摘要：网络技术的发展迅速，加强了移动数据网络新技术的不断开发和应用，并且提高了移动网络服务的质量，这就成为了各大移动网络公司发展的基础，也是市场竞争力的重要体现，因此加强5G移动网络的建设和发展，并且其核心网架构进行科学的建造，有着重要的要求。
关键词：5G；通信技术；核心网；架构
面对5G移动通信网络日趋多样化、差异化的通信场景和业务需求，需要探讨5G移动通信核心网架构及移动性关键新技术，引入软件灵活定义的去中心化网络架构，并提出移动性驱动网络切片MDNS技术、5G切片高速通信技术和边缘缓存技术，结合5G移动通信网络部署特点和回传网络拓扑，实现5G移动网络的资源优化，提升5G移动网络用户体验。
一、5G的定义
5G的核心是毫米波技术，这是一种低频且距离较短的接入方式和技术，一般将频率设置在三十赫兹以上以及六十赫兹以下是正常的标准。通过短距离方式接入数据，能够加大频率的范围，为更多的用户提供服务。其中高密密度移动用户适合高阶天线列阵的技术，从设备到设备，终端与基站之间的通信是对链路网络与联合两方面灵敏度有效的利用，能够增强网络运输的可靠性，这种信号连接方式具有比较强的稳定性，并且灵敏度很高。5G通信技术是设备间的通信，应用后能够有效的提高用户的体验效果，保证了网络传输的速度，在一定程度上也是一个国家技术实力的体现。
5G网络虚拟功能能够保证虚拟网络的赢家，支持软件的运行，降低了网络的损耗，微蜂窝的涵盖面比较低，应用的频率响度高，这就能够对房屋或者临时区域进行覆盖。增强网络资源的利用效率，扩展内存，加强网络信号以及减少其他信号的干扰是必要的。此外，同频操作是根据网络词谱进行差异性信号发射与接收实现的，这能够有效的提升网络接收的速度，将不同网络资源划分给不同的用户。
二、15G移动通信核心网架构分析
传统的网络部署要根据业务的峰值容量进行资源的配置，存在网络资源过度配置而导致网络拥塞的现象，原有的网络集中控制和集中路由无法适应网络业务的实际变化需求，也无法使边缘存储和边缘计算获得良好的支撑。为了更好地应对用户及业务的需求，要改变原有网络设备及架构的固化问题，可以采用一种软件定义去中心化网络架构SoftNet，进行5G移动网络架构的智能化自定义，动态激活和灵活部署5G网络的功能，进行网关锚点的动态分配和资源的统一调度，较好地提升5G移动网络资源的利用效率。
（一）设计原则
在5G移动通信核心网架构设计的过程中，主要秉持以下理念和原则：
1.适应性
面对不同特征的通信场景，必须采用软件定义去中心化的核心网络架构，以动态地适应不同的通信场景，提升5G移动网络的适应性和功能。
2.高效性
通过采用软件定义去中心化的核心网络架构，有效提升5G移动网络资源的利用率，规避和解决高信令开销、低效数据转发及高传输时延的缺陷。
3.可扩展性
通过引入软件定义去中心化的核心网络架构体系，可以灵活高效地支持新业务，满足5G移动网络升级的需求，进行新业务的快速灵活部署和快速响应。
4.简化功能
5G移动网络核心网的软件定义去中心化架构支持移动性管理和转发隧道管理，基于大量的网元功能及通信协议的前提，可以实现5G移动网络的简化，避免5G移动网络功能冗余的问题。
（二）5G移动网络Soft Net的逻辑架构及功能分析
5G移动网络采用软件定义去中心化的Soft Net的非集中式网络控制方式，有效提高网络的灵活性和可扩展性，主要由统一接入网和基于SDN的核心网构成，其中：统一接入网的无线接入点均连接到核心网边缘的本地接入服务器LAS上，通过任意无线接入点服务的移动终端或LAS上的分布式网关，进入到核心网中进行访问。基于SDN的核心网主要实现移动性管理和通信控制管理，由软件的网络功能实现移动性管理、QoS控制和网络管理，通过网络控制器和网络基础设施进行网络控制，提供网络管理策略，并动态决定QoS控制的参数。同时，在进行网络移动性管理的过程中，要重点关注移动性锚点的具体位置和部署方式，可以将LAS作为分布式网关部署于接入网之中，支持分布式移动性管理，实现对异构接入网络无线资源的多接入协调和统一调度，有效实现5G移动网络的移动性事件管理，包括位置管理和切换管理，并通过对分布式网关的控制和管理，实现本地流量卸载。
