5G核心網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)研究及應(yīng)用探索

【摘要】? ? 5G通信技術(shù)的不斷普及，使得技術(shù)的應(yīng)用給人們的生活帶來改善，并且也現(xiàn)實為通信技術(shù)的發(fā)展提供了技術(shù)支持。因此，隨著通信技術(shù)水平的不斷提升，勢必就會使人們在日常應(yīng)用5G技術(shù)的同時，所要接觸到的通信服務(wù)種類也會越來越多。對此，本文主要探究了5G核心網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，并對技術(shù)的應(yīng)用進行了分析，希望能夠以此來實現(xiàn)為技術(shù)認(rèn)知提供幫助，同時以此來匹配萬物聯(lián)網(wǎng)市場發(fā)展的創(chuàng)新需求。

【關(guān)鍵詞】? ? 5G核心網(wǎng)? ? 技術(shù)創(chuàng)新? ?應(yīng)用

引言：

想要保證技術(shù)應(yīng)用的效果，同時體現(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用特性，那么在時代發(fā)展的背景下，就要在5G網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建上，保證網(wǎng)絡(luò)的反應(yīng)速度更加精準(zhǔn)，而且要更加快速，同時也需要保證其自身的應(yīng)用性能能夠得以體現(xiàn)。但是，依據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的發(fā)展實際情況來看，5G核心網(wǎng)在現(xiàn)實應(yīng)用的過程中也會隨著時代的發(fā)展而接受更多的挑戰(zhàn)。對此，這就需要通過技術(shù)創(chuàng)新來實現(xiàn)硬度儀挑戰(zhàn)，這樣才能使5G核心網(wǎng)真正應(yīng)用在行業(yè)發(fā)展當(dāng)中，并以其特性來方便人們的日常生活。

一、5G核心網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)特點

5G網(wǎng)絡(luò)是指移動互聯(lián)網(wǎng)背景下的第五代網(wǎng)絡(luò)，與之前的4代網(wǎng)絡(luò)進行對比分析，5G網(wǎng)絡(luò)的傳播速度等功能非常強大，比4G網(wǎng)絡(luò)的傳播速度快很多，且5G核心網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)的特點有如下幾個方面：

其一，流量大、速度快。與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)的傳播速率提升不低于100倍，即10Gbit/s;當(dāng)發(fā)生緊急情況時，傳播速率可以最高值可達到100Gbit/s;隨著網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)存儲量的持續(xù)性增加，數(shù)據(jù)量也會隨之發(fā)生大幅度增加。

其二，海量連接。網(wǎng)絡(luò)的大范圍普及，用戶端的數(shù)量也隨之不斷增加，按照平方公里進行計算，每平方公里范圍內(nèi)可滿足100萬用戶同時使用網(wǎng)絡(luò)的需求，并且能夠保證數(shù)據(jù)傳輸速度不變。用戶可以根據(jù)自己的需求使用網(wǎng)絡(luò)，并且能夠滿足用戶的多元化需求。

其三，延遲現(xiàn)象得到明顯改善。延遲現(xiàn)象能夠被控制在毫秒級，用戶在正常使用網(wǎng)絡(luò)的情況下不會察覺到出現(xiàn)延遲現(xiàn)象，信息的傳輸可能僅僅需要一秒鐘時間，并且能夠保證數(shù)據(jù)的可靠性與真實性。

其四，有較高的可靠性。經(jīng)濟與科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，促進智能化技術(shù)的發(fā)展，5G核心網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新技術(shù)的實用性較強，并且能夠為各行業(yè)的生產(chǎn)運營提供可靠的技術(shù)支持。此外，5G網(wǎng)絡(luò)在智能交通、智能建筑等眾多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，方便各行業(yè)對相關(guān)技術(shù)進行創(chuàng)新和優(yōu)化，從而促進行業(yè)本身的發(fā)展，進而促進社會整體的發(fā)展進步。

二、5G核心網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)

（一）跨域多維切片技術(shù)

對于5G獨立組網(wǎng)來看，最關(guān)鍵的因素之一，就是切片技術(shù)。因為，在現(xiàn)實應(yīng)用切片技術(shù)時，它能夠?qū)崿F(xiàn)利用動態(tài)的處理模式，并以自動化匹配來實現(xiàn)獨立創(chuàng)建，這時就能實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)資源進行有效調(diào)度，而且也能根據(jù)現(xiàn)實需求，實現(xiàn)快速制定，并實現(xiàn)對SLA 進行差異化的兌現(xiàn)，從而就能滿足各類垂直行業(yè)差異化應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)實需求[1]。一般來講，在網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)使用的過程中，需要按照組網(wǎng)的方式來實現(xiàn)讓運營商能夠在同一基礎(chǔ)設(shè)施上進行分離，這時就能產(chǎn)生多個虛擬端的端，并將其接入到端網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，這樣在應(yīng)用的過程中，一個單一的網(wǎng)絡(luò)切片，就能夠以實例供給來實現(xiàn)提供多個或單個的業(yè)務(wù)場景，這時就能有效保證應(yīng)用的需求能夠得以滿足。

