趙彥濤

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5G技術及核心網網絡架構探討

趙彥濤

中國電信股份有限公司邯鄲分公司，河北 邯鄲 056107

對于各移動通信運營商來講，隨著網絡技術的不斷發(fā)展與完善，為了爭奪越來越大的市場份額，除了關注移動網絡服務質量外，還應重視新技術的應用。隨著5G移動網絡技術的快速發(fā)展，為了確保5G技術得以廣泛應用，有必要積極對其核心網絡架構進行探究。這對于我國移動網絡通信技術的發(fā)展與完善，更好地為人民服務具有重要意義。主要對5G技術及核心網網絡結構進行了探討。

5G技術；核心網；網絡架構

引言

目前，隨著我國對5G網絡技術研發(fā)力度的加大， 5G網絡通信技術呈現(xiàn)快速的發(fā)展態(tài)勢，并且部分關鍵技術已陸續(xù)進入試驗環(huán)節(jié)。因此，隨著5G網絡通信技術的逐漸完善，人們將會體驗到更快的上網速度，通信質量也會因此得到提升。所以，為了確保5G通信技術可以早日得到應用，關注5G核心網網絡架構的研究是極其重要的。

1 5G通信的應用展望及技術實現(xiàn)

5G網絡通信技術不僅有較高的網絡傳輸速度，而且在傳輸數(shù)據時具有更高的可靠性、更低的功耗與較低的延時等優(yōu)點。其中，物聯(lián)網、車聯(lián)網以及智慧醫(yī)療等均需要低功耗來予以支持。此外，5G網絡技術的應用，人與人之間的連接將變得更加緊密，同時物與物、人與物的連接速度也將獲得巨大的提升[1]。在今后多平臺的環(huán)境下，越來越多的應用程序會在5G網絡技術下進行開發(fā)，從而使得在低延時的狀態(tài)便可完成數(shù)據的高速傳輸，為人們引入更具現(xiàn)代感的新體驗。新體驗具體來講包括以下幾個方面。

（1）虛擬導航。用戶可借助5G網絡技術來對某個城市的地圖數(shù)據庫進行實時訪問。

（2）遠程醫(yī)療。假如用戶在高速行進的列車中出現(xiàn)相關病癥，則在5G視頻系統(tǒng)的幫助下，醫(yī)生可對其進行實時的醫(yī)療協(xié)助。

（3）環(huán)境監(jiān)測與智慧農業(yè)。在5G網絡技術的幫助下，物聯(lián)網可以得到快速的發(fā)展，并且對于相對偏遠地區(qū)而言，網絡也可有效地對其進行覆蓋，從而使得動植物以及水文地質變化情況可以得到實時監(jiān)測，幫助專家及時掌握相關環(huán)境變化的信息。此外，通過將5G技術與衛(wèi)星技術相結合，可以了解農作物的發(fā)育情況，幫助農作戶及時采取預案應對突發(fā)情況，例如病蟲害或旱澇等。這對實現(xiàn)增產增收有著重要作用。

（4）應急通信。當極端災害出現(xiàn)后，通過5G網絡可以保證通信以及網絡服務的正常開展，確保相關救援作業(yè)的順利進行。

2 5G核心網架構探討

現(xiàn)階段，在更改IP地址以及分組數(shù)據網網關時，只可以使用重新附著的方式來進行更改，并且網間無法頻繁變換。與此同時，使用固定錨定點，核心網路由的效率會降低。對于運營商來講，假如通過IP網絡與一個大容量的超級核心網絡進行連接，則連接成本和網絡的復雜性會因此降低，并且在降低網絡延時的同時，端到端連接的網絡實體數(shù)量也會因此減少。

2.1 扁平化IP網絡

隨著技術的進步，5G時代的基站除了擁有更多的功能外，體積也趨于小型化，提升了對場地的適應能力。在5G時代，用戶可以在任何時間和地點接入網絡，并可以一直處于在線狀態(tài)。目前，固定網元P-GW作為EPC網絡的分層結構，在拓展方面受到了限制，難以滿足今后流量增加的需要。所以，扁平化IP架構將成為今后通信系統(tǒng)發(fā)展的重要方向。其中，在扁平化IP架構體系中，可以通過給定的名稱連接終端，并依據M-ICT時代業(yè)務方面的特點進行扁平化改造。

將分布云功能集成在扁平化IP架構中（見圖1），可以實現(xiàn)數(shù)據傳輸。另外，通過邏輯GW、網絡功能虛擬化等技術，可以將垂直網絡架構變換為水平網絡架構，使其具備分布式的特點。對于運營商而言，運營投入則會因架構的變化而降低，有助于提升競爭力。比如，在建立扁平化IP架構后，網元在數(shù)據通道中的數(shù)量會大幅減少，所以運營商的OPEX以及CAPEX將大幅降低，同時降低數(shù)據傳輸時的能耗，縮短系統(tǒng)運行的延時，從而極大地提升網絡規(guī)劃的靈活性與拓展性。