（三）5G移动通信技术的特点
随着4G移动通信网络技术的广泛应用，人们对移动网络技术的要求越来越高，4G移动通信技术已经不能够满足当前人们的需求。新的网络通信技术急需被开发。5G在此时诞生，并对其研发和实验都提上了高度的重视地位，5G移动替你高兴技术更注重用户的体验情况，对于网络的广域覆盖有着比较重要的要求，其连接功能发挥的情况是4G的几倍，各个方面都比较突出。5G移动通信技术的能耗消耗较低，这样就能够提升智能设备研发的速度。5G移动通信网络的热点容量比较高，能够有效的克服4G在技术流量大传输上速率下降的劣势，在5G移动通信的应用下，能够对传输的速率进行平均划分，保证了网络传输的顺畅性，此外，5G移动通信技术有较低的时延性，加上高端的性能，之一技术在整体上的优势比较突出，因此，5G技术将成为未来十几年中的主流网络趋势。
三、5G移动网络新技术的应用分析
（一）网络功能虚拟化技术
5G移动网络中的NFV技术是重要的关键技术，主要涵盖有以下内容：
1.网络功能虚拟化组件（NFVI）
由虚拟机和服务器等物理资源进行具体功能模块的封装和承载，进行数据的底层传输、存储和计算的资源支撑。
2.虚拟化网络功能（VNFs）
采用NFV软件技术进行部署，具体执行某一特定功能，诸如：域名解析系统、网络地址转换系统、防火墙等。
3.NFV编排管理
要合理确定所需的多个VNF的数量及连接关系，明晰多个VNF在服务链中的排列方式，并通过底层NFVI构建服务链，较好地实现特定切片网络的具体功能，实现对网络系统资源的移动性管理。
（二）5G切片中的高速通信技术
1.采用基于软件OVS的虚拟机数据转发
可以基于Open Flow协议进行网络控制层和数据层的通信标准，由控制层提供开放性接口，实现多样化的网络控制和管理，由开放高效的网络架构实现不同业务数据流的高效转发。在软件OVS的虚拟软件交换平台之中，能够通过ovs-dpctl、ovs-ofctl和ovcdb-tool这三个控制器，实现良好的控制访问、网络隔离和流量监控，其中：ovsdb是OVS的配置数据库，用于存储远程控制模式下的配置信息，远程调用RPC进行通信。Ovs-vswitchd是OVS的核心部件，主要控制和处理datapath的上报信息及功能模块。Datapath是OVS数据转发的核心功能模块，主要提取并匹配数据包关键字信息，负责转发规则的维护和管理，并进行匹配成功/失败信息的上报。
2.基于硬件OVS的虚拟机数据转发
由于基于软件OVS的数据转发难以满足低时延、低能耗的通信需求，包头解析模块对嵌套帧的解析流程过于繁琐，为此，要引入基于硬件OVS的虚拟机数据转发，通过FPGA开发板的以太网光接口和PCIe接口进行硬件转发，其功能模块主要包括有：
（1）管理模块。该模具具有对数据包与控制命令的区分功能，可以从控制层面经PCIe到硬件转发层面，对数据包和流表模块命令等下行数据进行新的封装和承载，从硬件转发层面经PCIe到控制层面，对上行数据进行信息读取和发送。
（2）预处理模块。主要实现对数据包类型的区分，提取不同数据包的关键字信息，并将其发送给流表模块，将原始数据缓存于RAM之中，具体处理流程为：数据包类型侦测——关键字提取。
（3）流表模块。主要实现对流表项的维护，包括流表项的新增、删除、查询和修改等，并对关键字进行流表项匹配，较好地优化流表结构和匹配方式。
