5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)及核心網(wǎng)架構(gòu)的研究

王光鵬

（華信咨詢(xún)?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310014）

1 引言

2012年9月，歐盟在第七框架計(jì)劃FP7下啟動(dòng)了面向5G研究的5G NOW研究課題，標(biāo)志著5G 網(wǎng)絡(luò)正式進(jìn)入了研究階段，2017年12月21日，在國(guó)際電信標(biāo)準(zhǔn)組織3GPP RAN第78次全體會(huì)議上，5G NR首發(fā)版本正式發(fā)布，目前，第五代網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)（5G）已經(jīng)成為全球研發(fā)的焦點(diǎn)，可以預(yù)見(jiàn)在2020年，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將會(huì)進(jìn)入5G新時(shí)代。2013年2約，國(guó)家科學(xué)技術(shù)部聯(lián)合國(guó)家工信部和發(fā)改委組織成立中國(guó)IMT-2020（5G）研究小組，為了能夠推動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展，在網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域掌握前沿技術(shù)，我國(guó)已經(jīng)全面開(kāi)啟了5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的研發(fā)工作，包括5G的核心網(wǎng)架構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)傳輸性能以及實(shí)際應(yīng)用評(píng)估等，積極推動(dòng)5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展和普及應(yīng)用。

2 5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的評(píng)價(jià)

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將會(huì)給用戶(hù)帶來(lái)更加快捷的信息傳輸體驗(yàn)，使用成本更低，并且具有更加優(yōu)越的網(wǎng)絡(luò)連接能力，超高流量密度和超高移動(dòng)性等特點(diǎn)。5G網(wǎng)絡(luò)相比傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)具有更加快速的網(wǎng)絡(luò)傳輸速率，能夠獲得1Gbit/s，峰值速率可達(dá)50Gb/s，移動(dòng)終端用戶(hù)在5G網(wǎng)絡(luò)下，可以在3s內(nèi)完成一部2G高清電影的緩沖和下載，而4G網(wǎng)絡(luò)能夠獲得100Mb/s，峰值速率可達(dá)1Gb/s。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有更加廣泛的兼容性，支持各種不同的設(shè)備，這不僅包括人們?nèi)粘Ｊ褂玫氖殖衷O(shè)備和平板電腦，還包括越來(lái)越多的可穿戴設(shè)備，例如：健身跟蹤器和智能手表、智能家庭設(shè)備等。

3 5G 核心網(wǎng)架構(gòu)及技術(shù)實(shí)現(xiàn)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software De fi ned Network，SDN），是一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，它利用分層模式將網(wǎng)絡(luò)控制面與數(shù)據(jù)面分離。網(wǎng)絡(luò)控制面包含具有邏輯集中化的可編程控制器，通過(guò)其掌握的網(wǎng)絡(luò)全局信息，為運(yùn)營(yíng)商和科研人員提供管理配置網(wǎng)絡(luò)和部署新協(xié)議的能力，其核心技術(shù)OpenFlow，它為5G 網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)了靈活性和可編程性，通過(guò)OpenFlow將5G 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面分離開(kāi)來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制。

5G 核心網(wǎng)構(gòu)架主要分為應(yīng)用層、控制層和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層三個(gè)部分。應(yīng)用層主要包括各種不同的商業(yè)應(yīng)用和業(yè)務(wù)功能；控制層通過(guò)SDN軟件主要負(fù)責(zé)處理平面資源的編排，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)洹⑿畔顟B(tài)等并通過(guò)API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口）與應(yīng)用層進(jìn)行互聯(lián)；網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層主要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)信息數(shù)據(jù)的收集、處理以及轉(zhuǎn)發(fā)功能。控制層與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層之間的接口以及應(yīng)用層與控制層之間的接口是5G 核心網(wǎng)構(gòu)架的重要組成部分，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)接口與控制層的位置關(guān)系，控制層與網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層之間的接口稱(chēng)為南向接口，應(yīng)用層與控制層之間的接口稱(chēng)為北向接口，南向接口具有開(kāi)放性的OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)化和開(kāi)放化。基于SDN 的5G 核心網(wǎng)構(gòu)架如圖1所示：

圖1 5G 核心網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架圖

5G 核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要技術(shù)特征，包括接入網(wǎng)側(cè)通過(guò)控制面與數(shù)據(jù)面分離，實(shí)現(xiàn)覆蓋與容量的分離或者部分控制功能的抽取，通過(guò)簇化集中控制實(shí)現(xiàn)無(wú)線資源的集中式協(xié)調(diào)管理，核心網(wǎng)則主要通過(guò)控制面與數(shù)據(jù)面分離以及控制面集中化的方式實(shí)現(xiàn)本地分流、靈活路由等功能。5G 網(wǎng)絡(luò)軟件和硬件解耦為特點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)相結(jié)合，能夠有效滿(mǎn)足核心網(wǎng)構(gòu)架的技術(shù)特征，使5G 網(wǎng)絡(luò)具備開(kāi)放能力、可編程性、靈活性以及可擴(kuò)展性。此外，通過(guò)云計(jì)算技術(shù)和用戶(hù)體驗(yàn)大數(shù)據(jù)分析，實(shí)現(xiàn)5G 網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的深度融合，使5G 網(wǎng)絡(luò)具備用戶(hù)行為和業(yè)務(wù)感知能力，更加具有智能化特征。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，現(xiàn)代通訊技術(shù)的發(fā)展，改變了人們的生活方式，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)將進(jìn)入5G時(shí)代，更加快速和高效的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，不僅能夠給通信運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)更小的經(jīng)濟(jì)投入和更大的收益，還會(huì)給用戶(hù)帶來(lái)更加優(yōu)質(zhì)的通信體驗(yàn)。相信隨著5G技術(shù)在全球范圍內(nèi)的不斷延伸，人類(lèi)的生活方式將會(huì)得到質(zhì)的改變。