面向5G/B5G 的智能云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)探討

唐 路

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 638500）

0 引 言

相較于前一代通信技術(shù)，5G 系統(tǒng)和B5G 系統(tǒng)在通信能力、端到端時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)能效、連接密度以及頻譜等方面都具有質(zhì)的飛越，不僅能夠?yàn)橛脩籼峁┐罅康慕尤攵丝冢移浜诵木W(wǎng)的接入速率高達(dá)10～100 Gb/s， 這大大提高了用戶的服務(wù)體驗(yàn)。當(dāng)前，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的阻礙主要存在于移動(dòng)回傳和廣域傳輸寬帶速率上，并且隨著接入的終端設(shè)備數(shù)量逐漸增多，互聯(lián)網(wǎng)云端將迎來(lái)不小的壓力。為了有效改善互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展困境，可以在5G/B5G 的基礎(chǔ)上，構(gòu)建相應(yīng)的智能云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以此滿足不同場(chǎng)景中的差異化網(wǎng)絡(luò)需求，進(jìn)而促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展[1]。

1 5G/B5G 核心關(guān)鍵技術(shù)

1.1 邊緣計(jì)算

通過(guò)將ESTI 技術(shù)有效的運(yùn)用于互聯(lián)網(wǎng)通信工作中，能夠?qū)ζ溥吘売?jì)算能力進(jìn)行充分的擴(kuò)展運(yùn)用，進(jìn)而能夠形成多接入的邊緣計(jì)算。在計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的邊緣計(jì)算能力輔助下，在同一時(shí)間能夠穩(wěn)定接入更多的無(wú)線接入設(shè)備，有助于促進(jìn)時(shí)延、寬帶以及無(wú)線實(shí)時(shí)訪問(wèn)質(zhì)量的不斷改善，在業(yè)務(wù)下沉的同時(shí)還能進(jìn)一步提高互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量。隨著邊緣計(jì)算應(yīng)用程度的不斷加深，其能夠作為媒介，將移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行更深層次的融合，這就能夠?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)帶來(lái)相應(yīng)的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，進(jìn)而促進(jìn)云網(wǎng)融合的不斷發(fā)展。

1.2 SDN 與NFV

SDN 是軟件定義網(wǎng)絡(luò)的簡(jiǎn)稱，其是在互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過(guò)程中形成的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，能夠大大降低網(wǎng)絡(luò)流量的控制難度，并且還能在一定程度上提高網(wǎng)絡(luò)的智能化程度。通過(guò)將SDN 有效的運(yùn)用于互聯(lián)網(wǎng)中，能夠?yàn)橛脩籼峁└叨褥`活的編程環(huán)境，有助于用戶主觀能動(dòng)性的充分發(fā)揮，進(jìn)而提高了軟件的編程質(zhì)量，并且外部軟件的定義網(wǎng)絡(luò)也具有更大的自由度，有利于外部網(wǎng)絡(luò)全面發(fā)展。

NFV 是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的簡(jiǎn)稱，其通過(guò)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)虛擬化技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)全面的應(yīng)用，大大擴(kuò)展了網(wǎng)絡(luò)功能的應(yīng)用范圍。NFV 能夠?yàn)橛脩籼峁┩耆?dú)立于硬件的網(wǎng)絡(luò)組件，為了確保網(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)功能的順利實(shí)現(xiàn)，就要確保相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)組件始終處于良好的工作狀態(tài)中。隨著SDN 和NFV 技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用的不斷深入，促進(jìn)了軟件、虛擬化技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)三者之間的不斷融合，基礎(chǔ)設(shè)施所提供的功能逐漸增多，網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用范圍也逐漸增大。

1.3 其他關(guān)鍵技術(shù)

