5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)的研究

龐友

【摘要】? ? 5G是一種基于4G技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的新一代移動網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)具有低延遲高速率的優(yōu)勢，本文主要對5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行研究，希望能夠促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G網(wǎng)絡(luò)? ? 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)? ? 核心網(wǎng)

引言：

5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展建設(shè)事關(guān)國家產(chǎn)業(yè)升級轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略布局，同時5G網(wǎng)絡(luò)也是第四次工業(yè)革命的關(guān)鍵技術(shù)，目前我國也正在積極推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，從而為工業(yè)的智能化發(fā)展以及物聯(lián)網(wǎng)的普及創(chuàng)造基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)通信條件。在推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中需要進(jìn)一步明確5G網(wǎng)絡(luò)的新技術(shù)以核心網(wǎng)構(gòu)架，只有在充分了解5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上才能保證5G網(wǎng)絡(luò)真正的發(fā)揮作用。

一、5G網(wǎng)絡(luò)概述

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景

目前來看，我國5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)初具規(guī)模，5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展也在很大程度上帶動了物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)應(yīng)用的發(fā)展，在家具電器管理，運(yùn)程醫(yī)療以及智能電網(wǎng)建設(shè)中，5G網(wǎng)絡(luò)由于具有低延遲，高帶寬的優(yōu)勢能夠?yàn)橐陨蠎?yīng)用場景提供基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

而以上應(yīng)用場景，往往對無線網(wǎng)絡(luò)的接入速率以及接入延遲有較高要求，在相關(guān)領(lǐng)域應(yīng)用5G網(wǎng)絡(luò)，能夠促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢得到充分的發(fā)揮，尤其在急救跟蹤，入侵監(jiān)測等公共安全領(lǐng)域，5G網(wǎng)絡(luò)所發(fā)揮的價值得到了進(jìn)一步的凸顯。

1.2用戶終端需求

從5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用上來看，在很大程度上是一種面向終端客戶的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展建設(shè)的過程中，用戶對于5G網(wǎng)絡(luò)的體驗(yàn)對于5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重要的影響。理論上5G網(wǎng)絡(luò)的延遲僅有1毫秒，因此在應(yīng)用于在線游戲，云存儲，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域中能夠提供無延遲感知的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。另外在公共醫(yī)療以及公共安全領(lǐng)域，如病疫，自然災(zāi)害等場景中，完善的5G網(wǎng)絡(luò)體系能夠?yàn)榫o急事故提供高效的通信服務(wù)，較高的網(wǎng)絡(luò)速率能夠事故的救援以及應(yīng)急系統(tǒng)的啟動提供更多具有參考性的信息。

目前5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需要解決在飛機(jī)，高鐵等快速移動場景下，網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性問題。現(xiàn)代社會是一個講求低碳環(huán)保的社會5G網(wǎng)絡(luò)，但是5G網(wǎng)絡(luò)信號傳播的氛圍相對有限，因此往往需要部署更多的5G基站，滿足網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求，這就需要消耗大量的電力能源，而這也是未來5G網(wǎng)絡(luò)在發(fā)展的過程中需要重點(diǎn)解決的問題。

二、5G網(wǎng)絡(luò)核心架構(gòu)研究現(xiàn)狀

5G網(wǎng)絡(luò)是未來移動網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)，從目前國際上對于5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究上來看，對于5G網(wǎng)絡(luò)核心架構(gòu)的研究是研究的重點(diǎn)，國際上大量的企業(yè)以及科研組織對5G網(wǎng)絡(luò)核心架構(gòu)進(jìn)行研究，以求進(jìn)一步完善5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，推動5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

從現(xiàn)有的研究路徑上來看，主要可以分為架構(gòu)的拆分，重組研究、頻率波動的研究以及5G網(wǎng)絡(luò)周邊技術(shù)的研究。目前對于5G網(wǎng)絡(luò)空間結(jié)構(gòu)以及技術(shù)手段的研究取得了較大的進(jìn)展，根據(jù)現(xiàn)有的研究成果SDN 技術(shù)以及 NFV 技術(shù)將很快被應(yīng)用于5G核心網(wǎng)的構(gòu)建中。

總的來說，5G網(wǎng)絡(luò)核心構(gòu)架在技術(shù)上具有很強(qiáng)的綜合性，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)模塊的構(gòu)建經(jīng)過了研究人員對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的多次充足、拆分、實(shí)驗(yàn)以及數(shù)據(jù)分析，目前來說5G網(wǎng)絡(luò)核心架構(gòu)已經(jīng)逐步趨于完善。

三、5G網(wǎng)絡(luò)核心架構(gòu)分析

從現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架來看，UE更改分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)（P-GW）及IP地址時，在很大很大程度上需要依賴重新附著的方式，因此在頻繁網(wǎng)間切換過程中存在很大的困難。同時受網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中固定固定錨定點(diǎn)影響，因此想要進(jìn)一步提升核心路由的效率也存在很大的困難，針對這一問題需要建立一個具有大量數(shù)據(jù)接入能力的核心網(wǎng)絡(luò)，在此網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下，所有運(yùn)營商都可以通過IP接入，在此技術(shù)構(gòu)架下，運(yùn)營商的成本能夠得到有效的降低，同時網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也會更加簡單，在這個過程中通過減少端與端之間的連接能夠進(jìn)一步減低網(wǎng)絡(luò)延遲。

