面向服務(wù)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)—傳承與創(chuàng)新分析

朱延敏

【摘要】? ? 互聯(lián)網(wǎng)各模塊業(yè)務(wù)的創(chuàng)新應(yīng)用，是促使網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到快速發(fā)展的動(dòng)力。與此同時(shí)，該行業(yè)新業(yè)務(wù)及4K和8K的新業(yè)務(wù)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)也提出新需求，在需求回應(yīng)的同時(shí)，提出面向服務(wù)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以SDN或NFV為技術(shù)基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)切片，使得端到端的網(wǎng)絡(luò)差異化服務(wù)成為可能。而面向服務(wù)定值解決了大量網(wǎng)絡(luò)緩存的資源的傳輸冗余問題，且在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)加入網(wǎng)絡(luò)信息的感知平面，加強(qiáng)了大數(shù)據(jù)的處理分析率，進(jìn)而調(diào)控了網(wǎng)絡(luò)差異化所面對(duì)的資源部署問題。

【關(guān)鍵詞】? ? 網(wǎng)絡(luò)服務(wù)? ? 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)? ? 傳承創(chuàng)新

引言：

與之前網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相比，5G及相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的端口傳輸、通信處理能力、頻譜和連接的發(fā)展又進(jìn)了一步，為廣大用戶提供了更多網(wǎng)絡(luò)接入的端口，且核心網(wǎng)絡(luò)線路的接入速率也明顯提升，加強(qiáng)了5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)體驗(yàn)?，F(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)仍然處于高速發(fā)展的階段，且提出了面向服務(wù)定制的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的創(chuàng)新需求。但是，網(wǎng)絡(luò)用戶接入端口的設(shè)備使用量呈現(xiàn)出明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，無疑增加了端口接入壓力。對(duì)此，為創(chuàng)新并營(yíng)造更好的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展環(huán)境，在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，面向服務(wù)定制的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，促使互聯(lián)網(wǎng)接入端口能夠進(jìn)行差異化處理，滿足不同的用戶的服務(wù)需求。

一、5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的內(nèi)涵及其關(guān)鍵技術(shù)

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基本內(nèi)涵

為推動(dòng)5G的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)業(yè)務(wù)，2019年中國(guó)信息通信研究院發(fā)布《面向行業(yè)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)白皮書》（白皮書），白皮書聚焦網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)在5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展建設(shè)中，提出自主運(yùn)營(yíng)、多域多類、數(shù)據(jù)安全和高性價(jià)比的需求，且首次發(fā)布面向服務(wù)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及擴(kuò)展業(yè)務(wù)領(lǐng)域，至此形成了四大關(guān)鍵技術(shù)、三類主流業(yè)務(wù)、兩種場(chǎng)景與一個(gè)平臺(tái)，按照產(chǎn)業(yè)技術(shù)發(fā)展愿景，對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)后續(xù)相關(guān)工作提出了新的建議。具體來說，5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要包括5G接入網(wǎng)和5G核心網(wǎng)，其中NG-RAN代表5G接入網(wǎng)，5GC代表5G核心網(wǎng)。按照5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)部署與模塊業(yè)務(wù)的創(chuàng)新發(fā)展需求，再加上互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的自身發(fā)展趨勢(shì)，按照軟件、網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化、5G蜂窩、內(nèi)容存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)下的轉(zhuǎn)發(fā)分離、核心融合、接入網(wǎng)、無線資源管理、網(wǎng)絡(luò)能力和網(wǎng)絡(luò)的虛擬化的創(chuàng)新，這時(shí)的5G網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)出明顯的擴(kuò)展性、靈活性、可變成性的特征，最終實(shí)現(xiàn)面向服務(wù)定制的目標(biāo)。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)

5G時(shí)代已經(jīng)到來，其是以網(wǎng)絡(luò)為連接載體，來滿足多樣化模塊及業(yè)務(wù)的需求，其關(guān)鍵技術(shù)包括NFV網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Virtualization）和SDN軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network）兩個(gè)技術(shù)，借助于通用的硬件，在差異化與網(wǎng)絡(luò)功能化的業(yè)務(wù)指導(dǎo)下，促使資源得到更好的編排。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)及業(yè)務(wù)應(yīng)用數(shù)字化的平臺(tái)，來使得網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求與網(wǎng)絡(luò)能力之間實(shí)現(xiàn)合理的對(duì)接。另外，SBA核心是基于原生定義服務(wù)所確立的，5G網(wǎng)絡(luò)支持下的軟件功能，仍然適宜細(xì)粒度服務(wù)進(jìn)行定義，其有利于網(wǎng)絡(luò)根據(jù)業(yè)務(wù)的場(chǎng)景和服務(wù)粒度來統(tǒng)一編排與面向服務(wù)定制;在互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議基礎(chǔ)上，接口會(huì)根據(jù)需求來靈活調(diào)用API交互，降低信令的開銷和網(wǎng)絡(luò)的配置，采取對(duì)外開放接口，其具有統(tǒng)一性功能;面向需求的服務(wù)按照原則也是可以灰度發(fā)布與獨(dú)立部署，這一網(wǎng)絡(luò)功能能夠進(jìn)入到快速升級(jí)階段，進(jìn)而產(chǎn)生新的功能就服務(wù)，如在虛擬化平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)彈性擴(kuò)縮容與快速部署。不僅如此，開放網(wǎng)絡(luò)還能夠根據(jù)用戶面的部署，來促使業(yè)務(wù)時(shí)延被減小。進(jìn)而降低了傳輸網(wǎng)的資源傳輸壓力，高頻與低頻之間的相互組合所形成的混合組網(wǎng)，使得傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)升級(jí)出口下沉到本地。