相較于5G技術(shù)的使用來看，4G技術(shù)在現(xiàn)實使用的過程中，能夠通過利用專用的核心網(wǎng)技術(shù)來實現(xiàn)提升其自身的性能。在使用的過程中，這種概念其實類似切片的概念。但是，對于4G的專用核心網(wǎng)技術(shù)使用來看，只是以核心網(wǎng)單切片為主進行應(yīng)用支持的4G專用核心網(wǎng)，這時不能夠?qū)崿F(xiàn)支持端到端，并且在管理工作開展中，也不具備的靈活性，更無法實現(xiàn)延伸到5G切片技術(shù)上。因此，對于5G技術(shù)的使用來看，利用這種跨域多維切片技術(shù)的使用，能夠真正做到面對不同行業(yè)的現(xiàn)實需求來實現(xiàn)制定，這時就能依據(jù)企業(yè)需求來實現(xiàn)對特定的切片進行定義，并且也能通過部署來實現(xiàn)優(yōu)化切片的效果，從而就能夠?qū)崿F(xiàn)建立專屬的網(wǎng)絡(luò)。

（二）超低延時應(yīng)用技術(shù)

隨著云技術(shù)的不斷發(fā)展，想要保證云技術(shù)的應(yīng)用效果，那么這時在業(yè)務(wù)創(chuàng)建上，勢必就會對網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用要求更高，而這時就要保證網(wǎng)絡(luò)的超低延時能夠符合應(yīng)用需求，同時要通過超大寬帶來滿足現(xiàn)實需求。因此，對于性能優(yōu)化的改善來看，實現(xiàn)利用超低延時應(yīng)用技術(shù)，能夠真正實現(xiàn)保證5G核心網(wǎng)的創(chuàng)建能夠滿足云技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用需求，而且也能針對自動駕駛、云游戲等進行有效的服務(wù)，這時就能以其技術(shù)優(yōu)勢來滿足現(xiàn)實應(yīng)用的場景需求，并通過純軟件加速方案的使用來實現(xiàn)對矢量包處理的優(yōu)化，從而就能夠通過技術(shù)特性來實現(xiàn)提高信息的處理能力，并通過批量處理來實現(xiàn)降低邏輯任務(wù)對CPU的消耗，這樣就能夠通過技術(shù)使用來實現(xiàn)提升信息處理速度，并真正滿足業(yè)務(wù)的應(yīng)用需求。與此同時，相較于過去的軟件加速來看，在現(xiàn)實使用該技術(shù)的過程中，智能網(wǎng)卡加速的使用可以使用戶在使用的過程中，獲得全新的體驗，還能夠有效突破當(dāng)前虛擬化轉(zhuǎn)發(fā)的性能以及延時問題帶來的影響，這時在技術(shù)應(yīng)用的過程中，就能夠以其超高的性能來實現(xiàn)超低延時，進而就能以技術(shù)的特性來實現(xiàn)滿足自動化生產(chǎn)、自動駕駛等用戶所追求的超低延時效果。

（三）TSN引入IEEE技術(shù)

對于時間敏感網(wǎng)絡(luò)來看，它是以太網(wǎng)發(fā)展的下一步計劃，更是實現(xiàn)通過技術(shù)優(yōu)化來實現(xiàn)提升對延遲問題和抖動性能指標(biāo)的優(yōu)化，所以它所針對的客戶是完全獨立的供應(yīng)商。在使用過程中，該技術(shù)所面向的是后兼容的以太網(wǎng)，因此在應(yīng)用的過程中，并不是針對寬帶或物理層的技術(shù)突破[2]。在使用過程中，該技術(shù)支持的是具備著典型的時間關(guān)鍵控制技術(shù)的應(yīng)用，該技術(shù)常常被應(yīng)用到安全可靠回路的構(gòu)建上，同時也能對一些高速運動的控制機械、通訊機器人、變電站、采樣信號等進行使用。當(dāng)出現(xiàn)有限時間限制的循環(huán)通信時，該技術(shù)在使用的過程中，能夠?qū)崿F(xiàn)將信號同時傳送到控制信息當(dāng)中，這時就能夠使其應(yīng)用效果獲得提升。此外，由于該技術(shù)在使用的過程中，需要通過確定的指令來進行使用，這時它的應(yīng)用的安全性能則會得到極大的提升，并且也能在同時傳送的過程中，實現(xiàn)對信息進行有效控制，更能實現(xiàn)對確定的信號進行循環(huán)通信，所以它在使用的過程中，具備著的延時控制強且應(yīng)用可靠性高的特點。