從5G網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的發(fā)展方向上來看，網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架扁平化是主要的發(fā)展方向，在全I(xiàn)P的扁平網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下，GW之間能夠?qū)崿F(xiàn)更加具有效率的靈活切換，同時網(wǎng)絡(luò)切換的過程不影響網(wǎng)絡(luò)的獨(dú)立性，在5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中自動接入技術(shù)（RAT）也是重要的技術(shù)組成部分，該技術(shù)主要服務(wù)于用戶終端，且具有一定的獨(dú)立性。

在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)時代下，基站小型化發(fā)展的方向十分明顯，同時5G網(wǎng)絡(luò)下的小型基站也需要實(shí)現(xiàn)更多的功能，從而保證通信場景的適應(yīng)性。在完善的5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，用戶可以隨時隨地的接入5G網(wǎng)絡(luò)，獲取高品質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。但是，目前的5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中由于EPC網(wǎng)絡(luò)使用固定網(wǎng)元P-GW作為分層結(jié)構(gòu)，因此在網(wǎng)絡(luò)拓展的靈活性上還有所不足，難以適應(yīng)現(xiàn)代移動高速的增長要求。針對這一問題，在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展建設(shè)的過程中，需要重視引進(jìn)扁平化的IP架構(gòu)，與傳統(tǒng)的IP架構(gòu)相比，扁平化的IP架構(gòu)能夠直接通過名稱來識別終端，并且具有較強(qiáng)的可改造能力，符合M-ICT時代的業(yè)務(wù)特性。

扁平化的IP架構(gòu)所帶來的改變將是首先體現(xiàn)在運(yùn)營商的的CAPEX和OPEX，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中能夠?qū)崿F(xiàn)更小的傳輸損耗，并且能夠在很大程度上降低現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)通信的延遲，系統(tǒng)具有無限鏈路延遲的識別功能，這為無限網(wǎng)絡(luò)以及核心網(wǎng)的獨(dú)立維護(hù)提供了良好的條件，同時也有利于對網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃以及部署，在實(shí)現(xiàn)更好靈活性以及拓展性的同時保證網(wǎng)絡(luò)部署的科學(xué)性。

四、5G網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)分析

4.1納米技術(shù)

早在二十世紀(jì)八十年代就已經(jīng)出現(xiàn)了納米技術(shù)概念，在本世紀(jì)納米技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，納米技術(shù)能夠?qū)⒃?、分子的精度控制?.1～100 nm范圍內(nèi)，納米技術(shù)在通信領(lǐng)域的延伸應(yīng)用，將為通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提供技術(shù)支持。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展建設(shè)的過程中，以納米技術(shù)制造的芯片將被更加廣泛的植入移動終端，在降低移動終端能耗的同時，也將進(jìn)一步提升移動終端的性能，讓移動終端實(shí)現(xiàn)更為強(qiáng)大的計(jì)算以及通信能力。

4.2云計(jì)算技術(shù)

目前移動端網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展，大量的移動端用戶催生了大量的有業(yè)務(wù)需求，但是IMS平臺及第三方業(yè)務(wù)的部署更加困難。

盡管目前寬帶業(yè)務(wù)以及移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)已經(jīng)發(fā)展成熟，但是對于運(yùn)營商來說，CAPEX和OPEX的壓力較為明顯，同時現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，每天都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)流量，大量的媒體內(nèi)容給移動核心網(wǎng)帶來了很大的壓力。而5G網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)將在很大程度上解決這一問題，由于5G網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上是一種基于云計(jì)算的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，因此能夠有效緩解運(yùn)營商的數(shù)據(jù)流量壓力。

但是在應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)的過程中，需要解決新無線接入方式與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)制式的兼容問題，為了解決這一問題需要一種新型的控制機(jī)制來進(jìn)行不同制式之間不同頻段之間無線資源的協(xié)調(diào)，從而進(jìn)一步提升用戶的網(wǎng)絡(luò)接入體驗(yàn)。在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中可以將無線資源管理以及調(diào)度功能云化，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的情況以及網(wǎng)絡(luò)資源的需求，來進(jìn)行更加合理的網(wǎng)絡(luò)資源劃分，同時在云計(jì)算技術(shù)的支撐下，能夠?qū)o線接入以及移動節(jié)點(diǎn)虛擬化，而這能夠在很大程度上降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)以及維護(hù)的成本。

4.3全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

由前文表述可知，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，扁平化IP結(jié)構(gòu)將發(fā)揮重要的作用。而全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的相關(guān)思路最早出現(xiàn)與3GPP的R4版本中，在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展的過程中，全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)理論得到了進(jìn)一步完善。

該技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用將進(jìn)一步提升無線通信業(yè)務(wù)的發(fā)展水，在該技術(shù)的支撐下，用戶能夠更加便捷的進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的接入，為無線應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持，同時全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也能夠?yàn)檫\(yùn)營商提供具有可持續(xù)更新以及發(fā)展能力的技術(shù)解決方案，在該技術(shù)支持下的網(wǎng)絡(luò)將更加具有性能優(yōu)勢以及成本競爭力。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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