5G移动网络通信技术的核心网架构分析

中国移动通信集团安徽有限公司 何梦靖

目前我国已经进入了互联网时代，5G移动通信技术、软交换技术的应用范围逐渐增加。由于网络科技的发展速度很快，加强了对移动数据互联网新技术的不断研究与运用，同时提升了移动网络服务的整体品质，这也形成了各大移动互联网企业迅速发展壮大的重要基石，同时5G移动网络通信技术也是市场实力的最主要表现，所以加强对5G移动互联网的建立与发展，并且对其核心网结构进行科学合理的构建，具有很高的技术要求。本文对5G移动网络通信技术的核心网架构进行分析和阐述，并给出相应的策略，以期对相关人员有所帮助。

1.1 5G移动通信技术发展背景

近年来，5G移动通信技术一直是通信行业与学术界的热门讨论话题[1]。之所以5G移动通信技术可以问世，主要是因为两方面原因，一方面是4G移动通信网络系统已经完成普及，商用、家用日益稳定，在社会原因的驱使下，使得5G移动通信技术研究成为技术人员的工作内容；
另一方面是由于社会的发展，使得民众的移动数据需求不断提升，为保证通信系统的稳定运行，技术人员必须研究出新的移动通信技术。服务器与应用方式越来越多，在2018年，全球移动用户高达90亿，在那时移动通信网络就需要有一个非常高的容量，然后截至今年年底，移动通信网络容量增长1000倍左右，这就使得网络运行成为了工作人员的重点关注内容。首先按照这一网络发展速度，容量的大幅度增长会提高网络能耗与比特成本，通信工程企业无力负担；
其次当流量增长后，频谱必然会发生改变，只有这样才可以保证通信网络的稳定，为了保证用户的使用体验，必须对网络使用流程进行优化。基于此，开展5G移动通信技术研究工作成为了工作人员的重点工作内容。

1.2 5G移动通信技术概念

目前5G移动通信技术正处于研究当中，与前几个移动网络技术相比，5G移动通信网络技术速度更快，通信质量更高，覆盖区域更高。但是在进行信息传播时，损耗更大，实现全覆盖需要花费更多的资金。并且5G移动通信技术的运行基础是MIMO与波束聚合。

经调查发现，目前陆续有17个国家获得了5G移动通信商用牌照。分析相关资料可知，5G移动通信技术传输波为毫米波，频率交款，并且为连续性频谱，但是衍射与绕射能力较弱[2]。因此为了提高实际应用效果，技术人员应尝试将天线与波束聚合技术结合在一起，进一步扩大5G覆盖范围。技术人员对5G移动通信技术更为严格，导致此技术具有更高的灵活性，可以进一步提高用户实际体验，也证明5G移动通信具有非常大的发展空间。

为更多地适应使用者和行业的发展，要彻底改变原来网络设备和结构的固化问题，可通过一个软件定义去中心化网络结构SoftNet，完成对5G移动网络结构的智能自定义，动态激发和灵活的组织部署5G计算机网络系统的功能，完成网关锚点的动态分发和网络资源的统一调配，从而更多地提高5G移动网络资源的效率[3]。

2.1 设计原则

在5G移动通信核心网架构设计的过程中，需要遵循如下宗旨与准则。

2.1.1 适应性

针对各种特征的通信场合，需要通过软件系统确定去中心化的基础网络结构，以便于移动的应对各种类型的通讯场合，从而增强对5G移动互联网的适应性与功能。

2.1.2 高效性

通过使用软件定义去集中的核心网络结构，可以有效提高5G移动网络资源的使用率，同时避免并克服了高额信令费用、低效数据转发和高数据传输时延的问题。

2.1.3 可扩展性

通过引入软件定义去中心化的核心网络结构系统，能够灵活快捷地提供全新服务，适应5G移动互联网升级的需要，实现新服务的高速敏捷配置与迅速反应。

2.1.4 简化功能

5G手机网络中心网的软件定义去中心化结构，提供支持移动性网络管理以及交换隧道管理工作，并且通过大规模的网元功能和通信技术为基础，能够进行5G手机网络系统的功能简单化，从而减少了5G手机网络系统功能冗余处理的问题。

