5G技术及核心网网络架构探讨

赵彦涛



5G技术及核心网网络架构探讨

赵彦涛

中国电信股份有限公司邯郸分公司，河北 邯郸 056107

对于各移动通信运营商来讲，随着网络技术的不断发展与完善，为了争夺越来越大的市场份额，除了关注移动网络服务质量外，还应重视新技术的应用。随着5G移动网络技术的快速发展，为了确保5G技术得以广泛应用，有必要积极对其核心网络架构进行探究。这对于我国移动网络通信技术的发展与完善，更好地为人民服务具有重要意义。主要对5G技术及核心网网络结构进行了探讨。

5G技术；核心网；网络架构

引言

目前，随着我国对5G网络技术研发力度的加大， 5G网络通信技术呈现快速的发展态势，并且部分关键技术已陆续进入试验环节。因此，随着5G网络通信技术的逐渐完善，人们将会体验到更快的上网速度，通信质量也会因此得到提升。所以，为了确保5G通信技术可以早日得到应用，关注5G核心网网络架构的研究是极其重要的。

1 5G通信的应用展望及技术实现

5G网络通信技术不仅有较高的网络传输速度，而且在传输数据时具有更高的可靠性、更低的功耗与较低的延时等优点。其中，物联网、车联网以及智慧医疗等均需要低功耗来予以支持。此外，5G网络技术的应用，人与人之间的连接将变得更加紧密，同时物与物、人与物的连接速度也将获得巨大的提升[1]。在今后多平台的环境下，越来越多的应用程序会在5G网络技术下进行开发，从而使得在低延时的状态便可完成数据的高速传输，为人们引入更具现代感的新体验。新体验具体来讲包括以下几个方面。

（1）虚拟导航。用户可借助5G网络技术来对某个城市的地图数据库进行实时访问。

（2）远程医疗。假如用户在高速行进的列车中出现相关病症，则在5G视频系统的帮助下，医生可对其进行实时的医疗协助。

（3）环境监测与智慧农业。在5G网络技术的帮助下，物联网可以得到快速的发展，并且对于相对偏远地区而言，网络也可有效地对其进行覆盖，从而使得动植物以及水文地质变化情况可以得到实时监测，帮助专家及时掌握相关环境变化的信息。此外，通过将5G技术与卫星技术相结合，可以了解农作物的发育情况，帮助农作户及时采取预案应对突发情况，例如病虫害或旱涝等。这对实现增产增收有着重要作用。

（4）应急通信。当极端灾害出现后，通过5G网络可以保证通信以及网络服务的正常开展，确保相关救援作业的顺利进行。

2 5G核心网架构探讨

现阶段，在更改IP地址以及分组数据网网关时，只可以使用重新附着的方式来进行更改，并且网间无法频繁变换。与此同时，使用固定锚定点，核心网路由的效率会降低。对于运营商来讲，假如通过IP网络与一个大容量的超级核心网络进行连接，则连接成本和网络的复杂性会因此降低，并且在降低网络延时的同时，端到端连接的网络实体数量也会因此减少。

2.1 扁平化IP网络

随着技术的进步，5G时代的基站除了拥有更多的功能外，体积也趋于小型化，提升了对场地的适应能力。在5G时代，用户可以在任何时间和地点接入网络，并可以一直处于在线状态。目前，固定网元P-GW作为EPC网络的分层结构，在拓展方面受到了限制，难以满足今后流量增加的需要。所以，扁平化IP架构将成为今后通信系统发展的重要方向。其中，在扁平化IP架构体系中，可以通过给定的名称连接终端，并依据M-ICT时代业务方面的特点进行扁平化改造。

