面向服務的5G網絡架構—傳承與創新分析

朱延敏

【摘要】? ? 互聯網各模塊業務的創新應用，是促使網絡技術得到快速發展的動力。與此同時，該行業新業務及4K和8K的新業務對互聯網也提出新需求，在需求回應的同時，提出面向服務的5G網絡架構，以SDN或NFV為技術基礎的網絡切片，使得端到端的網絡差異化服務成為可能。而面向服務定值解決了大量網絡緩存的資源的傳輸冗余問題，且在網絡架構加入網絡信息的感知平面，加強了大數據的處理分析率，進而調控了網絡差異化所面對的資源部署問題。

【關鍵詞】? ? 網絡服務? ? 5G網絡架構? ? 傳承創新

引言：

與之前網絡通信技術相比，5G及相關網絡的端口傳輸、通信處理能力、頻譜和連接的發展又進了一步，為廣大用戶提供了更多網絡接入的端口，且核心網絡線路的接入速率也明顯提升，加強了5G網絡服務體驗。現階段，網絡信息技術仍然處于高速發展的階段，且提出了面向服務定制的5G網絡架構的創新需求。但是，網絡用戶接入端口的設備使用量呈現出明顯的增長趨勢，無疑增加了端口接入壓力。對此，為創新并營造更好的互聯網發展環境，在5G網絡環境下，面向服務定制的網絡架構，促使互聯網接入端口能夠進行差異化處理，滿足不同的用戶的服務需求。

一、5G網絡架構的內涵及其關鍵技術

1.1 5G網絡架構的基本內涵

為推動5G的網絡服務業務，2019年中國信息通信研究院發布《面向行業5G網絡架構白皮書》（白皮書），白皮書聚焦網絡通信行業在5G網絡的發展建設中，提出自主運營、多域多類、數據安全和高性價比的需求，且首次發布面向服務的5G網絡架構及擴展業務領域，至此形成了四大關鍵技術、三類主流業務、兩種場景與一個平臺，按照產業技術發展愿景，對5G網絡后續相關工作提出了新的建議。具體來說，5G的網絡架構主要包括5G接入網和5G核心網，其中NG-RAN代表5G接入網，5GC代表5G核心網。按照5G網絡的運營部署與模塊業務的創新發展需求，再加上互聯網技術的自身發展趨勢，按照軟件、網絡功能的虛擬化、5G蜂窩、內容存儲，實現對網絡結構下的轉發分離、核心融合、接入網、無線資源管理、網絡能力和網絡的虛擬化的創新，這時的5G網絡呈現出明顯的擴展性、靈活性、可變成性的特征，最終實現面向服務定制的目標。

1.2 5G網絡架構關鍵技術

5G時代已經到來，其是以網絡為連接載體，來滿足多樣化模塊及業務的需求，其關鍵技術包括NFV網絡功能虛擬化（Network Function Virtualization）和SDN軟件定義網絡（Software Defined Network）兩個技術，借助于通用的硬件，在差異化與網絡功能化的業務指導下，促使資源得到更好的編排。網絡運營及業務應用數字化的平臺，來使得網絡業務需求與網絡能力之間實現合理的對接。另外，SBA核心是基于原生定義服務所確立的，5G網絡支持下的軟件功能，仍然適宜細粒度服務進行定義，其有利于網絡根據業務的場景和服務粒度來統一編排與面向服務定制;在互聯網協議基礎上，接口會根據需求來靈活調用API交互，降低信令的開銷和網絡的配置，采取對外開放接口，其具有統一性功能;面向需求的服務按照原則也是可以灰度發布與獨立部署，這一網絡功能能夠進入到快速升級階段，進而產生新的功能就服務，如在虛擬化平臺上實現彈性擴縮容與快速部署。不僅如此，開放網絡還能夠根據用戶面的部署，來促使業務時延被減小。進而降低了傳輸網的資源傳輸壓力，高頻與低頻之間的相互組合所形成的混合組網，使得傳統的數據升級出口下沉到本地。

5G核心網和網絡功能虛擬化的基礎設施加以組合，為更多的用戶，包括垂直行業的需求方、應用方面的供應商、普通的消費者，按照不同的需求方向來提供邊緣計算或者是網絡切片等較為接近最新科技的業務能力。可以說，5G核心網使得傳統互聯網的接入端的轉型賦予了信息化功能。

不僅如此，5G核心網傳承傳統互聯網優勢的同時，從多元業務場景的需求與新型ICT為5G網絡架構提供了創新驅動，而廣域網絡的基礎設施具有靈活性與高性能特征，不僅保障了網絡化運營能力，同時面向互聯網未來發展趨勢，5G網絡時代開始形成分層化、虛擬化核心結構，以及適宜業務開發、資源開放的5G網絡架構，促使網絡業務和網絡運營向可持續與綠色經濟的發展模式邁進。5G給廣大應用或社會描繪了全信息化的愿景，使得暢想成活成為可能。社會化的信息技術設施作為賦能業務的連接環節，面向未來網絡服務重構了移動核心網絡架構。與傳統4G網絡相比，5G的核心網絡是按照原網絡核心搭配云平臺的一種設計思路，面向服務來進行功能設計與架構，促使其核心能力和控制靈活性得到全面提升。

