摘要：5G是第五代移动通信网络的简称，其产生在海量移动数据剧增的社会背景下。目前，世界范围内的国家普遍都表明了对5G的需求和愿景。据此背景，笔者首先介绍5G网络新技术，然后再重点探究其核心网络架构。
关键词：5G 网络；网络架构；纳米核心网
引言：5G网络是未来科技时代的代名词，目前国际上对5G网络科研工作正在如火如荼的进行。我国政府部门也加强了对网络科技的工作，想要先一步完成5G网络的建设。向世界展现我国的科技水平和综合实力，信号站的建立已经开始，不久我们将迎来真正的5G时代。下文对5G网络的新技术和核心网架构成作系统的研究工作。
1、5G概述
表1所示是5G 与4G 网络在技术上的对比。
表1 5G与4G的技术对比
结合表1，5G网络的出现使信息通信不再受时空限制，且人与物的距离得以大幅度缩短及人与万物皆可实现互联互通。
1.1 5G应用场景
到2020年，物联网的应用预计会广泛普及到运动健身、车载娱乐、移动医疗、智慧城市及智能电网中，且5G 网络可为移动游戏、超清视频及虚拟现实等应用服务提供技术支持，而此类移动交互式应用在无线接入带宽、通信延迟方面的要求很高。在急救人员跟踪、入侵监测、无人机远程监测及紧急语音通话等公共安全领域，5G 通信要求实现高可靠、零延迟的标准。
1.2 用户终端的需求
5G网络面向的是围绕终端用户的通信服务，因此用户体验是需要关注的焦点。到2020年，要求5G网络面向在线游戏、云存储、增强现实及超高清视频等业务提供远超现有网络的无感知延时及无线接入带宽；要求在发生病疫、战争及自然灾害等时提供高效的应急通信服务；要求在飞机、高铁等高速移动实体中提供优质的移动性支持，同时提供娱乐、邮件收发及实时网络接入等服务。从目前的情况来看，社会越发重视能耗与能量利用效率的问题，因此无限降低执行网络功能时的能耗至关重要，据此要求5G 支持绿色环保、低功耗的移动通信网络。
2、5G 网络核心构架研究
5G 网络是未来的发展潮流，国际上对网络技术进行有效的分析研究。首先是 5G 网络的核心构架，对于 5G 技术的发展应用。国际上的相关组织进行分析研究，成立专门的科研小组，配备国际上最顶尖的网路工程师进行科学研究，突破技术难关。
在对 5G 网络的研究过程中，各国科研人员从不同的角度进行突破。有的进行构架的拆分重组方向研究，有的从频率波动方面研究，有的从技术层面进行突破。对于 5G 网络的空间结构对技术手段和发展进行策略分析，在研究过程中取得了一定的科研成果，对核心技术进行公关，拓展知识技术水平。SDN 技术以及 NFV 技术在未来将应用在网络技术当中。
5G 网络技术是由多想网络技术进行融合，将网络技术拆分，重组，压缩，构建，进行多次实验，收集数据，分析整理，尽可能的完成一个网络技术模块的构建。
3、5G 核心网架构探讨
在目前的网络架构中，UE更改分组数据网网关（P-GW）及IP地址时，只能通过重新附着的方式，无法支持频繁的网间切换。同时，固定锚定点的使用，也造成了核心网路由的低效率。如果所有运营商都能通过IP网络连接到一个拥有巨大容量的超级核心网络，则能大大减少连接成本，降低网络复杂性，同时可以减少端到端连接的网络实体数量和网络时延。未来，5G网络将是一个基于全IP和纳米核心网技术的扁平化移动通信系统，新的网络架构能给UE带来GW之间的无缝切换，而不受GW独立性限制。此外，在5G通信系统中，网络架构还包含一种用户终端和各种独立的、自动无线接入技术（RAT）。
3.1 扁平化IP网络
在5G时代，基站将更加小型化，具备更强大的功能，可以安装在各种场景，并与周围环境更好地融合；对用户而言，无论何时何地，都可随意接入网络，并保持永远在线。但在现阶段，由于EPC网络使用固定网元P-GW作为分层结构，不能灵活拓展，无法适应未来超高速的流量增长。因此，在未来的通信系统中，将引入扁平化IP架构。扁平化IP架构提供了一个能够通过名称而不是IP地址来识别终端的方法，并根据M-ICT时代的业务特性进行扁平化改造。