5G核心網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的基礎(chǔ)設(shè)施加以組合，為更多的用戶，包括垂直行業(yè)的需求方、應(yīng)用方面的供應(yīng)商、普通的消費(fèi)者，按照不同的需求方向來提供邊緣計(jì)算或者是網(wǎng)絡(luò)切片等較為接近最新科技的業(yè)務(wù)能力?？梢哉f，5G核心網(wǎng)使得傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)的接入端的轉(zhuǎn)型賦予了信息化功能。

不僅如此，5G核心網(wǎng)傳承傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，從多元業(yè)務(wù)場(chǎng)景的需求與新型ICT為5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供了創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，而廣域網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施具有靈活性與高性能特征，不僅保障了網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)能力，同時(shí)面向互聯(lián)網(wǎng)未來發(fā)展趨勢(shì)，5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代開始形成分層化、虛擬化核心結(jié)構(gòu)，以及適宜業(yè)務(wù)開發(fā)、資源開放的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，促使網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)向可持續(xù)與綠色經(jīng)濟(jì)的發(fā)展模式邁進(jìn)。5G給廣大應(yīng)用或社會(huì)描繪了全信息化的愿景，使得暢想成活成為可能。社會(huì)化的信息技術(shù)設(shè)施作為賦能業(yè)務(wù)的連接環(huán)節(jié)，面向未來網(wǎng)絡(luò)服務(wù)重構(gòu)了移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。與傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G的核心網(wǎng)絡(luò)是按照原網(wǎng)絡(luò)核心搭配云平臺(tái)的一種設(shè)計(jì)思路，面向服務(wù)來進(jìn)行功能設(shè)計(jì)與架構(gòu)，促使其核心能力和控制靈活性得到全面提升。

1.3 5G典型功能的特性

1.3.1低時(shí)延特性

5G/B5G超高可靠超低時(shí)延通信的場(chǎng)景，如一般應(yīng)用為VR、AR、工業(yè)生產(chǎn)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療操作、自動(dòng)駕駛的場(chǎng)景活動(dòng)中，有些因行業(yè)業(yè)務(wù)的特殊性，對(duì)指標(biāo)要求較高。如自動(dòng)駕駛，端到端的時(shí)延只有達(dá)到毫秒級(jí)是能夠滿足平臺(tái)云端的輔助決策。5G/B5G對(duì)空口物理層幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行改變，導(dǎo)致空口傳輸?shù)臅r(shí)延有所降低，進(jìn)而又在核心網(wǎng)的功能下沉接入網(wǎng)，轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)也相應(yīng)地有所減少，核心網(wǎng)的傳輸時(shí)延問題得到了解決。

1.3.2高寬帶特性

5G網(wǎng)絡(luò)支持高寬帶，與4G網(wǎng)絡(luò)寬帶能力相比，下行的峰值速率提升了大約100倍，即為10Gbit/s，能夠滿足多元化且是高寬帶的需求。進(jìn)一步說，B5G更是擴(kuò)展了業(yè)務(wù)支持的通信場(chǎng)景數(shù)量，數(shù)據(jù)的速率會(huì)達(dá)到Tbit/s的級(jí)別，寬帶接入能力也將會(huì)更強(qiáng)。

1.3.3大連接特性

海量機(jī)器類通信則是5G/B5G對(duì)大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用場(chǎng)景，大連接功能具有可擴(kuò)展性和靈活性特點(diǎn)，接口也具備同樣的特點(diǎn)，進(jìn)而能夠滿足更多且多元網(wǎng)絡(luò)的場(chǎng)景連接需求，新網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和應(yīng)用程序得到規(guī)模化部署。

二、面向服務(wù)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

2.1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)思路

2.1.1差異化服務(wù)質(zhì)量的架構(gòu)目標(biāo)

