分布化處理，集中化智能-功能集中優(yōu)化，為垂直行業(yè)提供個(gè)性化增值服務(wù)，并分布化處理-移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)功能靠近用戶，提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量，降低時(shí)延。以SDN/NFV技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)云化，加上微服務(wù)設(shè)計(jì)，這意味著5G網(wǎng)絡(luò)真正走向開放化、服務(wù)化、軟件化方向，有利于實(shí)現(xiàn)5G與垂直行業(yè)融合發(fā)展。某知名行業(yè)自媒體評論，5G網(wǎng)絡(luò)以NFV/SDN這個(gè)“形”作為平臺基礎(chǔ)，加上服務(wù)化的“神”實(shí)現(xiàn)5G能力，將真正“形神兼?zhèn)洹薄?/p>

1.3 5G核心網(wǎng)的服務(wù)化架構(gòu)

5G核心網(wǎng)的服務(wù)化架構(gòu)是5G時(shí)代在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面的一個(gè)重大變革，具備靈活可編排、解耦、開放等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所無法比擬的優(yōu)點(diǎn)，是5G時(shí)代迅速滿足垂直行業(yè)需求的一個(gè)重要手段。基于服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)借鑒IT領(lǐng)域的“微服務(wù)”設(shè)計(jì)理念，將網(wǎng)絡(luò)功能定義為多個(gè)相對獨(dú)立可被靈活調(diào)用的服務(wù)模塊?；诖耍\(yùn)營商可以按照業(yè)務(wù)需求進(jìn)行靈活定制組網(wǎng)，使得5G網(wǎng)絡(luò)真正面向云化（CloudNative）設(shè)計(jì)，具備多方面優(yōu)點(diǎn)，如便于網(wǎng)絡(luò)快速升級、提升網(wǎng)絡(luò)資源利用率、加速網(wǎng)絡(luò)新能力引入，以及在授權(quán)的情況下開放給第三方等。

二、5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所遇到的問題

在通往5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵道路上并不是一帆風(fēng)順的，其中還有許多的問題等待著我們的解決。首當(dāng)其沖的便是終端問題，雖然現(xiàn)在的手機(jī)、電腦等的發(fā)展非常好，技術(shù)異常發(fā)達(dá)，但如果應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)、資料的傳輸，手機(jī)及電腦的芯片的處理速度非常可能跟不上數(shù)據(jù)的傳輸量，因此終端問題的解決勢在必行；如果要實(shí)現(xiàn)正真的5G時(shí)代，基站的改變不可避免，因?yàn)橐獫M足人們隨時(shí)隨地都可以進(jìn)行通信的目標(biāo)，基站的設(shè)計(jì)必須是小型化、功能強(qiáng)大多樣化的，小型化的基站可以保證安裝在任何場景，并能與周圍的環(huán)境融為一體，像變色龍一樣，這樣設(shè)計(jì)可以在不影響環(huán)境美觀的情況下為用戶提供方便，滿足了人們的需求，但在現(xiàn)階段由于現(xiàn)在使用的是EPC網(wǎng)絡(luò)，而EPC網(wǎng)絡(luò)使用的是固定網(wǎng)元P-GW作為分層結(jié)構(gòu)，不能夠滿足5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸需求，這會(huì)很大的影響5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸速度，因此這項(xiàng)技術(shù)也需要改進(jìn)；上面我們已經(jīng)說到了關(guān)于5G終端、5G傳輸過程中出現(xiàn)的問題，接下來就是我們在5G的控制方面所遇到的難題，集中或者分布的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架一直是研究者互相爭論的焦點(diǎn)，兩方的觀點(diǎn)也是各有各的道理，從互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的歷史來看，首先是C/S分布，之后是P2P應(yīng)用，最后是現(xiàn)在的云計(jì)算中心，這些不同時(shí)代的或集中式或分布式的構(gòu)架各有各的優(yōu)點(diǎn)，也各自有各自的局限性，以我們古代的國家為例，實(shí)行的是中央集權(quán)制度，卻也出現(xiàn)了大唐盛世，而在西方，實(shí)行的是分布式管理，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也是良好的。由此可見，兩種管理制度的選擇非常困難，而我們則是要做出這道艱難的選擇題。

三、解決5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)問題的建議

提到了一些實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)所出現(xiàn)的問題，在這里我們將提出解決這些問題的建議，首先在終端的芯片的處理功能不足的情況下，我們可以使用納米技術(shù)制作芯片，因?yàn)榧{米非常的微小，將其用在制作芯片上，即使芯片非常的小納米技術(shù)也會(huì)有非常大的操作空間，它將會(huì)賦予芯片超高的精度、復(fù)雜程度及完善的功能，所以納米技術(shù)絕對是制作芯片的不二選擇；其次在5G的傳輸過程中，我們可以引入扁平化的IP架構(gòu)，扁平化的IP構(gòu)架是以業(yè)務(wù)量為依據(jù)，打破行政區(qū)域，實(shí)現(xiàn)跨省匯聚，減少匯聚節(jié)點(diǎn)，減少匯聚層次；在核心節(jié)點(diǎn)、匯接節(jié)點(diǎn)和邊緣節(jié)點(diǎn)重疊的節(jié)點(diǎn)，內(nèi)部簡化為一個(gè)層次；根據(jù)業(yè)務(wù)量，任何邊緣節(jié)點(diǎn)可以直接連接核心節(jié)點(diǎn)，匯聚節(jié)點(diǎn)跨省直聯(lián)，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的IP化。這種架構(gòu)的轉(zhuǎn)變會(huì)減少數(shù)據(jù)通道中的網(wǎng)元數(shù)量，進(jìn)而將信息的傳輸?shù)膿p耗降到最低，非常的有利于5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建設(shè)；而對于集中或分布的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架選擇而言，本文更加傾向于選擇集中式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，因?yàn)楝F(xiàn)在云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展使得計(jì)算機(jī)的運(yùn)算變得更加的精準(zhǔn)迅速，集中式的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架更加有利于數(shù)據(jù)的處理，相當(dāng)于統(tǒng)一的思想接管分布式的“小構(gòu)架”，這與我們的人體結(jié)構(gòu)十分相像，相信這種構(gòu)架的選擇一定會(huì)為未來的5G網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展鋪平道路，會(huì)對數(shù)據(jù)的迅速處理、收集、分類有十分大的幫助。

結(jié)束語

總而言之，對5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)和核心網(wǎng)架構(gòu)的研究分析，就能有助于促進(jìn)實(shí)際技術(shù)的研發(fā)。隨著人們對移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用要求不斷提高下，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將會(huì)成為未來技術(shù)應(yīng)用的趨勢，從而大大提高人們的通信效率，在數(shù)據(jù)的處理上能實(shí)現(xiàn)高效化目標(biāo)。希冀能借助此次理論研究，有助于促進(jìn)5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]刁玉邦.基于光纖傳送網(wǎng)的5G移動(dòng)通信前傳關(guān)鍵技術(shù) 2017.4

[2]孫斌.5G移動(dòng)通信技術(shù)及發(fā)展探究 2017.2

[3]崔中海.5G移動(dòng)通信技術(shù)及發(fā)展趨勢的探究2016.7

（作者身份證號碼：341222198402198473）C4EF2EAE-9B9C-4D9F-83CA-33146630D6F4