（4）操作模块。以流表模块输出的操作地址信息进行操作，进行原始数据的字段修改、丢弃、转发等。
（5）发送模块。主要是将操作模块修改的数据包发送至对应的端口。
（6）PCIe数据分发模块。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆该模块主要实现回复命令和数据的区分，并通过PCIe接口进行数据信息的上发，能够对数据进行优先级选择，使之进入到PCIe通道的队列之中，进行数据信息的传输。
3.硬件OVS在5G移动网络中的应用
为了解决覆盖多应用场景、多业务需求，可以采用硬件OVS降低数据包在虚拟机之间的转发时延，实现硬件转发层面的流表控制、流表缓存和驱动管理，可以将硬件OVS嵌入到5G移动网络的DU处，实现5G前传网络接入流量在切片内多个虚拟机的疏导和传送。也可以将硬件OVS嵌入到5G移动网络的CU处，合理区分不同类型的业务，实现不同业务的定制化处理，有效提升CU中虚拟机之间数据的转发效率。
（三）5G移动网络边缘存储技术
缓存策略是5G移动网络中的关键技术，主要涵盖以下内容：
1.CDN缓存
该缓存技术将分发任务卸载到副本服务器，降低源服务器载荷，并将内容部署在临近用户的位置，减少用户访问时延，提升内容的可用性，有效缓解网络的拥堵现象。
2.基站缓存
可以在现有的宏基站（MBSs）和微基站（SBSs）进行缓存部署，替代原有的网络回程链路，使之成为没有回程链接的微基站，进行用户内容的灵活高效分发服务和部署，有效缓解5G移动网络中回程链路的拥堵问题，提升5G移动网络的能效。
3.终端设备缓存
可以根据既有的信息进行用户内容的推送，也可以依据用户偏好信息，进行基站主动下载用户内容并传送给用户，有效改善移动网络中用户的体验质量。
4.缓存策略
可以采用最近最久未使用算法（LRU）、最近最少使用算法（LFU）和缓存最流行算法（MPC），有效提高蜂窝网络的带宽，降低网络端到端的延迟。
四、5G移动通信技术的核心网构架
5G移动通信网络是目前发展的主流趋势。在国际上，对此项网络技术展开了一系列的分析和研究。首先是5G的核心网框架结构问题，对5G技术的应用与开发，国际中相关的额组织开展了有效的分析和研究，成立了专门的科学研究小组，并且配备了国际中优秀的网络工程师进行工作的跟踪，进一步打破技术性的难题。
5G移动通信网络的研究，世界中各个国家的科学研究人员从多方向、多角度出发进行项目的突破。包括研究框架拆分与重组、频率波动以及技术层面的研究。对于5G移动通信网络的空间结构展开技术性的分析，对于一部分核心的技术，已经取得了有效的突破，同时也扩展了工程人员的知识水平和技术水平。力争在未来的广泛应用中占据一席之地。
5G移动通信网络技术是由多个网络技术相结合的，将网络技术进行拆分、压缩以及重新的构建，这一过程需要反复的进行试验推论，从而进行数据的整理和分析，以此来构建一个完整的网络模块。
目前，对于数据网络与IP地址的更改，对于传统的网络运行来说是无法随意切换网络频率的，核心网的框架整体频率比较低，而5G移动网络的IP地址是需要强有力的运行能力处理器才能够实现，因此为了增强信号的稳定性，降低网络成本的消耗，必须进行网络通信的优化，简化信号传输的过程，完善连接流程。在5G移动通信网络的使用过程中，需要打破传统操作的局限，这一网络新技术是具有独立性的，能够为我国社会网络持续稳定的发展提供有力的条件。
五、5G时代虚拟化核心网组网架构演进
5G时代通信技术实现了个人与行业之间的转变，而在此种环境下，核心网要不断演进才可以适应更高流量的不同需求，满足人们的不同业务体验。
（一）核心网NFV