2.2 5G移动通信技术的特点

由于4G移动通信网络科学技术的应用，人类对互联网信息技术的需求也愈来愈高，而4G移动通信科技也已不再适应当前人类的生活需要。因此新一代的行动通讯科技也亟需被发展。而5G就在此时出现了，并对其研究与实践都提到了最高的关注地位，而5G移动通信技术将更加关注于使用者的生活体验情况，对互联网的广域覆盖将有着更加重要的科技要求，其通讯功效充分发挥的情况将是4G的数倍，在各个方面都比较突出。由于5G移动通信技术的功率损耗相对较少，可以提高智能设备发展的速度，也大大提高了在互联网上数据传输的通畅性，而且，由于5G移动通信技术有着相对较低的时延特性，再加上高端的特点，使其在总体上的优越性更加突出，所以，5G技术发展将成为中国未来十几年中的主导互联网趋势。

3.1 网络功能虚拟化技术

5G在移动互联网中的NFV技术也是重要的核心技术，大致包括有如下[4]：

3.1.1 网络功能虚拟化组件（NFVI)

由虚拟机和服务器设备等物理数据信息资源实现对具体功能模组的包装和支撑，从而实现对数据信息的底层传送、储存和运算方面的资源支持。

3.1.2 NFV编排管理

要合理定义所需要的各个VNF的数量和连接关系，明确了各个VNF在业务链中的排列方法，并利用底层NFVI构造业务链，较好地完成对某个切片网络系统的具体控制功能，并完成了对网络资源的移动性管理工作。

3.2 5G切片中的高速通信技术、

3.2.1 基于硬件OVS的虚拟机数据转发

由于采用软件OVS的数据信息交换技术无法适应低端到端时延、低功耗的传输要求，且包头分析功能模块中对嵌套帧的分析过程也较为复杂，因此，需要引进采用硬件OVS的虚拟主机数据信息交换，并利用FPGA开发板的以太网光端口和PCIe端口实现硬件交换，其能力模板中一般包含有：

（1）安全管理模块。该模型还拥有对数据包和流控制指令的区分功能，可从主控层经PCIe到硬件交换层，对数据包和流表模块指令等下游数据信息实现新的包装和负载，从硬件交换层经PCIe到主控层，对上行数据实现信息读取和传输。

（2）流表模块。一般负责对流表项的管理维护，包含对流表项的添加、撤销、查找和编辑等，以及通过对关键字实现与流表项匹配，可以较好地优化流表结构和匹配方法。

（3）控制模块。以对流表模块提供的控制地址信号作为控制，以实现对原始数据的字段编辑、丢失、转送等。

（4）发送模块。一般是把经过操作模块更改的数据包发送到相应的接口。

（5）PCIe数据分发功能。本模型主要实现回复指令与数据消息的分离，并利用PCIe接口实现了大量数据消息的传递，可以对大量数据消息做出优先选取，并使其加入到PCIe通道口的队列状态，从而实现了大量数据消息的传送。

3.2.2 硬件OVS在中国5G移动互联网中的运用

为满足覆盖的多使用场合、多服务需要，可通过硬件OVS减少了大量数据包在虚拟化机内部的转发时延，并完成了硬件转发层面的流表监控、流表缓存和驱动管理工作，还能够通过把硬件OVS内嵌到5G移动互联网的DU处，完成对5G前传网接入流量在切片内各个虚拟化机的疏导与传输。以合理划分各种各样的服务，并实现对各种服务的定制化管理工作，从而有效提高了CU中虚拟机器之间各种数据的交换效果。

5G移动通信网络是目前发展的主导趋势。在国际上，已经对此项网络关键技术进行了大量的分析与研讨。首先是5G的核心网框架结构课题，对5G关键技术的实际应用和发展，与国际中有关的组织进行了系统有效的分析与研讨，并组建了专业的科研组织，同时配备了对国外中最先进的网络工程师开展工作的全面跟踪，以逐步的攻克技术性的难点。

5G移动通信网络的探索，世界中不同国度的研究工作者将从多目标、多方位角度实现项目的重大突破。主要涉及研究框架划分和整合、频率波动理论和技术方面的探索。针对中国5G移动通信网络的空间结构进行了技术性的研究，对一些较核心的关键技术，目前已经实现了有效的攻克，同时也提升了中国工程技术人员的认识层次和水平。以争取在未来的实际应用中，占有一席之地。

