面向5G環境的移動通信技術研究分析

李百堯

（廣東智科電子股份有限公司，廣東 佛山 528200）

0 引 言

基于高速環境下移動通信網絡發展的研究，借助通信實驗分析平臺評估移動端技術應用內容，展開結合內容中心網絡通信性能的分析工作，提高通信交互控制的質量水平。

1 內容中心網絡架構概述

內容中心網絡架構指建立在5G移動通信技術基礎上的新型網絡架構模式，能為用戶提供安全便捷的服務內容，為高速泛在和智能掌控等技術內容的落實提供通道，建立面向數據的通信管理平臺。

1.1 處理原則

在內容中心網絡架構體系中，將沙漏模型作為核心，建立基于網絡層的功能模式，確保上下層建立實時性更新系統，解決互聯網大數據匯聚產生的壓力問題[1]。

內容中心網絡架構將網絡安全作為基礎節點嵌入體系結構，配合互聯網架構模式，保證網絡安全效能，實現數據安全運行的目標。建立端到端數據管控體系，確保流量自我調節的規范性，為路由和轉發分離提供支持，完善創新移動通信網絡運行管理模式。

1.2 工作機制

1.2.1 數據包結構

借助數據請求者驅動完成通信過程，建立Internet包和Data包數據交互處理模式，完成數據管控，數據結構如圖1所示。

圖1 數據結構

數據請求者將需要獲取內容的相關數據信息直接封裝在Internet包內，將其轉發給數據提供者。數據提供者接收后將其中涉及的內容和數據提供者信息直接封裝在Data包內，回傳到數據請求者計算機內。在信息傳遞過程中，節點完成內容信息的匯總，無須再次訪問數據提供者。借助內容中心網絡負載平衡的特點，節約流量，為信息交互管控時效性的優化提供保障。

1.2.2 網絡命名

在數據信息傳輸管理過程中，基于數據傳輸可靠性需求，內容中心網絡架構會保持傳輸內容名字的唯一性，配合互聯網統一資源定位符（Uniform Resource Locator，URL）體系，借助分層命名機制提高信息管理的規范性。例如，內容中心網絡命名采取分層命名機制，更加直觀地描述申請內容的關系。例如，名字為“/ucla/videos/demo.mpg/1/3”表示視頻第一個版本的Part3[2]。

1.2.3 網絡緩存機制

內容中心網絡架構運行體系中，路由器部署的CS能完成數據的存儲管理，滿足后續申請，配合存儲數據包的應用模式，優化網絡運行管理效果。基于內容中心網絡路由器能存儲命名數據的特點，解決IP網絡隱私安全問題。

2 面向5G移動通信技術內容中心網絡的基礎性能

2.1 通信網絡建設

多普勒效應和快速越區切換作用會造成通信服務質量的下降。高速運行環境的影響因素較多，大大增加了移動通信覆蓋的難度。基于此，借助鐵路專用全球移動通信系統（Global System Mobile Communications-Railway，GSM-R）完成高速運行環境下數字移動通信系統管理，將移動蜂窩通信系統作為基礎，保留原有業務體系特征，增設特色項目，實現通信管理。具體分為4個層級結構：第一，全球移動通信系統（Global System Mobile，GSM）功能與業務層；第二，GSM-R特有業務和功能層，主要完成集群調度等工作；第三，基于GSM-R系統的特殊業務層；第四，基于GSM-R系統并結合我國高速運行環境特點的特色應用服務層。

在GSM-R系統運行過程中，基于傳輸控制協議/網際協議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）開展工作，必然會因為移動性差異出現越區切換問題。為提升系統的可靠性和有效性，在原有硬切換技術基礎上進行升級工作，嚴格設定切換時間、切換成功率以及傳輸干擾時間，按照測量、觸發、選擇以及執行的流程開展工作，控制信號從一個小區切換到另一個小區的時間間隔[3]。越區切換過程指令發送過程，如圖2所示。

