馮娜

【摘要】 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是當(dāng)下國(guó)內(nèi)業(yè)界以及國(guó)外業(yè)界都在不斷探索和研究的重要課題，隨著虛擬化技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展和深入，促使蜂窩網(wǎng)結(jié)構(gòu)的重新設(shè)計(jì)逐漸得以實(shí)現(xiàn)。本文就5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要問(wèn)題進(jìn)行深入分析，并對(duì)這些問(wèn)題的影響因素進(jìn)行初步探討，希望能夠?yàn)槲覈?guó)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)帶來(lái)一定參考幫助。

【關(guān)鍵詞】 5G 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 重要問(wèn)題

當(dāng)下4G網(wǎng)絡(luò)快速擴(kuò)大的商用部署規(guī)模，進(jìn)一步體現(xiàn)出了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)現(xiàn)代人們?nèi)粘Ｉ詈凸ぷ鞯挠绊懞椭匾?。由此?G移動(dòng)通信系統(tǒng)逐漸開(kāi)始不斷研發(fā)和探索。由于香農(nóng)極限對(duì)頻譜效率提升空間的阻礙，再加上日漸稀缺的頻譜資源，國(guó)內(nèi)外業(yè)界逐漸開(kāi)始認(rèn)識(shí)到想要實(shí)現(xiàn)5G需求，不但要突破當(dāng)下的空中接口技術(shù)，同時(shí)創(chuàng)新網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也是其重要推動(dòng)力。為了讓更快的速度、更低的時(shí)延、更多的連接以及更高效率的5G網(wǎng)絡(luò)愿望得以盡早實(shí)現(xiàn)，就必須全新設(shè)計(jì)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及網(wǎng)元功能形態(tài)。

一、集中和分布的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)問(wèn)題

集中和分布的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一直以來(lái)都是業(yè)界人士所爭(zhēng)論的關(guān)鍵問(wèn)題之一。在業(yè)界的應(yīng)用中二者也是此消彼長(zhǎng)。以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)來(lái)講，從初始階段的C/S，然后到分布式的P2P應(yīng)用，最后又到云計(jì)算中心，從表面上來(lái)看發(fā)展思路都存在著很大差異，其實(shí)不然，其主要是因?yàn)闃I(yè)務(wù)發(fā)展和設(shè)備處理能力限制而引發(fā)的結(jié)果。以人為例，人體本身就是一個(gè)非常出色的集中控制以及分布式處理與感知的一個(gè)系統(tǒng)。人的大腦的主要作用在于處理和管理人體的各個(gè)器官及肢體所獲取到的信息。如果按以往的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，因?yàn)樵O(shè)備處理能力限制的原因必須使用分布式處理方法，那么云計(jì)算技術(shù)的不斷創(chuàng)新，必將讓中心處理和優(yōu)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)幾率得到進(jìn)一步提升。

Google最新項(xiàng)目“仙女座”所運(yùn)用的就是集中控制的方法，以此來(lái)服務(wù)于虛擬網(wǎng)絡(luò)。就目前而言，Google數(shù)據(jù)中心在全球已高達(dá)四十多個(gè)。Google的一位工程師曾指出：“已經(jīng)看到邏輯集中及分層的控制與分布式的數(shù)據(jù)面比全分布更優(yōu)”，并且還指出當(dāng)下已經(jīng)確定，借助于對(duì)集中管理方式的充分發(fā)揮，不再運(yùn)用傳統(tǒng)的分布式管理模式，構(gòu)建出一個(gè)具有高效率的系統(tǒng)[1]。Google的GFS數(shù)據(jù)處理平臺(tái)等諸多服務(wù)系統(tǒng)都是運(yùn)用的該理論。通過(guò)對(duì)IT公司的組網(wǎng)模式進(jìn)行分析和借鑒，無(wú)線網(wǎng)設(shè)計(jì)了一種全新的架構(gòu)，及集中式基帶池。通過(guò)研究氣元間的協(xié)作化能夠得出，越高集中程度的BBU，則具有更高的實(shí)施處理效率和更大的協(xié)作化增益，而且還能夠讓重疊覆蓋的干擾更加容易降低。此外，從傳輸?shù)慕嵌壬峡?，集中程度越高，BBU則需要越高的傳輸成本需求。無(wú)線網(wǎng)是這樣，核心網(wǎng)的控制與轉(zhuǎn)發(fā)同樣也是這樣。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，從本質(zhì)上來(lái)講就是計(jì)算、優(yōu)化以及傳輸成本的中間值。5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是選用集中式還是分布式，又是一何種程度，是當(dāng)下5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要重點(diǎn)分析和研究的關(guān)鍵問(wèn)題之一。

