5G 核心网网络架构及关键技术研究

2020-01-07陆猛

通信电源技术 2020年4期

陆猛

（广西壮族自治区通信产业服务有限公司，广西南宁 530000）

0 引言

5G 移动通信网络的业务需求以及通信场景具有差异化的特征下，需要对5G 移动通信网架构和移动性重要新技术进行深入的讨论，融入软件的去中心化网络结构，而且应用移动性网络切面MDNS 技术，这样为5G 移动网络用户带来更好的体验，还可以推动我国通信行业健康稳定发展。因此，当前我国移动通信有关部门必须要深入探讨5G 核心网网络架构及关键技术的有关问题。

1 5G 网络的概述

1.1 5G 网络的概念

5G 的英文全称是5Gth-generation。事实上，5G 是移动网络通信技术发展到第5 代的产物。5G 网络表示新时代下人们对移动网络通信技术水平提出更高的要求。通信技术日益创新改善，在无线网络内部形成相当高的目标。相对于各种传统的通信网络，5G 网络将当前的每项技术以及创新技术相结合，从根本上实现集成接入，即5G 网络已经融合多项技术，具有一定的综合性和全面性。在现代化社会，已经普遍运用该综合性网络，在保证安全性的同时，将个人与其他的事物以及人密切连接。

1.2 特征

将4G 网络和5G 网络进行对比分析，不难发现，5G 网络的特征主要包括时延较低以及容量较大、泛在网、高速度等。4G 网络已经构建完善的网络架构，5G依托该架构，运用多根天线，输送高频信号，信息输送是以低频段为主[1]。5G 网络大约每秒传输15GB，在很大程度上促进广域物联网技术的稳定发展。

2 5G 核心网的网络架构

2.1 两种5G 核心网架构成形方法

5G 核心网络运用控制转发分离架构，而且真正实现会话管理与移动性管理的单独进行，在用户面上将承载概念去除，在会话的不同流中直接作用QOS 参数。利用各种用户面网元，能够在同一时间构建各种会话，而且通过不同的控制面网在同一时间管理，实现远端流量与本地分流的共同操作，通常可以将5G 核心网络架构划分成两种，一种是参考点方法呈现，另一种是服务化架构方法呈现。服务化架构主要是指在控制面运用API 能力开放形式完成信令传输，在传统的信令流程下，多个消息在各个流程中都存在，提取出类似的效益，且通过API 能力调用的形式进行封装，提供给其他的网元来访问。服务化架构创新隧道构建的模式，侧重于运用HTTP 协议进行信令交互。

2.2 两种5G 核心网络状态模型

5G 网络架构学习微服务架构以及IT 系统服务化的经验，利用模块化更好地实现网络功能之间的解耦以及整合，解耦之后的网络功能能够单独扩容、单独演进、根据需求部署；控制面板不同NF 之间的交互，运用服务化接口，相同服务能被各种NF 调用，减少NF 和NF 之间接口定义的耦合度，进而实现整网功能的按照需求定制，积极支持各种业务需求以及业务场景。5G 核心网络的状态模型有两种，分别是注册管理模型以及连接管理模型。

3 5G 核心网的关键技术

3.1 服务化架构

5G 核心网的控制平面都是对IT 系统的服务化架构进行吸取的，其服务化架构可以将以往的移动核心网网络构架重构，每个传统核心网网元都分成轻量级以及单独的网络功能模块[2]。服务化架构的具体表现在两个方面，一个是服务化的网络功能，另一个是服务化接口。服务化的网络功能是指5G 核心网的网络功能，将自身的能力作为主要服务，对于其他的网络功能能够通过接口调用为其服务。服务化接口是指通过轻量级的接口协议，让网络具有相当强的可扩展性，3GPP 标准规定服务接口协议必须要采用TCP。

3.2 控制和转发分离

当前，运营商的4GEPC 核心网的网关使用的是S-GW 与P-GW 合设的设备，形成一种Serving Area 覆盖整个省的业务[3]。在用户端发起移动互联网业务后，可以通过eNodeB 向运营商做好IP 承载网接入工作，在省会汇聚业务流量后，再向S-GW/P-GW 接进，之后将其从移动网转出来，更加方便用户访问互联网。5G 核心网运用用户平面与控制平面全部分离的架构，其主要优势在于控制平面功能模块可以在省会进行集中部署，科学调度转发平面的资源；就用户平面网络功能模块来讲，其能够结合实际需求运用分布式方法或者集中方法，合理的部署。如果用户平面功能下沉至边缘DC，就能够实现本地流量分流，且减少端之间的时延。

3.3 网络功能虚拟化和网络切片

切片技术是5G 网络中的一项关键技术，让其可以实现各种业务场景和业务类型，根据需求科学定制网络[4]。5G 核心网利用SDN 技术，让5G 核心网的硬件平台和网络功能可以解耦，形成各种网络功能模块，通过组合这些模块，形成特殊的网络切片。网络切片主要包括接入网络及核心网络等，各个网络切片间能够完成不同网络切片之间的资源共享，也能够将不同网络切片间的资源进行相互隔离。核心网络又包括两部分，控制平面以及用户平面。控制平面所采用的架构是服务化架构，而用户平面所采用的架构模式则可以根据转发性能的需求进行合理的选择。无线网接入在确保网络质量和系统容量等重要指标不受干扰的情况下，无线网络切片必须要基于无线网络DU 分层架构，能够运用虚拟化技术，将一些基础设施资源进行共享。必须要重视空口时频资源的合理运用，采用相应的帧结构等不同技术相融合的方法，实现无线资源的智能调度，还可以利用无线网络参数对功能重新配置，以实现不同的切片功能[5]。其中，网络切片管理功能可以实现切片编排管理，还可以将切片的SLA 分解成切片子网的SLA。而通信业务管理能够实现从业务需求映射到网络切片需求。