1.3 5G典型功能的特性

1.3.1低時延特性

5G/B5G超高可靠超低時延通信的場景，如一般應用為VR、AR、工業生產控制、遠程醫療操作、自動駕駛的場景活動中，有些因行業業務的特殊性，對指標要求較高。如自動駕駛，端到端的時延只有達到毫秒級是能夠滿足平臺云端的輔助決策。5G/B5G對空口物理層幀結構進行改變，導致空口傳輸的時延有所降低，進而又在核心網的功能下沉接入網，轉發節點也相應地有所減少，核心網的傳輸時延問題得到了解決。

1.3.2高寬帶特性

5G網絡支持高寬帶，與4G網絡寬帶能力相比，下行的峰值速率提升了大約100倍，即為10Gbit/s，能夠滿足多元化且是高寬帶的需求。進一步說，B5G更是擴展了業務支持的通信場景數量，數據的速率會達到Tbit/s的級別，寬帶接入能力也將會更強。

1.3.3大連接特性

海量機器類通信則是5G/B5G對大規模物聯網的應用場景，大連接功能具有可擴展性和靈活性特點，接口也具備同樣的特點，進而能夠滿足更多且多元網絡的場景連接需求，新網絡節點和應用程序得到規模化部署。

二、面向服務的5G網絡架構

2.1 5G網絡架構的設計思路

2.1.1差異化服務質量的架構目標

SCN網絡的主要功能，就是為不同的用戶提供差異化的服務，利用網絡切片來構建差異化結構，不同的用戶結合其自身的需求選擇適合自己的服務等級，促使互聯網的經濟模式得以顯現出來。OTT業務被互聯網經濟模式所限制，使得網絡沖擊問題的解決獲得了答案。

2.1.2測量和分析處理細粒度

網絡規模與用戶量、功能量之間呈正比例關系，多渠道資源也會更加豐富，這給網絡管理帶來了極大的難度。隨著人工智能和大數據的發展，二者對網絡管理指明了發展方向，網絡管理控制主體的智能化行為，是建立在網絡底層產生充足實時的訓練數據。那么，實時數據的獲得與應用，則成為數據處理的關鍵要點。在SCN網絡環境下，測量實時細粒度，利用人工智能或者是大數據實時分析網絡狀態，這種網絡可視化為集中式網絡管理提供了“技術”支持。

2.2信息冗余問題的解決

信息冗余會產生寬帶的“資源”浪費問題，CDN采用一種覆蓋網方式加以解決。SCN也嘗試網絡架構來避免信息冗余問題，網絡自身的狀態功能、感知內容，通過大數據對其分析處理，具有明顯的智能化資源調度特征，提升了面向服務的網絡基礎設施信息處理能力。

2.3平滑演進

現階段，網絡一般仍然是IP準則，并通過系列彌補手段解決了一些問題，但無法完全取代現網結構。對此，按照面向服務的6G網絡架構，SCN需要支持當前網絡架構設計方案的基礎上，還應容納未來網絡方案，這一架構理念具有明顯的演進性特點。

2.4 5G的PS域架構

面向服務的5G網絡架構還應優化PS域，包括以下方面的架構，一是SBA，另一個是CUPS和NS。前者涉及到微服務化的架構，整合傳統的網元功能，然后再將其劃分為多個單一的NF，NF分解成“網絡功能服務”。后者是從用戶方面進行的部署，采用集中和分布部署兩個方面。相對于前兩個，NS網絡切片，是網絡功能的虛擬化和軟件化基礎上對虛擬、相互隔離的一些子網絡，進行的網絡服務回應，再將網絡功能進一步細粒度模塊化，實現靈活組裝業務應用。5G PS域網絡架構如圖1所示：

2.5網絡功能服務的交互機制

與4G網絡相比，面向服務定制的5G網絡架構的功能服務之間的通信，可以采用交互解耦及發布訂閱的模式，為服務者提供相應的網絡功能。并且，消費者通過訂閱功能，而反過來對網絡服務更加便捷高效。

三、結束語

綜上所述，5G網絡是在4G之后的又一網絡化社會的基礎設施，再加上技術與政策落地，5G面向市場推廣與規模化發展。此時，5G作為革命性的一種技術和賦能，其超光纖傳輸能力、海量數據處理、全空間連接能力等，使得其與人工智能、大數據技術和云計算技術等結合過程中，形成了移動智能的信息網絡狀態。對此，我們能夠看出，面向服務的5G通信網絡環境，能夠更好地為人類社會提供優質服務。但是與此同時，我們還應看出，5G面對新發展機遇的同時，也將面對著新的網絡安全挑戰，并且需要對電磁輻射在自然環境上的影響進行全面分析。

參? 考? 文? 獻

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