網(wǎng)絡新技術及核心網(wǎng)架構研究

徐婷婷

（河南交通技師學院，河南 駐馬店 463000）

0 引 言

5G時代網(wǎng)絡架構顛覆了傳統(tǒng)的網(wǎng)絡架構，5G通信是一種人和物、物和物之間的通信，具有大連接、低延遲、高效率以及高速度等優(yōu)點。在5G時代，核心網(wǎng)網(wǎng)絡具有關鍵性作用。近年來，人們的生活水平不斷提升，網(wǎng)絡通信需求愈加復雜。在這種情況下，只有不斷創(chuàng)新5G移動網(wǎng)絡的關鍵技術、優(yōu)化核心網(wǎng)絡架構以及加強集中控制與分布控制管理相結合的移動性網(wǎng)絡管理體系，才能使整體部署更加合理、靈活以及高效。

1 5G移動網(wǎng)絡的概念

5G網(wǎng)絡是我國目前最新的蜂窩移動通信技術。社會經(jīng)濟不斷發(fā)展的過程中，人們對移動網(wǎng)絡的要求越來越高，使得傳統(tǒng)的4G技術無法滿足人們的通信需求。因此，5G通信技術應運而生，且成為當前最重要的通信技術。和4G網(wǎng)絡技術相比，5G網(wǎng)絡通信技術具有多重優(yōu)勢。首先，5G網(wǎng)絡通信技術的數(shù)據(jù)傳輸速率較快，比4G傳輸速率快100倍左右。其次，降低了延遲率，擴大了系統(tǒng)容量。5G通信技術應用了低頻短距離接入技術，可以有效擴大頻率范圍，提升頻譜利用率，為用戶提供更優(yōu)質的通信服務。同時，對于一些使用密度相對較高的用戶，它多采用高階MIMO技術，并利用D20設備的終端和基站同步連接通信，以有效保障網(wǎng)絡通信的安全性。5G通信技術中的SDN是利用中心控制器對軟件進行控制，且將路由器從控制軟件中抽出一部分，以優(yōu)化網(wǎng)絡控制流程，增強網(wǎng)絡控制的靈敏性，從而有效控制網(wǎng)絡。再次，5G通信技術具有虛擬功能，可以對網(wǎng)絡硬件進行虛擬模仿，有利于降低網(wǎng)絡損耗，提高網(wǎng)絡資源的利用效率，擴大系統(tǒng)空間，減少信號干擾，增強移動信號。最后，過去移動通信技術一直應用FDD和TDD等技術，只能夠單獨接收信號和發(fā)射信號，存在一定的限制性，而5G網(wǎng)絡技術可以同時為不同的用戶提供網(wǎng)絡資源并接收資源?？偟膩碚f，5G網(wǎng)絡通信技術在數(shù)據(jù)傳輸速率和資源利用率等各個方面都具有較大的優(yōu)勢，可以改善用戶體驗[1]。

2 5G移動網(wǎng)絡新技術

2.1 云技術

作為5G移動網(wǎng)絡研發(fā)過程中的重要研究對象，云技術是一種不可或缺的通信技術，由多項技術構成。它現(xiàn)已發(fā)展成為大數(shù)據(jù)應用和跨區(qū)服務的主要解決方案，具有虛擬化、大規(guī)模以及空間性等特征，提高了網(wǎng)絡通信技術的安全性[2]。云技術是一種資源管理技術，具有多重優(yōu)勢，如成本相對較低但價值高，有利于節(jié)約資源并為用戶提供便利，可以為研發(fā)者和消費者提供更多便利。對于研發(fā)者來說，利用微型計算機代替超級電腦進行研發(fā)，不僅可以節(jié)約時間，降低成本，還可以同時進行不同軟件的開發(fā)，具有重要意義[2]。對于消費者來說，云空間可以為用戶提供大量的存儲空間，提高存儲效率，幫助消費者節(jié)約時間。同時，云計算可以進行專業(yè)管理，有利于減輕管理人員的工作壓力，節(jié)約管理人員的時間。對于國家發(fā)展來說，云技術的產(chǎn)生與發(fā)展代表著國家軟實力的提升。國家可以利用云技術與大數(shù)據(jù)優(yōu)化人民檔案管理，加強對民生問題的關注。因此，云技術未來會成為一種發(fā)展趨勢，也會廣泛出現(xiàn)在各個領域。從實際情況來看，云技術仍然處于發(fā)展階段，還存在諸多問題，需要加大研發(fā)力度，不斷進行優(yōu)化。

2.2 網(wǎng)絡虛擬技術

網(wǎng)絡功能虛擬化（Network Functions Virtualization，NFV）是5G網(wǎng)絡通信技術中的重點，包括很多內容。第一，NFVI即網(wǎng)絡功能虛擬化組件，由虛擬機和服務器等硬件設施承載功能模塊進行數(shù)據(jù)資源的傳輸和處理。第二，VNFS即虛擬化網(wǎng)絡功能需要利用NFV技術進行功能的部署和執(zhí)行，如防火墻和IP地址轉換系統(tǒng)等。第三，NFV編排管理。5G網(wǎng)絡通信技術中含有很多NFV，需要明確NFV的具體數(shù)量及其之間的連接關系和排列方式，之后需要通過底層的NFVI構建服務鏈，從而充分發(fā)揮網(wǎng)絡的各種功能，對網(wǎng)絡資源進行移動管理[3]。