NFV作为网络功能虚拟化，就是指通过虚拟化的软件技术手段，实现在传统网元之间的软硬解耦，这样不同厂家的软件可以在同一的虚拟化基础设施上运行，其具有较为显著的优势，不仅可以有效地降低运营商总体的CAPEX/OPEX，也可以有效地缩短新业务以及相关服务面向市场的投放时间，在一定程度上增加了架构的整体灵活性，实现了弹性架构。通过更加开放性的虚拟化应用以纯软件应用平台满足业务以及功能之间的不同需求，有效地降低了业务创新之间的开发部署成本。
基于现有网络向NFV网络演进，业务部署虽然更为复杂，但是会向更加灵活快速的部署方向演进，其整体运维管理相对较为复杂，但是呈现着简化运维演进的趋势。多元化的硬件也向归一化硬件、资源共享演进。
5G时代中，NFV是今后网络发展的基础性技术手段，可以为基础通信网络提供支持。核心网虚拟化是一种NFV在移动核心网中的实际应用，其主要的目标就是通过标准化的X86服务器进行存储与交换，替代原有的通信网络中的专用网元，该设备可以节省资本，通过软硬件解耦之后的网络设备可以有效地实现资源之间的灵活共享，有利于业务的创新发展，实现了业务之间的快速部署。
（二）网络切片
在5G时代需要实现全新的技术方案，满足数据传输速率的需求，增强用户体验。对此，要通过网络切片的方式为其提供支持。
1.网络切片含义
所谓的网络切片就是端与端之间、逻辑功能之间的有效集合以及其需要的物理或者虚拟资源，其主要涵盖了接入网、核心网络以及传输网络等不同的网络框架，在5G网络系统中网络切片是虚拟化的专网系统。网络切片就是一种基于传统网络系统的专有硬件系统，可以是一种基于NFV/SDN通用基层设施构建的系统，对此在实践中要基于同一的平台建设进行系统化的管理，则可以有效地实现低成本高效率的运营管理。
2.网络切片的选择
网络切片的选择过程中，通过NSSF与NRF可以有效地增加5G网络的功能，可以满足网络切片之间的相关功能。
网络切片选择协助信息（NSSAI），其属于签约性信息，可以标识特定的网络切片，通过终端携带处理，UE可以通过NSSAI实现RAN以及CN网络切片的选择。
3.网络切片选择功能（NSSF）
引入独立的NSSF控制平面网络功能，实现网络切片的灵活选择，可以为UR选择网络切片提供实例集，确定NSSAI，基于配置或者通过NRF询问的方式确定UE服务中的AMF集。
4.网络切片部署策略
基于标准的具体完善程度了解产品的支持状况，分析用户需求，进行网络切片部署的过程中可以实现单域与跨域之间的部署，由核心网络逐步演进至无线、传输领域。切片业务类型可以由eMBB业务逐步发展为uRLLC/mIoT，根据需求扩展，其切片设计通过运营商进行独立的设计，开放切片能力，通过基础的切片配置管理以及生命周期化管理实现了自动化的编排管理。
根据不同场景选择不同的方案。
运营商个人用户切片可以实现AMF/PCF/UDM/NRF共享，而不同的切片之间含有不同的SMF/UPF；通过运营商统一控制，灵活的控制切片之间的策略，切片之间通过相同的用户签约数据信息。企业专网切片场景是通过AMF/UDM/NRF共享，在SMF/UPF/PCF中不同切片之间单独部署，在切片中可以部署较为独立的管理策略，不同的切片可以为不同的业务之间的路由设定较为特定的策略。
结论
只有将5G移动通信网络新技术机器核心网架构进行详细的分析和研究，才能够有利于实际技术的研发和促进，随着人们对移动通信网络技术的要求不断提升，5G移动通信网路会对未来的技术进行有效的铺垫，从而提升人们使用网络的效率和速度，在数据的处理上能够更高效的实现目标，最终有利于社会的通信技术发展。
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论文作者:高慧源
论文发表刊物:《基层建设》2019年第26期
论文发表时间:2019/12/18
标签：网络论文; 切片论文; 架构论文; 移动通信论文; 功能论文; 数据论文; 核心网论文; 《基层建设》2019年第26期论文;