（四）MEC之5G核心技術(shù)

移動邊緣計算技術(shù)是5G核心技術(shù)之一，它在現(xiàn)實應(yīng)用的過程中，能夠提升連接+計算的能力。因此，在該技術(shù)使用的過程中，能夠真正實現(xiàn)將云計算技術(shù)從中心實現(xiàn)拓展到邊緣，而且也能實現(xiàn)提升其算力。在使用過程中，該技術(shù)能夠保證技術(shù)的應(yīng)用效果更貼近用戶的實際需求。

對于5G網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建來看，需要實現(xiàn)以基礎(chǔ)構(gòu)架為內(nèi)容來優(yōu)化升級，所以需要在核心地區(qū)以及本地邊緣三級DC+基站機房為主來進行處理，這時在進行虛擬化網(wǎng)元功能的構(gòu)建上，則可以按照實際需求的場景要求來進行部署，并使其在網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)的位置上能夠得以體現(xiàn)，這時就能夠滿足客戶所追求的低延時、高寬帶業(yè)務(wù)的應(yīng)用。此外，通過在運營商站點機房以及其他連接點的共同使用，那么這時移動邊緣計算技術(shù)的應(yīng)用，則會更加貼近用戶，并且也能更快、更好的保證延時的控制效果，這時能夠通過流量就近轉(zhuǎn)發(fā)來滿足現(xiàn)實應(yīng)用的需求。

（五）運維自動化技術(shù)

隨著云技術(shù)的不斷普及，在5G核心網(wǎng)的構(gòu)建上，其實需要以云化處理為部署點來進行優(yōu)化，這時5G核心網(wǎng)必須要以云核心來實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)進行整合，同時利用云+網(wǎng)來實現(xiàn)提供一體化服務(wù)的構(gòu)建，這時就能通過全面整合來實現(xiàn)為客戶提供最短的路徑，從而就能使用戶得到最好的應(yīng)用體驗，并且也能保證技術(shù)的使用，能夠為客戶提供更加安全的網(wǎng)絡(luò)通道。與此同時，通過引入自動化工具來實現(xiàn)優(yōu)化，這時能夠在現(xiàn)實處理的過程中，對網(wǎng)絡(luò)進行快速部署，以此就能保證網(wǎng)絡(luò)部署的速度能夠滿足云業(yè)務(wù)的開通需求。此外，實現(xiàn)通過打造一體化流程，能夠?qū)崿F(xiàn)對整個工作的運行流程進行整合，并通過形成工具鏈來實現(xiàn)為自動化工作的開展提供準(zhǔn)備，這時在技術(shù)應(yīng)用之后，就能夠?qū)崿F(xiàn)有效縮短網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的時間，同時也能解決運營商虛擬化網(wǎng)絡(luò)部署以及運維當(dāng)中所存在的一些關(guān)鍵點問題。

（六）軟硬件加速技術(shù)

目前，人們?nèi)粘Ｉ钪械脑朴螒?、自動駕駛、高清視頻以及VR等業(yè)務(wù)對帶寬、網(wǎng)絡(luò)延時有著極高的要求。想要滿足這些性能的需求，需要提高網(wǎng)絡(luò)用戶面的使用性能能，為用戶提供快速、高效的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)以及處理速度。在eMBB條件下，可以采用純軟件加速的方法，以矢量包處理思想作為基礎(chǔ)，將矢量轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)應(yīng)用在數(shù)據(jù)報文的下載方面，進而提升轉(zhuǎn)發(fā)處理效果，批量處理并且轉(zhuǎn)發(fā)熱點報文，使得業(yè)務(wù)邏輯運行過程中所消耗的CPU能夠顯著降低，并且解決傳統(tǒng)運行模式下部分類、逐包處理所產(chǎn)生的緩存未命中以及緩存抖動等問題。充分利用并行計算架構(gòu)以及數(shù)據(jù)平面開發(fā)套件技術(shù)，同一個用戶IP地址的報文會投放在相同的線程中，可以有效避免同一個數(shù)據(jù)同時被多個線程讀寫，能夠?qū)崿F(xiàn)信息的無鎖化處理，并且能夠有效消除鎖等待，從而提高數(shù)據(jù)的處理速度，實現(xiàn)高并發(fā)的數(shù)據(jù)處理效果。對數(shù)據(jù)平面開發(fā)套件的緩存和內(nèi)存進行合理規(guī)劃，執(zhí)行頻率高的代碼常住指令Cache，對訪問存儲范圍加以合理限制，降低頁面切換操作所產(chǎn)生的消耗，在報文處理時使其速度能夠得到顯著提升。