扁平化IP架构的转变，将使运营商在性能和价格方面，获得一个更具竞争力的平台。例如，扁平化的IP架构可以减少数据通道中的网元数量，降低运营商的CAPEX和OPEX；减少数据信息在传输过程中的损耗；最大限度地缩短整个通信系统的时延，使系统够完整识别无线链路的任何时延；可以独立维护和改善无线网及核心网，在规划和部署网络时，具有更好的拓展性和灵活性。
3.2 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。
（1）纳米技术
纳米技术指的是将纳米科学运用在操作控制上，将精度控制在 0.1~100 nm的范围之内。纳米技术将成为通信行业迅速转向下一代的里程碑技术。在5G通信中，移动终端将被植入纳米技术的芯片，称之为“纳米终端”，将具有前所未有的前所未有的感应、计算和通信等能力。
（2）云计算
目前，网络中存在诸多问题，例如：现有的网络架构导致新业务的需求日益增多，但是却不易部署（包括IMS平台及第三方业务）；宽带业务和移动数据业务日趋成熟，但无论是固网运营商还是移动运营商，却都面临着“比特管道”、高CAPEX和OPEX的压力；同时，大量多媒体内容呈爆炸式增长，但其带来的移动核心网瓶颈和传输时延，却造成大量无效的内容分发等。而5G网络将是一个基于云计算的异构网络。由于在引入无线新技术的同时必须满足对现存制式的接入控制，因此，需要建立一种新的控制机制来协调各种制式之间、
频段之间以及小区之间的无线资源，以显著提升用户在各种场景下的数据接入能力。通过将无线资源的管理和调度功能云化，按需进行资源划分和管理，同时，通过云端将无线接入和移动节点虚拟化，利用智能的内容传送网络SDN（如DASH、LBS），将大大降低网络的建设和管理成本，最终实现5G 及现有无线网络的统一运营。
（3）全IP网络
如前文所述，在5G网络中，扁平化的IP结构将扮演着至关重要的角色。全IP网络的构建思想最早由3GPP在R4版本中提出，并在后续版本中得到更为直观地阐述。全IP网极大地满足了无线通信业务发展的需求，使用户可以随时随地地通过无线网络获数据应用，为运营商提供一个持续的革新方案和优化方案，使其在产品的性能和价格上更具有竞争力。
3.3 多路径管理和统一鉴权
图1为5G核心网的典型架构，该架构还具有以下几个特点：
1，采用聚合的接入方式，集成多种接入技术（Wi-Fi、蓝牙、WCDMA、LTE、5G）以提供统一的通信解决方案；缩短动态响应时间以确保高质量的用户体验；
2，通过虚拟的应用模式，将控制层从数据层分离；
3，采用简单的层次结构实现完全分布式网络架构，以获得高效的无线资源管理及 GW-GW 之间的无缝切换；
4，使用各种无线接入技术给用户提供各种业务；
5，BS 和 GW 共用内容 / 业务缓存，大大减少时30延。
图 1 5G 纳米核心网络架构
目前，多种无线接入技术拥有相互独立的ID和独立的鉴权方式，加上GW边缘的各种认证和私密会话业务，因此，在每一种无线接入中，都有独立的无线资源管理，之间难以进行互通。而在5G网络中，将优化功能块设计，融合各种接入技术，实现统一接入控制、鉴权、安全密钥分发等。此外，5G网络中还将采用GW级别的多路径管理机制，使用独立的数据路径和会话管理、半静态多无线资源 / 会话管理、多技术载波聚合等方式，实现多无线接入技术之间的无损切换和动态调度，同时分隔控制层和用户层。
4、总结
5G网络将融合多种无线通信技术，能很好地解决频率许可和频谱管理问题，给运营商带来更小的投入和更大的经济收益，在安全私密性上也将给公众提供前所未有的完美体验。未来，5G 技术将从每一个细微的方面在全球范围内改变人类的生活方式，成为一个新革命的开始。
参考文献：
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[4]5G移动通信技术及发展探究[J].刘影帆，孙斌. 通信技术.2017（02）
[5]5G网络新技术及核心网架构探究[J].郭金栋. 科技视界.2016（16）
论文作者:杨尚波
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/7/9
标签：网络论文; 架构论文; 技术论文; 核心网论文; 终端论文; 纳米论文; 运营商论文; 《基层建设》2018年第12期论文;