5G移动网络通信关键技术探究

【摘要】移动通信对我们的生活产生了重大影响，面临大众提出“万物互联”愿景后， 5G 移动通信技术应运而生。2020年随着5G逐步商用，本文简要阐述了5G概述，重点论述了支撑 5G 移动通信架构的三大关键技术，包括服务化的结构SBA、多接入边缘计算 MEC、网络切片技术。

【关键词】5G;移动通信;SBA;边缘计算;网络切片

中图分类号：TN94                     文献标识码：A                     DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2021.07..005

随着科技的进步越来越多的新业务新场景对移动通信能力提出了新要求，4G网络已难以满足移动通信的需求。因此，新一代移动通信系统5G诞生了。根据移动通信的发展规律，5G具有超高的频谱利用率，广阔的网络覆盖面，可靠的传输，超低的时延，极大的提高了用户体验。与4G网络相比5G网络具有超密集覆盖，低时延传输的特点，满足“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。因此，为了能够发挥5G移动通信的应用价值，我们应积极响应国家号召，大力研究5G网络关键技术，推动5G技术落地。

1.5G网络概述

5G不是一种单纯的网络技术或简单被定义为全新的空口接入技术，而是面向业务应用和用户体验的智能网络。不同于以往的通信技术，5G网络将成为面向2020年以后人类信息社会需求的无线移动通信系统，它是一个多业务多技术融合的网络，通过技术的演进和创新，满足未来包含广泛数据和连接的各种业务的快速发展需要，提升用户体验。

目前5G应用分为三大类场景：第一类应用场景为eMBB 增强移动宽带，即提升用户宽带网络使用的体验，让用户体验低时延、高带宽网络。第二类应用场景是URLLC超低时延高可靠通信，应用于未来高科技控制技术，如无人驾驶汽车，远程手术控制等。第三类应用场景为mMTC海量机器通信，即应用于我们美好的愿景----万物相连。三类场景对应的网络需求不尽相同，侧重点也各自不同，因此5G网络架构需要满足三类应用场景的需求。

根据3GPP定义，5G网络架构可分为非独立组网（NSA）和独立组网（SA）两种模式。SA是指无线侧采用5G基站，核心网采用5G核心网的组网架构，该架构是5G网络演进的终极目标，但整个网络架构的重建势必耗时耗财，于是NSA网络架构应运而生。NAS是4G网络向5G网络平滑过渡而诞生的网络架构，该架构下4G基站和5G基站并存，采用4G網络或5G网络组网。NSA架构一方面充分利用现有的4G网络资源，一方面加大建设5G网络，逐步实现5G的平滑过渡和4G的顺利隐退。

2. 5G网络关键技术

2.1 服务化的结构SBA

随着社会的发展，不同领域对5G提出了不同的需求，为了同时适应不同领域的应用，5G网络架构被寄予了非常高的期望。因此专家提出Cloud Native的理念，欲将5G网络从以下两方面进行变革：一方面用户平面与控制平面功能分开，允许灵活部署，独立扩展。一方面将控制功能模块化，将控制面功能抽象成为多个独立的网络服务，使网络服务模块化，多样化，独立化，能快速构建网络。

因此，基于服务的架构SBA（Service Based Architecture）应运而生，SBA借鉴IT网络系统“服务”功能，采用将网络功能（NF）模块化，将网络解耦成不同模块，再通过模块组合重新构成核心网，实现了网络功能的灵活组合、业务的敏捷提供。SBA颠覆了传统的网络架构，它是一种新的网络架构，它也是5G网络的基础。与传统的拓扑网络结构相比，SBA具有模块便于定制，接口易于扩展，服务独立部署、易于升级等特点。

5G的SBA架构充分体现了网络架构的开放性，各NF相互解耦，类似一个独立的模块，它们采用统一的服务接口，便于调用。搭建应用业务时只需要选择对应的NF，并且还可以根据业务需求对相应的NF进行修改，却不会影响到其他的NF，使新业务能快速上线。因此服务化架构是5G核心网络演进的基础，未来网络将按照此线路持续演进。

