面向未来移动通信的核心网架构探究

高 瞻，李腾飞

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210019）

0 引 言

分析5G网络发现，其具备网络运行速度快和可以合理缩短时延等应用优势。此外，5G网络拥有更加广泛的客户范围与覆盖面积，为了让5G技术的实际作用得到充分体现，需要深入研究和分析未来移动通信的核心网架构。

1 将4G网络作为主要基础的核心网虚拟化架构研究

1.1 4G网络构架的组成及实际作用分析

通常，在4G网构架中，核心网的主要构成包含一系列的物理网元，主要通过标准接口的实际利用实现相互之间的通信。4G网络架构的实际作用是分别控制用户界面和控制界面。其中，构成控制面网元的主要内容包含移动管理实体、归属签约服务器、服务GPRS支持节点以及计费和策略功能，完成接入管理和鉴权移动性管理是控制网元的主要职能，并且其实际功能还包括策略控制和对话管理等。用户面网元的主要内容包括服务网关和PDNGW等，管理地址、管理隧道以及转发用户的数据包是用户面网元的主要职能。虽然在4G网络架构中用户界面与控制界面间具有较强的独立性，处于分离状态，但是在PDNGW和SGW中有着与控制面相关的功能，涉及到的主要体现是建立用户面隧道、分配IP地址以及开展会话管理工作等[1-3]。

1.2 针对核心网虚拟化的有效分析

在将核心网虚拟化的过程中，通常采用一种相对简单的方法，即针对4G网络架构中存在所有物理网开展单独的虚化工作，具体指将MME、SGSN、HSS以及PCRF等控制面网元所涉及到的功能在软件及硬件表面进行全面实现。将用户网元和PDNGW拆开会得到两种主要形式，即GW控制面和转发面功能，还可以在交换装备上实现GW转发功能的集成，从而使得相关操作变得更加简单和便捷。针对其他控制面功能来说，如PDNGW和SGW等，可以采取有效措施对其进行虚化，之后成为GW控制器。针对GW控制器进行虚化之后，可以通过利用SDN接口协议的辅助实现控制GW转发器[4]。

1.3 基于4G架构的核心网虚拟化解析

GW控制器的实际作用是完成GW转发面的有效明确，还有建立部分隧道协议。在完成对MME/SGSN规划建立的响应请求进行接收之后，会对OFS进行合理选择，使其成为此会话对应的GW转发面。而GW控制器的主要作用是科学分配GTP隧道中包含的信息，同时结合实际情况建立相应的会话转发表。通过SDN控制器的实际作用能够将以上得到的转发表完成向OFS的发送。在GW控制器、MME/SGSN之间能够形成对应的S4/S11接口，同时保证具备一定的便捷性，进而完成通信任务，并且在整个通信过程中不会对4G架构产生不良影响，也不会阻碍各环节的正常运行。

2 面向未来移动通信的核心网架构研究

2.1 虚拟核心网架构的集成化分析

在开展构建虚拟核心网架构工作之前，需要保证不改变4G网络架构。在虚拟化平台上面，网元传输数据的过程中相关的全部信息处于共享状态，不仅可以缩短不同的时延，而且还能有效减少网元间的接口和信令交互，从而让通信效率得到全面提升。在虚拟化平台中能够在保证便捷性的前提下实现核心网元相关的全部功能，而完成集成的核心软件包具备一定的实际作用，即合理减少网元间的接口，使整体的运行流程得到有效简化，并使时延得到适当缩短，进而让系统运行过程中具备更好的便捷性[5,6]。

2.2 构建多张网络并存的核心网有效措施

与4G网络进行比较分析，5G网络具备更强的多样性，能够结合不同场合的特点和需求，采取有效措施进行满足。对5G网络来说，不仅需要其拥有足够支撑密集网络的能力，还应该可以实现大量不同的连接，并且要保证数据源安全且迅速地传输。在5G网络进行实际应用过程中，没有对同一时间满足全部性能提出相关要求，如果想让一张网络同时满足全部需求，则需要对网络自身的质量和效率提出较为严格的要求，同时以上过程中需要克服巨大困难和挑战。而通过应用虚拟化技术可以实现对全新移动核心网的构建，将原有的所有功能输入在编码器中，能够实现多方面的功能性突破，如将硬件资源向核心网完成合理分配、加载相关软件以及科学配置网元等，并且能够让网元之间的全部链路得到合理有效地分配。多张专用核心网并存如图1所示。

图1 多张专用核心网并存

2.3 多张专用核心网并存的实际作用

通常情况下，运营商会对两张虚拟核心网进行实际运用。其中核心网一的主要任务是实现人与人之间的网络通信，核心网二的主要作用是为物联网提供专门的通信服务。运营商需要通过应用专用网络将终端服务提供给物联网，同时能够针对物联网具备的基本特点提供相应的优化措施。针对存在一定差异的虚拟化核心网，能够将所有的基础设施进行转发，进而达到资源共享的目的，提高数据传输的便捷性和有效性[7-9]。

2.4 未来核心网的网络智能化管理

通过实现智能管理可以合理配置所有网络中的资源，同时还能针对网络的整体运行过程实施连续性监控，并结合实际的网络运行有针对性地做出科学调整，进而让网络能够始终处于运行过程中的最佳状态。5G网络时代的到来可以通过对NFV的合理引进和应用实现不同核心网的同时运行，但是在实际的工作开展过程中存在一些亟需解决的问题，如核心网的配置工作变得复杂，且对维修工作的开展来说存在较大的阻碍。为了让专用核心网同时运行的顺利性得到有效保证，需要技术人员做好网络的自动安装工作，同时提高对资源配置与维修工作的重视，增强网络智能化管理意识。首先，了解和收集实际运行中网络的基本情况并展开全面分析；其次，针对存在的重要空闲资源进行归集；最后，对具备关联性的业务信息做好总结分析[10]。开展信息收集工作的主要目的是有效掌握终端涉及到的所有模式，使其成为网络优化工作开展的主要依据。而针对网络智能管理系统来说，需要在保证信息收集全面的基础上采取有效措施对信息进行科学处理。同时为了让运营商内部的管理工作人员能够提高信息配置的清晰及合理性，需要结合实际情况设施专门的接口。工作人员应该收集和处理的信息包含网络服务要求和策略信息，策略信息主要指能够实现对网络进行部署和优化的策略，而其中包含的网络服务要求具体指企业或者政府部门等相应客户的基本要求。智能化管理系统的建立需要结合实际的部署及优化需求，合理建立网络系统，并保证整体的安全可靠性。未来核心网的网络智能管理系统如图2所示。

图2 未来核心网的网络智能管理系统

3 结 论

本文在虚拟化的4G核心网基础上建立针对5G网络的集成化、虚拟化核心网架构。通过此种架构的实现能够达到对网络实行智能化管理的目的，从而为多种核心网的同时存在提供便利条件。集成化虚拟核心网的实际作用是集成核心网对应的全部功能，并科学分离用户模块与处理模块，顺利实现各种分布式处理功能，同时通过合理引入智能管理模块，使得网络的运行更加顺畅，并方便工作人员的日常维护。