面向未來移動通信的核心網架構探究

高 瞻，李騰飛

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

分析5G網絡發現，其具備網絡運行速度快和可以合理縮短時延等應用優勢。此外，5G網絡擁有更加廣泛的客戶范圍與覆蓋面積，為了讓5G技術的實際作用得到充分體現，需要深入研究和分析未來移動通信的核心網架構。

1 將4G網絡作為主要基礎的核心網虛擬化架構研究

1.1 4G網絡構架的組成及實際作用分析

通常，在4G網構架中，核心網的主要構成包含一系列的物理網元，主要通過標準接口的實際利用實現相互之間的通信。4G網絡架構的實際作用是分別控制用戶界面和控制界面。其中，構成控制面網元的主要內容包含移動管理實體、歸屬簽約服務器、服務GPRS支持節點以及計費和策略功能，完成接入管理和鑒權移動性管理是控制網元的主要職能，并且其實際功能還包括策略控制和對話管理等。用戶面網元的主要內容包括服務網關和PDNGW等，管理地址、管理隧道以及轉發用戶的數據包是用戶面網元的主要職能。雖然在4G網絡架構中用戶界面與控制界面間具有較強的獨立性，處于分離狀態，但是在PDNGW和SGW中有著與控制面相關的功能，涉及到的主要體現是建立用戶面隧道、分配IP地址以及開展會話管理工作等[1-3]。

1.2 針對核心網虛擬化的有效分析

在將核心網虛擬化的過程中，通常采用一種相對簡單的方法，即針對4G網絡架構中存在所有物理網開展單獨的虛化工作，具體指將MME、SGSN、HSS以及PCRF等控制面網元所涉及到的功能在軟件及硬件表面進行全面實現。將用戶網元和PDNGW拆開會得到兩種主要形式，即GW控制面和轉發面功能，還可以在交換裝備上實現GW轉發功能的集成，從而使得相關操作變得更加簡單和便捷。針對其他控制面功能來說，如PDNGW和SGW等，可以采取有效措施對其進行虛化，之后成為GW控制器。針對GW控制器進行虛化之后，可以通過利用SDN接口協議的輔助實現控制GW轉發器[4]。

1.3 基于4G架構的核心網虛擬化解析

GW控制器的實際作用是完成GW轉發面的有效明確，還有建立部分隧道協議。在完成對MME/SGSN規劃建立的響應請求進行接收之后，會對OFS進行合理選擇，使其成為此會話對應的GW轉發面。而GW控制器的主要作用是科學分配GTP隧道中包含的信息，同時結合實際情況建立相應的會話轉發表。通過SDN控制器的實際作用能夠將以上得到的轉發表完成向OFS的發送。在GW控制器、MME/SGSN之間能夠形成對應的S4/S11接口，同時保證具備一定的便捷性，進而完成通信任務，并且在整個通信過程中不會對4G架構產生不良影響，也不會阻礙各環節的正常運行。

2 面向未來移動通信的核心網架構研究

2.1 虛擬核心網架構的集成化分析

在開展構建虛擬核心網架構工作之前，需要保證不改變4G網絡架構。在虛擬化平臺上面，網元傳輸數據的過程中相關的全部信息處于共享狀態，不僅可以縮短不同的時延，而且還能有效減少網元間的接口和信令交互，從而讓通信效率得到全面提升。在虛擬化平臺中能夠在保證便捷性的前提下實現核心網元相關的全部功能，而完成集成的核心軟件包具備一定的實際作用，即合理減少網元間的接口，使整體的運行流程得到有效簡化，并使時延得到適當縮短，進而讓系統運行過程中具備更好的便捷性[5,6]。

2.2 構建多張網絡并存的核心網有效措施

與4G網絡進行比較分析，5G網絡具備更強的多樣性，能夠結合不同場合的特點和需求，采取有效措施進行滿足。對5G網絡來說，不僅需要其擁有足夠支撐密集網絡的能力，還應該可以實現大量不同的連接，并且要保證數據源安全且迅速地傳輸。在5G網絡進行實際應用過程中，沒有對同一時間滿足全部性能提出相關要求，如果想讓一張網絡同時滿足全部需求，則需要對網絡自身的質量和效率提出較為嚴格的要求，同時以上過程中需要克服巨大困難和挑戰。而通過應用虛擬化技術可以實現對全新移動核心網的構建，將原有的所有功能輸入在編碼器中，能夠實現多方面的功能性突破，如將硬件資源向核心網完成合理分配、加載相關軟件以及科學配置網元等，并且能夠讓網元之間的全部鏈路得到合理有效地分配。多張專用核心網并存如圖1所示。

圖1 多張專用核心網并存

2.3 多張專用核心網并存的實際作用

通常情況下，運營商會對兩張虛擬核心網進行實際運用。其中核心網一的主要任務是實現人與人之間的網絡通信，核心網二的主要作用是為物聯網提供專門的通信服務。運營商需要通過應用專用網絡將終端服務提供給物聯網，同時能夠針對物聯網具備的基本特點提供相應的優化措施。針對存在一定差異的虛擬化核心網，能夠將所有的基礎設施進行轉發，進而達到資源共享的目的，提高數據傳輸的便捷性和有效性[7-9]。

2.4 未來核心網的網絡智能化管理

通過實現智能管理可以合理配置所有網絡中的資源，同時還能針對網絡的整體運行過程實施連續性監控，并結合實際的網絡運行有針對性地做出科學調整，進而讓網絡能夠始終處于運行過程中的最佳狀態。5G網絡時代的到來可以通過對NFV的合理引進和應用實現不同核心網的同時運行，但是在實際的工作開展過程中存在一些亟需解決的問題，如核心網的配置工作變得復雜，且對維修工作的開展來說存在較大的阻礙。為了讓專用核心網同時運行的順利性得到有效保證，需要技術人員做好網絡的自動安裝工作，同時提高對資源配置與維修工作的重視，增強網絡智能化管理意識。首先，了解和收集實際運行中網絡的基本情況并展開全面分析；其次，針對存在的重要空閑資源進行歸集；最后，對具備關聯性的業務信息做好總結分析[10]。開展信息收集工作的主要目的是有效掌握終端涉及到的所有模式，使其成為網絡優化工作開展的主要依據。而針對網絡智能管理系統來說，需要在保證信息收集全面的基礎上采取有效措施對信息進行科學處理。同時為了讓運營商內部的管理工作人員能夠提高信息配置的清晰及合理性，需要結合實際情況設施專門的接口。工作人員應該收集和處理的信息包含網絡服務要求和策略信息，策略信息主要指能夠實現對網絡進行部署和優化的策略，而其中包含的網絡服務要求具體指企業或者政府部門等相應客戶的基本要求。智能化管理系統的建立需要結合實際的部署及優化需求，合理建立網絡系統，并保證整體的安全可靠性。未來核心網的網絡智能管理系統如圖2所示。

圖2 未來核心網的網絡智能管理系統

3 結 論

本文在虛擬化的4G核心網基礎上建立針對5G網絡的集成化、虛擬化核心網架構。通過此種架構的實現能夠達到對網絡實行智能化管理的目的，從而為多種核心網的同時存在提供便利條件。集成化虛擬核心網的實際作用是集成核心網對應的全部功能，并科學分離用戶模塊與處理模塊，順利實現各種分布式處理功能，同時通過合理引入智能管理模塊，使得網絡的運行更加順暢，并方便工作人員的日常維護。