将分布云功能集成在扁平化IP架构中（见图1），可以实现数据传输。另外，通过逻辑GW、网络功能虚拟化等技术，可以将垂直网络架构变换为水平网络架构，使其具备分布式的特点。对于运营商而言，运营投入则会因架构的变化而降低，有助于提升竞争力。比如，在建立扁平化IP架构后，网元在数据通道中的数量会大幅减少，所以运营商的OPEX以及CAPEX将大幅降低，同时降低数据传输时的能耗，缩短系统运行的延时，从而极大地提升网络规划的灵活性与拓展性。

图1 统一扁平架构

2.2 纳米核心网技术

如图2所示，纳米核心网是纳米技术、云计算、全IP网络的融合。

2.2.1 纳米技术

纳米技术是可以将操作精度控制在0.1～100 nm的技术。与此同时，作为更具未来感的技术，纳米技术将会成为通信行业关注的焦点。随着5G技术的逐渐成熟，可以将具备感应、计算与通信等功能的纳米芯片植入在移动终端中，使其成为“纳米终端”。

图2 5G纳米核心网络架构

2.2.2 云计算

现阶段，在网络运营过程中，许多问题亟待解决，例如新业务的需求量与日俱增，但是现有网络架构却显得较为乏力。除此之外，网络中多媒体内容呈现爆炸式的增长态势，但是由于存在传输方面的时延问题，导致出现大规模无效内容的分发等问题。5G网络属于基于云计算的异构网络。为了保证用户的使用不受影响，同时提升数据在各场景下的接入能力，需要建立一种新的控制机制，以便更好地协调各种制式和频段，保证无线新技术在现存制式中获得有效的接入控制。所以，云化无线资源和调度功能，使资源根据需要进行管理与划分，并且在云端的帮助下，实现虚拟化无线接入与移动节点，有助于大幅降低网络管理与建设的成本，进而实现现有无线网络与5G网络的统一营运[2]。

2.2.3 全IP网络

扁平化的IP结构在5G网络中有着极为关键的作用。3GPP在R4版本中便提到了构建全IP网络的想法，并在接下来的版本里对此进行了详尽的概述。对于全IP网来讲，充分迎合今后无线通信业务发展的要求，以及用户可以不分时间段和地点获得高速的网络服务，对于提升运营商的产品性能以及降低用户的使用成本方面有着重要意义[3]。

3 多路径管理和统一鉴权

图2所示的核心网典型架构还有下列几个特点：（1）通信解决方案采用多种技术聚合的接入方式予以实现，使得用户的体验可以在降低动态响应时间后得到提升；（2）在虚拟化技术建立的应用模式下，可以将控制层从数据层中分离；（3）在分布式网络架构中，GW-GW的切换可以做到无缝衔接；（4）业务数量可在多种无线接入技术的帮助下得到提升。

目前，独立的ID与鉴权方式已在部分无线接入技术中有所实现，并且随着私密业务以及各类认证手段的完善，任何一种接入方式都可以实现相对独立的资源管理，从而在一定程度增大了互通难度。但是，在5G网络下，各种接入技术可以实现融合，使得控制、鉴权以及密钥分发等可以用统一接入的方式来实现。另外，在5G网络中，多路径管理机制可以达到GW级别，所以各种无线接入技术之间的调度与切换可以在半静态多无线资源、多技术载波聚合等方式的帮助下实现调度的动态化与无损化，并且可以实现分隔控制层与用户层。

由此可见，随着5G网络技术的发展，为了给用户带来更快、更安全的网络体验，对5G网络下核心网网络架构进行科学合理的建立是极其必要的。此外，对于各通信运营商来讲，随着5G网络核心架构的逐渐完善，其业务数量则会因此得到扩充，并且运营成本也会显著降低，对其今后竞争力以及市场份额的增加有着重要作用。

[1]寿航涛. 新时期电信核心网建设思路探讨[J]. 信息系统工程，2018（2）：115，117.

[2]陈一强. 融合核心网的研究和设计[J]. 网络安全技术与应用，2018（2）：22-23.

[3]姚健. 融合的核心网在公安专网宽带化演进中的价值[J]. 移动通信，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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