2.3 UFP硬件加速技術

UPF硬件加速技術的應用主要體現(xiàn)在5G核心網(wǎng)的用戶界面功能上，可以進行系統(tǒng)內外移動性錨點，還可以將流量路由轉發(fā)到數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上。UPF技術應用中，UE會將上行鏈路用戶的數(shù)據(jù)發(fā)出，并通過無線信道傳輸?shù)交旧??；緯⒂脩舻臄?shù)據(jù)進行封裝并傳輸至GTP-U報文中，并通過N3接口發(fā)送至UPF。這種情況下，UPF可以從GTP-U中獲得從UE發(fā)出的用戶數(shù)據(jù)，之后通過N6將數(shù)據(jù)發(fā)送到DN。下行鏈路則與之相反。為了有效控制和管理用戶數(shù)據(jù)，UPF不僅可以為與網(wǎng)絡連接的外部PDU會話點提供支持，還可以檢查數(shù)據(jù)包并為用戶平面的策略實施和上行鏈路分類器提供支持[4]。

3 5G網(wǎng)絡安全問題

3.1 終端安全

5G技術不僅作用于手機電腦上，還能應用于一切互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡設備，因此會導致出現(xiàn)某些安全問題?；ヂ?lián)網(wǎng)智能終端的使用無法避免人為攻擊、設備漏洞以及病毒等問題。如今，各種智能場景都需要實名認證，以便獲得更加周到和量身定制的服務，但導致存在的相關問題。例如，惡意攻擊者可以利用非法軟件進行入侵，從而進行收集個人信息、篡改用戶隱私信息以及非法傳播不良信息等活動。

3.2 網(wǎng)絡安全

5G網(wǎng)絡通信技術中應用了軟件定義網(wǎng)絡（Software Defined Network，SDN）和網(wǎng)絡功能虛擬化等技術，實現(xiàn)了網(wǎng)元的虛擬化。這樣網(wǎng)絡功能不會過于依賴硬件資源，實現(xiàn)了資源的靈活共享，且可以向第三方開放一些管理運維功能。但是，對虛擬網(wǎng)元邏輯組成進行網(wǎng)絡切片的方式存在一些問題，為一些惡意攻擊者提供了機會。惡意攻擊者能夠利用漏洞攻擊網(wǎng)絡系統(tǒng)，如進行干擾、竊聽甚至阻斷等，嚴重影響了5G網(wǎng)絡的正常運行[5]。

4 網(wǎng)絡安全保護策略

4.1 安全保障技術

現(xiàn)在人們對信息的安全性和保密性的要求越來越高。5G網(wǎng)絡通信技術中不僅包括網(wǎng)絡虛擬技術等關鍵技術，也包括安全保障技術。安全保障技術的應用可以在一定程度上保障5G網(wǎng)絡運行的安全性，但是5G網(wǎng)絡發(fā)展過程中仍然存在一些不可忽視的安全問題，因此需要合理應用安全保障技術。應用該技術時，需要在傳輸層和網(wǎng)絡層上科學應用加密技術，使信息在接收之前不能解密，以保障信息傳輸?shù)陌踩?，確保在傳輸過程中系統(tǒng)內部不會被攻擊，更不會出現(xiàn)信息泄露等問題。操作過程中，不僅需要聯(lián)合管理同一物體的身份和賬號等信息，還需要增強操作的安全性，構建專業(yè)的密鑰管理系統(tǒng)，加強對控制層的保護，從而為5G的未來發(fā)展提供支持[6]。

4.2 市場監(jiān)管

大量專業(yè)人員通過市場監(jiān)管方式為普通人提供可信且透明的網(wǎng)絡服務。該方式能夠在第一時間有效傳輸相關的信息，防止信息在使用過程中出現(xiàn)丟失和盜竊的現(xiàn)象，提高了信息的辨識度和網(wǎng)絡的安全性，從而保護網(wǎng)絡環(huán)境。

5 5G移動網(wǎng)絡核心網(wǎng)的網(wǎng)絡構架分析

5G移動網(wǎng)絡的核心網(wǎng)采用的是控制轉發(fā)分離架構，可以實現(xiàn)會話管理與移動性管理互不影響的目的，且QoS參數(shù)可以直接作用于會話中的不同數(shù)據(jù)流。利用不同的用戶面網(wǎng)元可以在同一時間構建大量不同的會話，也可以利用多個控制面網(wǎng)元進行同步管理，使本地分流與遠端流量兩種操作能夠同時進行。5G移動網(wǎng)絡的核心網(wǎng)絡架構主要包括服務化架構呈現(xiàn)方式和參考點呈現(xiàn)方式兩種呈現(xiàn)類型。其中，服務化架構呈現(xiàn)方式主要是在控制面中采用了API能力開放的傳輸信令形式。在傳統(tǒng)的信令傳輸過程中，很多消息會在不同的流程中展現(xiàn)出來，而利用API可以提取相似的消息并對其進行封裝，從而使得其他網(wǎng)元進行訪問。5G移動網(wǎng)絡核心網(wǎng)的網(wǎng)絡架構借鑒了微服務化架構和IT系統(tǒng)服務化架構的經(jīng)驗，利用模塊化的方式實現(xiàn)了網(wǎng)絡功能的整合與解耦，使網(wǎng)絡功能可以獨立擴容并演進。因為網(wǎng)絡架構中控制面所有的NF之間的交互采用的是服務化接口，所以多種NF可以同時調用同一種服務，有利于降低NF接口定義的耦合度[7]。

6 結 論

5G移動網(wǎng)絡新技術的時代已經(jīng)到來，但是從實際情況來看仍然存在一些問題，需要科研人員加大對5G移動網(wǎng)絡技術和網(wǎng)絡架構的分析力度，以解決技術中存在的問題。隨著生活條件的改善和社會的發(fā)展，人們對移動網(wǎng)絡通信的要求越來越高，而5G移動網(wǎng)絡具有較多優(yōu)點，可以提高通信質量，滿足人們的通信需求。