2.2 多接入边缘计算 MEC

随着5G的到来，产生了如车联网、智能家居无人机、智慧农业、虚拟现实/增强现实、工业控制等新场景。这些新应用领域对移动网络的服务能力提出新的要求，车联网、自动驾驶需要更低的时延降低安全风险系数;智能家居将家中的智能设备统一连接，为家庭自动化提供全方位的信息交互功能，甚至根据用户所在位置进行具体业务优化功能;而另一些应用可能要求业务在网络边缘具备移动能力。这种情况下，MEC的出世为满足日益增长的业务需求提供了很好的技术和架构支撑。

MEC（Multi-access Edge Computing）是ETSI标准组织提出的概念，即多接入边缘计算，其基本思想是把云计算平台从移动核心网络内部迁移到移动接入网边缘，实现计算及存储资源的弹性利用。这一概念将传统电信蜂窝网络与互联网业务进行了深度融合，旨在减少移动业务交付的端到端时延，发掘无线网络的内在能力，从而提升用户体验，给电信运营商的运作模式带来全新变革，并建立新型的产业链及网络生态圈。

移动边缘计算它是一种网络架构，利用无线接入网络为用户就近提供需要的服务。移动边缘计算采用就近原则创造出一个具备高性能、低延迟与高带宽的网络服务环境，让用户体验高速、不间断网络服务，提升用户体验。据估计，将应用服务器部署于无线网络边缘，可在无线接入网络与现有应用服务器之间的回程线路（Backhaul）上节省高达35%的带宽使用。MEC就是为解决未来网络拥塞和时延的网络架构，是5G网络在物联网应用的基础技术之一。

2.3网络切片

在5G网络中，我们会面临不同的业务场景和新的业务需求，而传统的物理设备和物理设施无法根据这些业务进行灵活配置，网络切片则是解决这些新需求的关键技术，亦是未来发展趋势。根据3GPP对网络切片的定义：网络切片（Network slicing）是通过切片技术在计算机硬件上虚拟多个网络，每个网络具有不同的功能，每个网络相互隔离，能独立的提供不同的服务。根据移动通信5G网络的三大应用场景，对应的网络切片的类型分别是eMBB切片、mMTC切片、uRLLC切片。对应的5G网络切片架构示意图如图1所示。下面举例说明网络切片的应用场景：5G网络硬件物理资源建设完成后，运营商按需购买物理资源，再根据大众业务需求使用物理资源虚拟出一个eMBB切片网络，之后再针对垂直行业中的智能抄表需求使用物理资源再虚拟出一个mMTC切片网络，两个切片网络分别为不同业务场景提供服务。虽然垂直行业中各行业业务需求具有多样化，但是这些业务需求都可以解析为时延、连接数、带宽和可靠性等网络功能的需求。

网络切片最关键的特征是在统一的底层物理设施基础上实现多种网络服务，因此网络切片形成多种独立的网络环境后，还需要将各个网络环境统一管理起来，形成一个有机整体，才能提供正常服务。5G网络是通过NFV（虚拟化）和SDN（软件定义网络）技术来实现各个虚拟网络的统一管理和资源切分。NFV技术实现网络资源统一管理，通过虚拟化技术根据用户需求按需分配资源，实现资源的切分。SDN引入了控制器，它相当于人的大脑，用来统一指挥数据的发放，实现控制与转发分离、灵活调用和集中控制、增强业务编排的灵活性和可扩展性。

3. 结束语

面对未来新业务新场景对移动通信的挑战，5G网络以SBA架构构建核心网，颠覆传统的拓扑网络结构，结合网络切片实现按需分配，实现资源的最大利用，应用边缘计算技术解决未来网络时延、拥塞等问题。采用三大技术满足未来5G网络三大应用场景下的业务需求。因此5G的广泛应用已成为必然发展的趋势，我们一起来迎接5G移动通信大热潮吧。

参考文献：

[1]大唐.演进、融合与创新5G白皮书「R/OL」.大唐无线移动创新中心.2013

[2]中国通信协会.5G核心网前沿报告「R/OL」.中国通信协会，2019

[3]俞一帆，任春明，阮磊峰，SooJinTan.移动边缘计算技术发展浅析[J].电信网技术，2016（11）：59-62

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[5]网络资源.5G通信技术网络切片技术讲解[J/OL].https：//max.book118.

[6]宋菲，侯乐青.SDN/NFV标准及开源项目发展现状研究[J].信息通信技术，2016（1）：63-67，76.

作者简介：梁艳，汉族，湖南长沙人，硕士，助教，研究方向：通信技术。