在IMT-2020的特性中，非常關(guān)鍵的一點包括URLLC在保證可靠性的基礎(chǔ)上，將延時時間控制在1毫秒，并且非空口的傳輸延時需要盡量減少，核心網(wǎng)用戶轉(zhuǎn)發(fā)延時需要從原本的100微秒～200微秒縮短到10微秒。雖然在使用架構(gòu)技術(shù)時，用戶面和控制面分離技術(shù)的合理使用使得用戶面下沉，但是純軟件的加速目前已經(jīng)無法滿足用戶對延時的需求，需要結(jié)合硬件加速技術(shù)?，F(xiàn)階段，常用的硬件加速卡主要有網(wǎng)絡(luò)處理器、可編程門陣列、專用的集成電路。其中，可編程門列陣的靈活性以及通用性更好，方便將新的特性引入其中，適合作為5G核心網(wǎng)硬件加速中的虛擬化平臺。以X86服務(wù)器作為基礎(chǔ)的可編程門列陣智能化網(wǎng)卡加速用戶面，其性能可以與專用硬件相比。利用VNF層面學(xué)習(xí)業(yè)務(wù)首包，形成轉(zhuǎn)發(fā)流表，并且將其發(fā)送到智能網(wǎng)卡，且相同用戶的后續(xù)數(shù)據(jù)報文都會由智能網(wǎng)卡負(fù)責(zé)接受、解碼以及處理、轉(zhuǎn)發(fā)等，能夠改善節(jié)點內(nèi)的轉(zhuǎn)發(fā)處理效果，能夠顯著減少內(nèi)存讀取、CPU計算、外設(shè)部件標(biāo)準(zhǔn)的瓶頸等，使得單服務(wù)器的性能密度得到有效提升。

三、5G核心網(wǎng)應(yīng)用探索

（一）5G在工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用

5G技術(shù)在工業(yè)行業(yè)的應(yīng)用當(dāng)中，能夠以切片技術(shù)的使用來實現(xiàn)端到端的處理，這時在應(yīng)用的過程中，就能以工業(yè)化建設(shè)為基礎(chǔ)來實現(xiàn)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，并且也能為企業(yè)構(gòu)建好高效、安全的虛擬專用網(wǎng)絡(luò)，從而就能以其安全性為主，實現(xiàn)滿足提供網(wǎng)絡(luò)渠道構(gòu)建的安全性，并且也能通過延時控制來實現(xiàn)為工業(yè)建設(shè)生產(chǎn)提供穩(wěn)定的信息支持。在實際應(yīng)用的過程中，能夠以數(shù)據(jù)訪問為基礎(chǔ)進行優(yōu)化，這時技術(shù)的使用不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)進行有效儲存，還能在數(shù)值控制中，保證數(shù)據(jù)能夠以指引內(nèi)部流傳的形式進行應(yīng)用，并且也能將公共網(wǎng)隔離工作進行有效落實，進而就能保證數(shù)據(jù)傳輸時的安全性[3]。

此外，對于工業(yè)生產(chǎn)來看，它需要通過自動化處理來實現(xiàn)對信息進行應(yīng)用，因此在生產(chǎn)過程中，利用該技術(shù)與之進行融合，那么在數(shù)據(jù)采集的過程中，就能夠?qū)崿F(xiàn)快速分流，并實現(xiàn)以數(shù)據(jù)應(yīng)用為基礎(chǔ)，將用戶面下沉到邊緣，這時就能保證寬帶的應(yīng)用效果，并且也能將現(xiàn)實采集到的數(shù)據(jù)進行快速分流，這樣在數(shù)據(jù)應(yīng)用的過程中，就能夠以數(shù)據(jù)運轉(zhuǎn)的高效性來實現(xiàn)快速分析，這時就能為工業(yè)企業(yè)提供高效的數(shù)據(jù)支持保障。