作為5G 移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)——毫米波，其具有巨大的頻譜資源開(kāi)發(fā)空間和極高的無(wú)線傳輸速率，能夠?yàn)?G 技術(shù)的順利實(shí)現(xiàn)提供良好的基礎(chǔ)。根據(jù)3GPP38.101 協(xié)議中的相關(guān)規(guī)定，在5G 技術(shù)中所采用的毫米波頻率介于24.25～52.6 GHz，能夠在一定程度上擴(kuò)大5G 技術(shù)的應(yīng)用范圍。通過(guò)借助毫米波充足的頻段范圍，有助于促進(jìn)無(wú)線接入速率的不斷提高，其最高的接入速率能夠達(dá)到10 Gb/s，這就能夠大大提高用戶的服務(wù)質(zhì)量。但是毫米波也具有其自身的局限性。相較于低頻段的通信技術(shù)，毫米波在傳輸過(guò)程中的損耗非常高，這就會(huì)造成嚴(yán)重的浪費(fèi)，也大大限制了毫米波的通信距離，導(dǎo)致其難以在長(zhǎng)距離通信中得到有效運(yùn)用。

在毫米波技術(shù)之后，太赫茲通信技術(shù)正在逐漸獲得應(yīng)用，其將在B5G 通信中獲得廣泛的應(yīng)用。相較于毫米波，太赫茲的整體性能有明顯的提升，尤其是在帶寬和傳輸速率上都有了質(zhì)的飛躍，其接入速度高達(dá)100 Gb/s，能夠滿足用戶對(duì)于速度的要求。這就大大改善了用戶體驗(yàn)，提高了服務(wù)質(zhì)量。太赫茲作為載波應(yīng)用于無(wú)線通信技術(shù)中，已經(jīng)成為5G/B5G 技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)于未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 面向5G/B5G 的智能云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 智能云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)架構(gòu)已經(jīng)無(wú)法滿足5G/B5G 的發(fā)展要求，因此就要對(duì)網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)架構(gòu)進(jìn)行改善。需結(jié)合5G/B5G 的發(fā)展特點(diǎn)，構(gòu)建智能云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，進(jìn)而確保網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展。在網(wǎng)絡(luò)5.0 創(chuàng)新協(xié)議架構(gòu)的基礎(chǔ)上，形成的一種新型智能云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，能夠結(jié)合當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)的接入特點(diǎn)，進(jìn)而加快其接入速度。智能云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1 所示[2]。

圖1 面向5G/B5G 的智能云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

智能云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)能夠通過(guò)云端服務(wù)的微服務(wù)化與動(dòng)態(tài)下沉以及訪問(wèn)請(qǐng)求的多元尋址與智能路由，進(jìn)而在更深的層次進(jìn)行云網(wǎng)融合，為5G/B5G 各項(xiàng)功能的充分挖掘提供良好的基礎(chǔ)。

（1）網(wǎng)絡(luò)能力云化

作為實(shí)現(xiàn)智能云化網(wǎng)絡(luò)的重要基礎(chǔ)——網(wǎng)絡(luò)能力云化，在構(gòu)建智能云化網(wǎng)絡(luò)的過(guò)程中需要引起充分的關(guān)注。在虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)上，通過(guò)將IT 和CT 技術(shù)進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，能夠形成多種不同形式的計(jì)算方式，這就大大提高了智能云化網(wǎng)絡(luò)的適用范圍，再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的計(jì)算和存儲(chǔ)能力，進(jìn)而能夠?yàn)橛脩籼峁﹥?yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

（2）云服務(wù)原子化

云服務(wù)原子化是指將當(dāng)前的云服務(wù)按照其運(yùn)行特點(diǎn)的不同劃分為若干個(gè)部分，即所謂的原子化拆分，這就能夠大大提高不同部分的工作效率。所劃分的原子部分主要是由動(dòng)態(tài)組合和微服務(wù)單元按照一定的結(jié)構(gòu)形式組合而成的，每個(gè)部分的組成數(shù)量根據(jù)其功能的不同而有所差別。通過(guò)劃分能夠大大降低云網(wǎng)絡(luò)的管理難度，為云網(wǎng)絡(luò)的安全平穩(wěn)運(yùn)行提供了可靠保障。然后按照等級(jí)和顆粒度對(duì)其進(jìn)行封裝，進(jìn)而能夠在不同的云化智能網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中將上述的微服務(wù)部署和運(yùn)行。

（3）服務(wù)動(dòng)態(tài)下沉

通過(guò)對(duì)終端發(fā)來(lái)的服務(wù)請(qǐng)求進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析研究，就能將微服務(wù)單元由云端動(dòng)態(tài)下沉至智能云化網(wǎng)絡(luò)中具備服務(wù)能力的智能節(jié)點(diǎn)。微服務(wù)單元能夠通過(guò)協(xié)同的服務(wù)方式，并結(jié)合終端的服務(wù)請(qǐng)求，提供相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)，這就能夠大大擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)范圍。