圖1 統(tǒng)一扁平架構

2.2 納米核心網技術

如圖2所示，納米核心網是納米技術、云計算、全IP網絡的融合。

2.2.1 納米技術

納米技術是可以將操作精度控制在0.1～100?nm的技術。與此同時，作為更具未來感的技術，納米技術將會成為通信行業(yè)關注的焦點。隨著5G技術的逐漸成熟，可以將具備感應、計算與通信等功能的納米芯片植入在移動終端中，使其成為“納米終端”。

圖2 5G納米核心網絡架構

2.2.2 云計算

現(xiàn)階段，在網絡運營過程中，許多問題亟待解決，例如新業(yè)務的需求量與日俱增，但是現(xiàn)有網絡架構卻顯得較為乏力。除此之外，網絡中多媒體內容呈現(xiàn)爆炸式的增長態(tài)勢，但是由于存在傳輸方面的時延問題，導致出現(xiàn)大規(guī)模無效內容的分發(fā)等問題。5G網絡屬于基于云計算的異構網絡。為了保證用戶的使用不受影響，同時提升數(shù)據在各場景下的接入能力，需要建立一種新的控制機制，以便更好地協(xié)調各種制式和頻段，保證無線新技術在現(xiàn)存制式中獲得有效的接入控制。所以，云化無線資源和調度功能，使資源根據需要進行管理與劃分，并且在云端的幫助下，實現(xiàn)虛擬化無線接入與移動節(jié)點，有助于大幅降低網絡管理與建設的成本，進而實現(xiàn)現(xiàn)有無線網絡與5G網絡的統(tǒng)一營運[2]。

2.2.3 全IP網絡

扁平化的IP結構在5G網絡中有著極為關鍵的作用。3GPP在R4版本中便提到了構建全IP網絡的想法，并在接下來的版本里對此進行了詳盡的概述。對于全IP網來講，充分迎合今后無線通信業(yè)務發(fā)展的要求，以及用戶可以不分時間段和地點獲得高速的網絡服務，對于提升運營商的產品性能以及降低用戶的使用成本方面有著重要意義[3]。

3 多路徑管理和統(tǒng)一鑒權

圖2所示的核心網典型架構還有下列幾個特點：（1）通信解決方案采用多種技術聚合的接入方式予以實現(xiàn)，使得用戶的體驗可以在降低動態(tài)響應時間后得到提升；（2）在虛擬化技術建立的應用模式下，可以將控制層從數(shù)據層中分離；（3）在分布式網絡架構中，GW-GW的切換可以做到無縫銜接；（4）業(yè)務數(shù)量可在多種無線接入技術的幫助下得到提升。

目前，獨立的ID與鑒權方式已在部分無線接入技術中有所實現(xiàn)，并且隨著私密業(yè)務以及各類認證手段的完善，任何一種接入方式都可以實現(xiàn)相對獨立的資源管理，從而在一定程度增大了互通難度。但是，在5G網絡下，各種接入技術可以實現(xiàn)融合，使得控制、鑒權以及密鑰分發(fā)等可以用統(tǒng)一接入的方式來實現(xiàn)。另外，在5G網絡中，多路徑管理機制可以達到GW級別，所以各種無線接入技術之間的調度與切換可以在半靜態(tài)多無線資源、多技術載波聚合等方式的幫助下實現(xiàn)調度的動態(tài)化與無損化，并且可以實現(xiàn)分隔控制層與用戶層。

由此可見，隨著5G網絡技術的發(fā)展，為了給用戶帶來更快、更安全的網絡體驗，對5G網絡下核心網網絡架構進行科學合理的建立是極其必要的。此外，對于各通信運營商來講，隨著5G網絡核心架構的逐漸完善，其業(yè)務數(shù)量則會因此得到擴充，并且運營成本也會顯著降低，對其今后競爭力以及市場份額的增加有著重要作用。

[1]壽航濤. 新時期電信核心網建設思路探討[J]. 信息系統(tǒng)工程，2018（2）：115，117.

[2]陳一強. 融合核心網的研究和設計[J]. 網絡安全技術與應用，2018（2）：22-23.

[3]姚健. 融合的核心網在公安專網寬帶化演進中的價值[J]. 移動通信，2017，41（3）：26-29.

Discussion on 5G Technology and Core Network Architecture

Zhao Yantao

China Telecom Corporation Limited Handan Branch, Hebei Handan 056107

For mobile communication operators, with the continuous development and improvement of network technology, in order to compete for more and more market share, in addition to paying attention to mobile network service quality, we should also pay attention to the application of new technologies. With the rapid development of 5G mobile network technology, in order to ensure the wide application of 5G technology, it is necessary to actively explore its core network architecture, which is important for the development and improvement of China’s mobile network communication technology and better serve the people. The paper mainly discusses the 5G technology and core network structure.

5G technology; core network; network architecture

TN929.5

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