SCN網(wǎng)絡(luò)的主要功能，就是為不同的用戶提供差異化的服務(wù)，利用網(wǎng)絡(luò)切片來構(gòu)建差異化結(jié)構(gòu)，不同的用戶結(jié)合其自身的需求選擇適合自己的服務(wù)等級(jí)，促使互聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)模式得以顯現(xiàn)出來。OTT業(yè)務(wù)被互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)模式所限制，使得網(wǎng)絡(luò)沖擊問題的解決獲得了答案。

2.1.2測(cè)量和分析處理細(xì)粒度

網(wǎng)絡(luò)規(guī)模與用戶量、功能量之間呈正比例關(guān)系，多渠道資源也會(huì)更加豐富，這給網(wǎng)絡(luò)管理帶來了極大的難度。隨著人工智能和大數(shù)據(jù)的發(fā)展，二者對(duì)網(wǎng)絡(luò)管理指明了發(fā)展方向，網(wǎng)絡(luò)管理控制主體的智能化行為，是建立在網(wǎng)絡(luò)底層產(chǎn)生充足實(shí)時(shí)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)。那么，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的獲得與應(yīng)用，則成為數(shù)據(jù)處理的關(guān)鍵要點(diǎn)。在SCN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，測(cè)量實(shí)時(shí)細(xì)粒度，利用人工智能或者是大數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)分析網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，這種網(wǎng)絡(luò)可視化為集中式網(wǎng)絡(luò)管理提供了“技術(shù)”支持。

2.2信息冗余問題的解決

信息冗余會(huì)產(chǎn)生寬帶的“資源”浪費(fèi)問題，CDN采用一種覆蓋網(wǎng)方式加以解決。SCN也嘗試網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來避免信息冗余問題，網(wǎng)絡(luò)自身的狀態(tài)功能、感知內(nèi)容，通過大數(shù)據(jù)對(duì)其分析處理，具有明顯的智能化資源調(diào)度特征，提升了面向服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施信息處理能力。

2.3平滑演進(jìn)

現(xiàn)階段，網(wǎng)絡(luò)一般仍然是IP準(zhǔn)則，并通過系列彌補(bǔ)手段解決了一些問題，但無法完全取代現(xiàn)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。對(duì)此，按照面向服務(wù)的6G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，SCN需要支持當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上，還應(yīng)容納未來網(wǎng)絡(luò)方案，這一架構(gòu)理念具有明顯的演進(jìn)性特點(diǎn)。

2.4 5G的PS域架構(gòu)

面向服務(wù)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)還應(yīng)優(yōu)化PS域，包括以下方面的架構(gòu)，一是SBA，另一個(gè)是CUPS和NS。前者涉及到微服務(wù)化的架構(gòu)，整合傳統(tǒng)的網(wǎng)元功能，然后再將其劃分為多個(gè)單一的NF，NF分解成“網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)”。后者是從用戶方面進(jìn)行的部署，采用集中和分布部署兩個(gè)方面。相對(duì)于前兩個(gè)，NS網(wǎng)絡(luò)切片，是網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化和軟件化基礎(chǔ)上對(duì)虛擬、相互隔離的一些子網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)回應(yīng)，再將網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)一步細(xì)粒度模塊化，實(shí)現(xiàn)靈活組裝業(yè)務(wù)應(yīng)用。5G PS域網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示：

2.5網(wǎng)絡(luò)功能服務(wù)的交互機(jī)制

與4G網(wǎng)絡(luò)相比，面向服務(wù)定制的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的功能服務(wù)之間的通信，可以采用交互解耦及發(fā)布訂閱的模式，為服務(wù)者提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)功能。并且，消費(fèi)者通過訂閱功能，而反過來對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)更加便捷高效。

三、結(jié)束語

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)是在4G之后的又一網(wǎng)絡(luò)化社會(huì)的基礎(chǔ)設(shè)施，再加上技術(shù)與政策落地，5G面向市場(chǎng)推廣與規(guī)模化發(fā)展。此時(shí)，5G作為革命性的一種技術(shù)和賦能，其超光纖傳輸能力、海量數(shù)據(jù)處理、全空間連接能力等，使得其與人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)和云計(jì)算技術(shù)等結(jié)合過程中，形成了移動(dòng)智能的信息網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)。對(duì)此，我們能夠看出，面向服務(wù)的5G通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，能夠更好地為人類社會(huì)提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)。但是與此同時(shí)，我們還應(yīng)看出，5G面對(duì)新發(fā)展機(jī)遇的同時(shí)，也將面對(duì)著新的網(wǎng)絡(luò)安全挑戰(zhàn)，并且需要對(duì)電磁輻射在自然環(huán)境上的影響進(jìn)行全面分析。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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