5G移动通讯网络技术是将多种互联网技术相结合的过程，将互联网技术进行了划分、压缩并且完成进一步的重构，这一过程中必须不断地进行实验推论，并且完成对各种数据的汇总与数据分析，并由此来形成了一个更加完善的网络模型。而目前，关于数据网络与IP网址的修改，对传统的互联网运行方式而言是根本无法实现改变上网频率的，因为核心网的架构下整个频率都相当低，而5G移动网络的IP网址则是要求更强大的运算能力处理器才可以完成，所以为提高通信的稳定性，减少对上网成本的耗费，就必须进一步实现通信的技术优化，从而缩短信息传递的流程，并完善连接过程。在中国5G移动通信互联网的实际应用过程中，必须突破中国传统操作的时间限制，互联网创新技术必须是具备独立性的，并且可以为中国社会互联网事业长期而稳健地发展创造更有利的技术条件。

5G时代网络技术已经完成了个人和业务之间的过渡，但在这个环境下，核心网要继续发展才能够满足对更高流量的不同要求，以适应人们的各种服务体验。

5.1 核心网NFV

NFV作为网络技术功能虚拟性结构，它是指由于采用虚幻化的软件手段，完成与传统网元相互之间的软硬解耦，这样一来各个厂商的软件系统就能够在相同的虚幻化基础设施上工作了，它有着更加明显的优越性，不但能够有效地减少运营商总体的CAPEX/OPEX，而且还能够更有效地减少了新服务和相关业务对于市场的投入时间，从一定程度上提高了结构的总体灵活性，从而达到了弹性结构。使用更加开放性的虚拟化应用，以及纯软件应用平台实现了服务与功能间的差异化要求，从而有效地减少了与服务创新相比的研发部署成本。

5G时代中，NFV是今后互联网发展的重要手段，能够给基础通讯系统带来保障。核心网虚拟化技术是一种NFV在移动核心网中的实际运用技术，它最大的目标是利用高度标准化的x86服务器进行资料储存和数据交换，以取代原来的网络系统中的专用网元，利用这些设备能够节约大量资金，经过软硬件解耦以后的网络能够更高效地进行网络资源间的灵活共用，从而促进了行业的创新发展，也实现了行业之间的高效部署。

5.2 网络切片部署策略

根据标准的具体完善程度了解产品的功能情况，并分析应用需要，在提供网上切片部署工作的过程中能够完成单区域和跨地区之间的部署工作，从核心上网逐渐进一步发展至无线、数据传输等应用领域。切片服务类型也能够从eMBB服务逐渐进一步发展至uRLLC/mIoT，随着需求量的扩大，其切块系统设计能够根据运营商完成自己的产品设计，开放切块服务能力，并经过基本的切块分配管理工作或者生命周期化管理，完成自动化的调度管理工作，能够针对各种场合，选择各种方法。运营商与个别用户切块相互之间能够提供AMF/PCF/UDM/NRF共享，但不同类型的切块相互之间存在着差异的SMF/UPF；
由于与运营商统一管理，灵活性地提供管理切片间的战略，切片双方采用了一致的用户订单信息。而公司专网切片场景则是由于AMF/UDM/NRF的共用，能够在SMF/UPF/PCF中的各个切片相互之间独自部署，在切片中也能够部署相对单一的管理策略，因此各种类型的切片能够为各种类型的服务间的路由，选择了较为独特的管理战略。

综上所述，只有通过将5G移动通信网络新技术机器核心网络结构加以更细致的剖析与研发，才能够促进实际技术的开发与推广，而随着人类社会对移动通信网络技术的需求日益增加，5G移通信网络将会对人类未来的科技发展加以合理的铺垫，进而提高了人类应用互联网的效能与速率，在大数据的管理上也可以更加有效地实现目标，并最终促进人类社会的通讯科技的发展。

引用

[1]许莎佳.5G移动网络通信技术的核心网架构分析[J].信息通信,2018(10):224-225.

[2]李秋伟,刘帅.联通5G网络通信技术及核心网架构研究[J].电子技术与软件工程,2021(2):36-37.

[3]赖光何.5G移动网络新技术及核心网架构的几点思考[J].信息通信,2020(3):245-246.

[4]李斌,许凤丽,刘瑞,等.联通5G网络通信技术及核心网架构研究[J].信息与电脑(理论版),2020,32(3):139-141.

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