簡述5G移動網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)

張巍

摘 要 面對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)日趨多樣化、差異化的通信場景和業(yè)務(wù)需求，人們需要探討5G移動通信核心網(wǎng)架構(gòu)及移動性關(guān)鍵新技術(shù)，引入軟件靈活定義的去中心化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并提出網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)、5G切片中的高速通信技術(shù)，提升5G 移動網(wǎng)絡(luò)用戶體驗。

關(guān)鍵詞 5G移動網(wǎng)絡(luò);關(guān)鍵技術(shù);核心網(wǎng)

引言

5G時代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)了顛覆性的轉(zhuǎn)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(wǎng)絡(luò)特征。在5G時代，核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)具有關(guān)鍵性的價值與作用。面對日益復(fù)雜多元化的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求，要不斷優(yōu)化5G 移動網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，提出集中控制與分布控制相結(jié)合的移動性網(wǎng)絡(luò)管理體系，使其部署更加合理、靈活和高效。

15G移動網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)

1.1 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)

5G移動網(wǎng)絡(luò)中的NFV技術(shù)是重要的關(guān)鍵技術(shù)，主要涵蓋有以下內(nèi)容：

（1）網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化組件（NFVI）。由虛擬機和服務(wù)器等物理資源進行具體功能模塊的封裝和承載，進行數(shù)據(jù)的底層傳輸、存儲和計算的資源支撐。

（2）虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能（VNFs）。采用NFV軟件技術(shù)進行部署，具體執(zhí)行某一特定功能，諸如：域名解析系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、防火墻等。

（3）NFV編排管理。要合理確定所需的多個VNF的數(shù)量及連接關(guān)系，明晰多個VNF在服務(wù)鏈中的排列方式，并通過底層NFVI構(gòu)建服務(wù)鏈，較好地實現(xiàn)特定切片網(wǎng)絡(luò)的具體功能，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源的移動性管理[1]。

1.2 5G切片中的高速通信技術(shù)

（1）采用基于軟件OVS的虛擬機數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。可以基于Open Flow協(xié)議進行網(wǎng)絡(luò)控制層和數(shù)據(jù)層的通信標(biāo)準(zhǔn)，由控制層提供開放性接口，實現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡(luò)控制和管理，由開放高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的高效轉(zhuǎn)發(fā)。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(xiàn)良好的控制訪問、網(wǎng)絡(luò)隔離和流量監(jiān)控，其中：ovsdb是OVS的配置數(shù)據(jù)庫，用于存儲遠程控制模式下的配置信息，遠程調(diào)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的核心功能模塊，主要提取并匹配數(shù)據(jù)包關(guān)鍵字信息，負責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。由于基于軟件OVS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)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(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，通過FPGA開發(fā)板的以太網(wǎng)光接口和PCIe接口進行硬件轉(zhuǎn)發(fā)，其功能模塊主要包括有：①管理模塊。該模具具有對數(shù)據(jù)包與控制命令的區(qū)分功能，可以從控制層面經(jīng)PCIe到硬件轉(zhuǎn)發(fā)層面，對數(shù)據(jù)包和流表模塊命令等下行數(shù)據(jù)進行新的封裝和承載，從硬件轉(zhuǎn)發(fā)層面經(jīng)PCIe到控制層面，對上行數(shù)據(jù)進行信息讀取和發(fā)送。②預(yù)處理模塊。主要實現(xiàn)對數(shù)據(jù)包類型的區(qū)分，提取不同數(shù)據(jù)包的關(guān)鍵字信息，并將其發(fā)送給流表模塊，將原始數(shù)據(jù)緩存于RAM之中，具體處理流程為：數(shù)據(jù)包類型偵測——關(guān)鍵字提取。③流表模塊。主要實現(xiàn)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(guān)鍵字進行流表項匹配，較好地優(yōu)化流表結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)的字段修改、丟棄、轉(zhuǎn)發(fā)等。⑤發(fā)送模塊。主要是將操作模塊修改的數(shù)據(jù)包發(fā)送至對應(yīng)的端口。⑥PCIe數(shù)據(jù)分發(fā)模塊。該模塊主要實現(xiàn)回復(fù)命令和數(shù)據(jù)的區(qū)分，并通過PCIe接口進行數(shù)據(jù)信息的上發(fā)，能夠?qū)?shù)據(jù)進行優(yōu)先級選擇，使之進入到PCIe通道的隊列之中，進行數(shù)據(jù)信息的傳輸。

（3）硬件OVS在5G移動網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。為了解決覆蓋多應(yīng)用場景、多業(yè)務(wù)需求，可以采用硬件OVS降低數(shù)據(jù)包在虛擬機之間的轉(zhuǎn)發(fā)時延，實現(xiàn)硬件轉(zhuǎn)發(fā)層面的流表控制、流表緩存和驅(qū)動管理，可以將硬件OVS嵌入到5G移動網(wǎng)絡(luò)的DU處，實現(xiàn)5G前傳網(wǎng)絡(luò)接入流量在切片內(nèi)多個虛擬機的疏導(dǎo)和傳送。也可以將硬件OVS嵌入到5G移動網(wǎng)絡(luò)的CU處，合理區(qū)分不同類型的業(yè)務(wù)，實現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的定制化處理，有效提升CU中虛擬機之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)效率[2]。

25G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G核心網(wǎng)采用控制轉(zhuǎn)發(fā)分離架構(gòu)，同時實現(xiàn)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(shù)直接作用于會話中的不同流。通過不同的用戶面網(wǎng)元可同時建立多個不同的會話并由多個控制面網(wǎng)元同時管理，實現(xiàn)本地分流和遠端流量的并行操作，5G的核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為兩種架構(gòu)呈現(xiàn)，即參考點方式呈現(xiàn)和服務(wù)化架構(gòu)方式呈現(xiàn)。服務(wù)化架構(gòu)是在控制面采用API能力開放形式進行信令的傳輸，在傳統(tǒng)的信令流程中，很多的消息在不同的流程中都會出現(xiàn)，將相同或相似的消息提取出來以API能力調(diào)用的形式封裝起來，供其他網(wǎng)元進行訪問，服務(wù)化架構(gòu)將摒棄隧道建立的模式，傾向于采用HTTP協(xié)議完成信令交互。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)借鑒IT系統(tǒng)服務(wù)化和微服務(wù)化架構(gòu)的成功經(jīng)驗，通過模塊化實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能間的解耦和整合，解耦后的網(wǎng)絡(luò)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(wù)化接口，同一種服務(wù)可以被多種NF調(diào)用，降低NF之間接口定義的耦合度，最終實現(xiàn)整網(wǎng)功能的按需定制，靈活支持不同的業(yè)務(wù)場景和需求[3]。

3結(jié)束語

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新與進步，想要促進社會經(jīng)濟長久穩(wěn)定發(fā)展就需要跟進時代步伐，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)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(shù)的發(fā)展與應(yīng)用上，需要技術(shù)人員不斷完善和改進5G移動通信技術(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)安全性和穩(wěn)定性，提高網(wǎng)絡(luò)信息傳輸速率和處理效果，更好地改善人民生活質(zhì)量，進一步提升社會整體經(jīng)濟發(fā)展水平。

參考文獻

[1] 許志虎.5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)[J].電子技術(shù)與軟件工程，2018，（17）：10.

[2] 許碧洲，路遙，高立劍.關(guān)于5G移動網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)的幾點思考[J].中國新通信，2017，19（18）：8.

[3] 焦金濤.5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)研究[J].中國新通信，2017，19（16）：9.