2.2 基于網(wǎng)絡(luò)5.0 協(xié)議架構(gòu)實(shí)現(xiàn)智能云化網(wǎng)絡(luò)

網(wǎng)絡(luò)5.0 協(xié)議架構(gòu)中采用了大量的創(chuàng)新服務(wù)，其能夠?yàn)橹悄茉苹W(wǎng)絡(luò)各項(xiàng)功能的順利實(shí)現(xiàn)提供良好的基礎(chǔ)。首先，借助NewIP 所提供的拓展協(xié)議報(bào)文功能，能夠?qū)oS 的相關(guān)需求進(jìn)行更加全面的表達(dá)；其次，通過(guò)NewIP 所提供的多元尋址服務(wù)，能夠?qū)崿F(xiàn)面向服務(wù)尋址的功能，5.0 網(wǎng)絡(luò)所提供的多元尋址和控制技術(shù)能夠?qū)⑽⒎?wù)命名為與其相關(guān)的ID，再利用服務(wù)宣告方式，對(duì)微服務(wù)的具體位置進(jìn)行明確的標(biāo)定；最后，在面向服務(wù)路由技術(shù)的基礎(chǔ)上，能夠在一定程度上提高路由的智能化程度，即通過(guò)對(duì)微服務(wù)的具體位置和其相關(guān)的NewIP 報(bào)文中的應(yīng)用請(qǐng)求進(jìn)行系統(tǒng)全面的分析研究，進(jìn)而為數(shù)據(jù)報(bào)文設(shè)計(jì)一條通往智能節(jié)點(diǎn)的最佳路由，同時(shí)還能夠結(jié)合應(yīng)用的相關(guān)需求，對(duì)其采取有針對(duì)性的靜態(tài)保障或動(dòng)態(tài)優(yōu)化。

2.3 智能云化網(wǎng)絡(luò)支撐互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展新需求

智能云化網(wǎng)絡(luò)在架構(gòu)的層面上實(shí)現(xiàn)了云網(wǎng)的深層次融合，這就大大縮短了服務(wù)與終端之間的距離，并且還能有效引導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)中的相關(guān)服務(wù)節(jié)點(diǎn)和云端滿足終端所的應(yīng)用請(qǐng)求。該架構(gòu)還能為5G/B5G 各項(xiàng)功能的充分發(fā)揮提供良好基礎(chǔ)，并消除移動(dòng)接入網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)骨干之間的差距，促進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展[3]。

（1）滿足超高帶寬數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?/p>

通過(guò)聚合網(wǎng)絡(luò)中眾多智能節(jié)點(diǎn)的服務(wù)能力，進(jìn)而能夠顯著提高帶寬的數(shù)據(jù)傳輸能力，有助于5G/B5G 超高帶寬能力的充分發(fā)揮。

（2）滿足低時(shí)延服務(wù)響應(yīng)的需求

智能云化網(wǎng)絡(luò)通過(guò)將服務(wù)下沉到終端附近的位置處，再結(jié)合應(yīng)用的具體需求提供確定性時(shí)延的保障。這就能夠大大縮短訪問(wèn)距離，將無(wú)線接入側(cè)5G/B5G 的低時(shí)延特性在互聯(lián)網(wǎng)中順利實(shí)現(xiàn)。

（3）滿足海量終端接入管理的需求

智能云化網(wǎng)絡(luò)所提供的智能節(jié)點(diǎn)能夠在網(wǎng)絡(luò)邊緣對(duì)區(qū)域內(nèi)的大量終端應(yīng)用連接進(jìn)行系統(tǒng)全面的聚合，只需要與云端保持少量的連接，就能完成大量應(yīng)用信息順利傳輸。

3 結(jié) 論

通過(guò)將智能云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有效的運(yùn)用于5G/B5G 的發(fā)展過(guò)程中，能夠滿足后者對(duì)于帶寬和傳輸速率的要求，有助于充分發(fā)揮5G/B5G 的各項(xiàng)功能，進(jìn)而為用戶提供高質(zhì)量的通信服務(wù)。