石 宇

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

石 宇

中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司四川分公司，四川 成都 610045

網(wǎng)絡(luò)、科技的不斷發(fā)展以及手機(jī)、電腦等終端設(shè)備的普及，促使信息流通變得更加快速、便捷、簡單、準(zhǔn)確。而5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不僅體現(xiàn)科技的迅速發(fā)展，而且還具備傳輸迅速、信息容量大的特點(diǎn)。所以，在未來信息社會(huì)的發(fā)展中，5G網(wǎng)絡(luò)必定是主流，會(huì)為人們的生活帶來巨大改變。基于此，對5G通信的應(yīng)用展望進(jìn)行了分析，并對5G核心網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行了研究。

5G網(wǎng)絡(luò)；新技術(shù)；核心網(wǎng)架構(gòu)；智能網(wǎng)絡(luò)通信

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信為人們帶來了許多便利，所以5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的開發(fā)受到業(yè)界的廣泛關(guān)注[1]。5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)為用戶帶來更多便利，可以滿足用戶智能網(wǎng)絡(luò)通信的需求，可以讓用戶在任意情況下都能夠體驗(yàn)到幾乎靜止的通信。同時(shí)5G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)是一個(gè)完整的無線通信系統(tǒng)，不會(huì)受到任何限制，從而為人們帶來更加完美的通信體驗(yàn)。

1 5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用展望

5G網(wǎng)絡(luò)不僅具備更高的傳輸速率，而且還具備低時(shí)延、低功耗、高可靠等特點(diǎn)，能夠幫助人們實(shí)現(xiàn)無縫連接，還能夠增強(qiáng)人與物、物與物之間的連接。5G網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用會(huì)在多平臺(tái)環(huán)境下進(jìn)行開發(fā)，能夠增強(qiáng)人們的新型體驗(yàn)。（1）虛擬導(dǎo)航：用戶可以對城市街道、建筑物實(shí)景等大型地圖數(shù)據(jù)庫進(jìn)行實(shí)時(shí)訪問；（2）移動(dòng)遠(yuǎn)程醫(yī)療：在高速行駛的列車上，用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)視頻系統(tǒng)獲取醫(yī)生的幫助；（3）環(huán)境監(jiān)測：通過5G網(wǎng)絡(luò)中物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)以及邊緣地區(qū)的無縫覆蓋，可以對環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，從而有效獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)，對環(huán)境的動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行準(zhǔn)確掌握；（4）智慧農(nóng)業(yè)：農(nóng)民可以從衛(wèi)星圖片中對全球農(nóng)作物的生長情況進(jìn)行查看，還可以對病蟲害以及旱澇狀況進(jìn)行觀察，從而對產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)測；（5）應(yīng)急通信：由于受到自然災(zāi)害的破壞，通信系統(tǒng)出現(xiàn)癱瘓狀況，而5G網(wǎng)絡(luò)可以使癱瘓的通信系統(tǒng)快速的恢復(fù)工作狀態(tài)。

2 5G核心網(wǎng)架構(gòu)與新技術(shù)

2.1 扁平化IP網(wǎng)絡(luò)

扁平化IP網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的運(yùn)用，可以通過名稱對終端進(jìn)行有效識(shí)別，同時(shí)以M-ICT時(shí)代的業(yè)務(wù)特點(diǎn)為依據(jù)實(shí)施扁平化改造。如圖1所示，扁平化IP架構(gòu)利用分布云的移動(dòng)核心信息傳遞功能、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化、邏輯GW等技術(shù)，對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行水平分布。扁平化IP架構(gòu)的運(yùn)用可以為運(yùn)營商提供一個(gè)更加有競爭力的平臺(tái)，為運(yùn)營商創(chuàng)造更好的經(jīng)濟(jì)效益。例如：扁平化IP架構(gòu)可以有效降低數(shù)據(jù)通道中網(wǎng)元的數(shù)量，減少信息傳輸過程中的損耗。縮短系統(tǒng)時(shí)延，使系統(tǒng)可以對無線鏈路的任意時(shí)延進(jìn)行有效識(shí)別。此外，還可以獨(dú)立地對無線網(wǎng)與核心網(wǎng)進(jìn)行維護(hù)與改善，使網(wǎng)絡(luò)在規(guī)劃與部署過程中具備更好的靈活性與拓展性。

圖1 統(tǒng)一扁平架構(gòu)

2.2 納米核心網(wǎng)技術(shù)

（1）納米技術(shù)

納米技術(shù)就是在操作控制過程中應(yīng)用納米科學(xué)，精度必須控制在0.1～100?nm之間。在5G網(wǎng)絡(luò)中，將納米技術(shù)芯片植入移動(dòng)終端，可以顯著提升終端的感應(yīng)、計(jì)算、通信等能力，為用戶帶來更好的網(wǎng)絡(luò)通信體驗(yàn)。