二、接入網(wǎng)與核心網(wǎng)的界限

傳統(tǒng)移動(dòng)網(wǎng)結(jié)構(gòu)主要采用的模式是無(wú)線接入網(wǎng)+核心網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的總體演進(jìn)方向大都是趨向于簡(jiǎn)化和扁平化。按照不同階段，接入網(wǎng)可劃分為2G、3G以及LTE；而核心網(wǎng)也能夠劃分為三個(gè)階段，分別為電路交換核心網(wǎng)、分組核心網(wǎng)以及IMS核心網(wǎng)。而從接入網(wǎng)的角度上來(lái)說(shuō)，排除空中接口創(chuàng)新，其在不同階段的結(jié)構(gòu)更突顯扁平化，如LTE網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)融合Node B和RNC節(jié)點(diǎn)，衍生出來(lái)單一的eNode B節(jié)點(diǎn)[2]。核心網(wǎng)的變化進(jìn)程主要是從電路域→電路和分組域共存→分組域。但是直至今日，移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)鎖延續(xù)的一直都是分層架構(gòu)，即無(wú)線接入網(wǎng)+核心網(wǎng)。

而實(shí)際上網(wǎng)絡(luò)扁平化的探索過(guò)程中，已經(jīng)開(kāi)始討論和分析接入網(wǎng)和核心網(wǎng)功能之間的結(jié)合，例如業(yè)界中以往所設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了的“三合一”與“四合一”節(jié)點(diǎn)等。就目前的相關(guān)研究進(jìn)展而言，無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)功能的有機(jī)結(jié)合趨勢(shì)越發(fā)明顯。核心網(wǎng)在IP化和扁平化的促使下，其功能逐漸開(kāi)始和接入網(wǎng)相融合。本地IP接入及中繼等技術(shù)，已經(jīng)開(kāi)始融合核心網(wǎng)絡(luò)的功能。以LIPA結(jié)構(gòu)來(lái)看，PGW功能逐漸在HeNB上得以實(shí)現(xiàn)，促使地址分配、路由的核心網(wǎng)功能有機(jī)結(jié)合無(wú)線接入功能的目的逐漸達(dá)到。集中化和虛擬化逐漸實(shí)現(xiàn)了接入網(wǎng)功能項(xiàng)核心域的轉(zhuǎn)移。而其上移的重要推動(dòng)力無(wú)外乎集中處理、優(yōu)化需求等。以C-RAN為核心的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)基帶處理等計(jì)算工作，能夠在IT數(shù)據(jù)中心上實(shí)施，這也就實(shí)現(xiàn)了其與核心網(wǎng)控制面的計(jì)算資源共享目標(biāo)[3]。接入網(wǎng)及核心網(wǎng)在5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中應(yīng)該以怎樣的形式出現(xiàn)，或者說(shuō)核心網(wǎng)是否還存在、其與接入網(wǎng)之間是否融合，這也是5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)急需進(jìn)行深入研究并解答的重要問(wèn)題。

三、總結(jié)

總而言之，隨著5G技術(shù)研發(fā)和探索力度的不斷加強(qiáng)，作為整個(gè)系統(tǒng)中的基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)必然會(huì)對(duì)5G技術(shù)研究帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。就目前而言，5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和探索依舊還處于起步階段，本文就其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)要探討，希望能夠?yàn)闃I(yè)界的研究帶來(lái)一定的幫助。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]李暉，付玉龍.5G網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題分析與展望[J].無(wú)線電通信技術(shù)，2015，04：1-7.

[2]趙明宇，嚴(yán)學(xué)強(qiáng).SDN和NFV在5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].移動(dòng)通信，2015，14：64-68.

[3]王胡成，徐暉，程志密，王可.5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)[J].電信科學(xué)，2015，09：156-162.