（二）5G在教育行業(yè)的應(yīng)用

新興技術(shù)的不斷發(fā)展，使得教育行業(yè)也發(fā)生了翻天覆地的變化。因此，將5G技術(shù)融入現(xiàn)行的教育行業(yè)當(dāng)中，能夠以其場景化應(yīng)用模式的不斷增加，實現(xiàn)保證教育的服務(wù)質(zhì)量獲得升級。對此，對于當(dāng)前教育行業(yè)所利用的遠程技術(shù)來看，實現(xiàn)通過5G技術(shù)的有效匹配，能夠以低延時的特性和大寬帶的匹配來滿足現(xiàn)實應(yīng)用的需求，這時對于5G核心網(wǎng)的使用來看，它能夠滿足遠程教育的現(xiàn)實需求，并且能夠?qū)崿F(xiàn)以真人化處理來進行模擬，這時學(xué)生即使在家中也能夠感受到與課堂教學(xué)一樣的體驗。

當(dāng)然，5G核心網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用不僅帶來便利條件，也隨之產(chǎn)生一些問題，只有解決這些問題，才能發(fā)揮出5G技術(shù)在教育中的價值。例如：學(xué)校建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)，有很多的設(shè)備以及硬件設(shè)施可能都需要升級、更換，即便教育經(jīng)費能夠滿足網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更新的需求，而智慧教育資源也可能會集中在數(shù)學(xué)、語文等主要學(xué)科上，出現(xiàn)教育資源分配不均的情況;并且5G技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用也需要很長一段時間的建設(shè)、探索和實踐，而后才能在教育中普及。因此，5G核心網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)在教育領(lǐng)域中的應(yīng)用，需要尋找到合適的措施。

（三）5G在醫(yī)療行業(yè)的應(yīng)用

在醫(yī)療行業(yè)當(dāng)中，有時需要通過遠程支持來滿足醫(yī)療工作的開展，但是為了實現(xiàn)保證醫(yī)療工作開展的安全性，那么就需要通過的延時保障來實現(xiàn)降低遠程所帶來的一些影響。對此，通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)的使用以及低延時保障技術(shù)的應(yīng)用，則能夠有效規(guī)避此類問題的發(fā)生。在現(xiàn)實使用的過程中，利用這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)將遠程會診與普通業(yè)務(wù)的安全性獲得提升，同時也能通過布置不同的專用網(wǎng)絡(luò)來進行隔離，這時就能確保網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的安全性和高效性。5G核心網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用，由于該技術(shù)本身具有顯著的耗能低、傳播速度快、性能安全性和可靠性更為突出等優(yōu)點，在醫(yī)療領(lǐng)域中的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)智慧導(dǎo)診、遠程醫(yī)療、移動醫(yī)療、臨床監(jiān)測和護理、院前急救等方面，并且能夠?qū)崿F(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)共享。醫(yī)療行業(yè)在應(yīng)用5G技術(shù)時，醫(yī)院方面需要注意網(wǎng)絡(luò)安全管理、專網(wǎng)建設(shè)、建設(shè)完善的標(biāo)準(zhǔn)體系等方面的工作，保證有效應(yīng)用5G技術(shù)。

（四）5G在電力行業(yè)的應(yīng)用

在電力行業(yè)中，利用5G技術(shù)來實現(xiàn)增強隔離的效果，就能保證在電力生產(chǎn)時以專用網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建來進行使用。這時，在生產(chǎn)的過程中，設(shè)備之間所帶來的信息干擾問題將不再出現(xiàn)。此外，通過將辦公系統(tǒng)進行優(yōu)化，并將所有內(nèi)容上傳到云端，這時利用邊緣云資源部署工作的開展，就能對辦公工作進行系統(tǒng)的優(yōu)化處理。

四、結(jié)束語

作為中央處理器來看，5G核心網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用與創(chuàng)新，能夠為后續(xù)行業(yè)的發(fā)展提供有效的技術(shù)支持與保障，同時也能夠以其技術(shù)優(yōu)勢來實現(xiàn)滿足行業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實需求，這時就能真正實現(xiàn)利用5G技術(shù)來幫助各行各業(yè)進行數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作開展，并提供高質(zhì)量的技術(shù)保障。

參? 考? 文? 獻

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[2]馮驥.MEC邊緣計算技術(shù)及其產(chǎn)業(yè)應(yīng)用和專利分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2021，11（29）：134-138.

[3]陸光輝，毛磊，馮建業(yè).5G核心網(wǎng)創(chuàng)新技術(shù)研究及應(yīng)用探索[J].中興通訊技術(shù)，2020，26（03）：49-55.

作者單位：郎睿? ? 天津市電信公司