（2）云計(jì)算

目前,所運(yùn)用的網(wǎng)絡(luò)中存在著諸多問題，例如：現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不斷提升新業(yè)務(wù)的需求，但是卻不能進(jìn)行有效部署；多媒體內(nèi)容迅速增長，但是所帶來移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò)瓶頸以及傳輸時(shí)延，導(dǎo)致大量無效信息地分發(fā)等。而5G網(wǎng)絡(luò)是以云計(jì)算為基礎(chǔ)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。而對新技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用的過程中，需要滿足現(xiàn)在的無線接入控制要求，所以需要構(gòu)建一種新的控制機(jī)制對各種機(jī)制方式、頻段以及小區(qū)之間的無限資源進(jìn)行協(xié)調(diào)，以有效增強(qiáng)用戶在各種環(huán)境中數(shù)據(jù)接入的能力。將無限資源的管理、調(diào)度功能進(jìn)行云化，按照相應(yīng)需求對資源進(jìn)行管理與劃分。此外，通過云端對無線接入節(jié)點(diǎn)與移動(dòng)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行虛擬化，運(yùn)用智能化傳輸網(wǎng)絡(luò)SDN，可以顯著提升網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與管理的經(jīng)濟(jì)效益，從而實(shí)現(xiàn)5G與現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理運(yùn)營[2]。

（3）全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)

全I(xiàn)P網(wǎng)絡(luò)可以最大限度地滿足無線通信業(yè)務(wù)的發(fā)展要求，用戶可以在任意時(shí)間、地點(diǎn)通過無線網(wǎng)絡(luò)對相應(yīng)數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問?？梢詾檫\(yùn)營商提供一個(gè)持續(xù)改革創(chuàng)新與優(yōu)化的方案，從而提升運(yùn)營商在產(chǎn)品性能、價(jià)格方面的競爭力，為其創(chuàng)建良好的發(fā)展平臺(tái)，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的良好發(fā)展。

2.3 統(tǒng)一鑒權(quán)與多路徑管理

圖2是5G核心網(wǎng)的典型架構(gòu)，此架構(gòu)還具有相應(yīng)特點(diǎn)：（1）利用聚合接入的方式，集成多種接入技術(shù)，為統(tǒng)一通信提供解決策略?？s短時(shí)延，從而確保用戶的體驗(yàn)質(zhì)量；（2）利用虛擬應(yīng)用模式，從數(shù)據(jù)層中將控制層分離出來；（3）應(yīng)用簡單的層次結(jié)構(gòu)對完全分布式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行構(gòu)建，從而對無線資源進(jìn)行更加高效的管理，并實(shí)現(xiàn)GW-GW之間的無縫切換；（4）利用多種無線接入技術(shù)為用戶提供有效服務(wù)；（5）BS與GW對業(yè)務(wù)緩存進(jìn)行共同使用，可以顯著減少時(shí)延。

圖2 5G核心網(wǎng)的典型架構(gòu)

目前，各種無線接入技術(shù)都具備獨(dú)立的ID以及鑒權(quán)方式，同時(shí)還有GW邊緣的相應(yīng)認(rèn)證以及私密會(huì)話業(yè)務(wù)。所以每種無線接入都具有其獨(dú)立的資源管理，并且相互之間不相通。而5G網(wǎng)絡(luò)可以對功能塊進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，并對各種無線接入技術(shù)進(jìn)行有效融合，從而對接入控制、鑒權(quán)、安全密鑰等進(jìn)行統(tǒng)一。此外，5G網(wǎng)絡(luò)還采用了多路徑管理機(jī)制，利用獨(dú)立的數(shù)據(jù)路徑管理、會(huì)話管理、多技術(shù)載波聚合等方式，從而完成多中無線接入技術(shù)之間的無損切換以及動(dòng)態(tài)調(diào)整，同時(shí)對用戶層和控制層進(jìn)行有效隔離。

3 結(jié)束語

5G網(wǎng)絡(luò)可以對多種無線通信技術(shù)進(jìn)行融合，可以為頻率許可以及頻譜管理問題提供有效的解決方案，為運(yùn)營商創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)收益，同時(shí)在安全性、私密性方面可以給用戶帶來更加完美的體驗(yàn)。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)從每個(gè)細(xì)微的地方對人們的生活方式進(jìn)行改變，促進(jìn)社會(huì)以及人們生活的良好發(fā)展。

[1]李廣達(dá)，孫晨華，劉剛.衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)融合的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)[J].無線電工程，2016（3）：63.

[2]楊隨虎.5G移動(dòng)通信相關(guān)技術(shù)與國內(nèi)發(fā)展趨勢展望[J].自動(dòng)化與儀器儀表，2016（11）：104.

5G network technology and the core network architecture research

Shi yu

China Mobile Group Design Institute Co.,Ltd., Sichuan branch，Sichuan Chengdu 610045

With the continuous development of network， science and technology， and the popularity of mobile phones， computers，terminal equipment，prompt information flows become more rapid， convenient， simple and accurate. And 5G network technology not only reflects the rapid development of science and technology， but also to act quickly， the features of large capacity of information transmission. So in the future development of the information society， 5G network must be mainstream，can bring about huge change for people's life. In this paper the application prospect of 5G communication is analyzed，and the 5G core network architecture are studied.

5G network；new technology；core network architecture；intelligent network communication

TN929.5

A

1009-6434（2017）01-0009-02