圖2 越區切換過程指令發送過程

2.2 性能分析

結合鏈路和節點序列關系可知，內容中心網絡的緩存機制具有重要的應用價值，能提升數據傳輸管理的實效性，提高網絡資源利用率，配合通信管控工作維持可靠的通信管理流程。內容中心網絡的應用能保障數據傳輸管理，提高通信移動性能水平。若出現鏈路中斷問題，面向內容中心網絡的通信平臺能迅速恢復通信，并降低鏈路中斷造成的通信損失，有效維持信息管理的規范性。相較于傳統的TCP/IP網絡應用模式，內容中心網絡通信處理的質量更優化，保障高速移動環境下5G傳輸管理，維持良好的技術交互關系。

3 基于內容中心網絡的5G移動通信技術架構

基于5G移動通信技術的發展需求，建立基于內容中心網絡的控制模式，提升核心功能的應用水平，提高通信質量，支持多云通信監管，滿足低時延的應用需求，實現5G移動通信技術支持下的技術多元化發展。

3.1 5G網絡需求

5G移動通信網絡技術體系下，利用無線傳輸技術實現互聯網資源利用率的優化和通信系統吞吐率的優化，匹配更科學的應用模式，配合TCP/IP技術建立更多元的技術體系，整合移動通信技術和互聯網技術無縫對接的運行模式[4]。

充分認識到5G移動通信的核心功能指標，針對5G移動技術物理層和數據鏈路層的流量密度要求、連接數要求以及頻譜效率要求等，從數據管理和部署模式等方面入手，配合技術要點落實相應的網絡架構，發揮5G環境移動通信優勢，支持5G移動通信架構移動性。

結合5G環境下網絡流量情況、節點連接、負載狀態以及用戶響應時間等內容，建立更加科學的通信處理模式，便于用戶獲取相關內容，提高用戶訪問網站響應速度，緩解Internet網絡擁擠對通信造成的影響，為數據包級別用戶信息共享管理創設良好的技術環境[5]。

3.2 體系架構

在移動通信技術應用管理控制模式中，為滿足5G應用需求和技術場景需求，要結合基礎網絡平臺和網絡架構完成技術優化。目前，通信基礎網絡平臺是建立硬件實現控制。引入5G后，利用互聯網和網絡功能虛擬化技術就能實現信息管理，在通用硬件網絡平臺搭建的基礎上解決平臺成本較高且兼容性較差的問題，保證資源配置效果最優化。

5G移動通信技術支持低時延業務需求，配合內容中心網絡架構滿足性能質量要求，建構更加合理的體系模式，維持網絡架構的兼容性，聯合應用層、網絡層、數據鏈路層以及物理層維持數據交互控制的合理性。例如，在層級結構和IP網絡分組數據之間建立通信協議，在封裝數據包的同時提升數據存儲管理的合理性[6]。體系結構如圖3所示。

圖3 體系結構

在內容中心網絡支持下，5G移動通信架構分組管理模式中，結合數據應用層和數據鏈路層的控制標準，建立更加可控的數據傳輸模式。首先，將Internet請求內容直接封裝在Internet包內轉發到內容中心網絡體系，結合數據信息管理標準完成數據匯總。其次，網絡路由器在接收數據包后建立基于內容中心的網絡協議體系，并配合轉發策略和工作流程完成數據包請求的處理，維持通信應用的平衡。再次，若是Internet請求出現異常，則對應的Internet包借助以太網或其他連接方式控制數據源[7]。最后，數據源內容封裝在Data內，配合路徑實現數據的實時性管理，以便提升數據管理效能。

3.3 具體設計

5G移動通信技術相較于4G移動通信，大幅提高了數據傳輸效率，滿足了用戶的個性化需求。結合5G網絡層應用要求可知，為更好地完成內容中心網絡5G架構移動性應用，結合通信系統GSM-R指標落實具體的設計方案，提高移動通信技術的應用水平[8]。

3.3.1 硬件平臺設計

基于DNDSIM2.0環境，傳輸速率設計為10 Gb/s，拓撲結構為25個基礎節點，對仿真環境中計算能力的要求較高。部署高性能計算機的同時，結合核心計算部件，利用相應的中央處理器完成數據處理，內存為DDR3 4 GB，配合C++和Python程序完成相關工作[9]。

3.3.2 參數設計

在內容中心網絡通信仿真平臺設計中，結合5G移動通信參數標準落實具體工作，完成5G移動架構性能控制工作。關鍵參數滿足《5G愿景與需求白皮書》的相關要求。節點在信息交互處理環節中。內容中心網絡最佳路由策略實現數據包的轉發和應用控制。

為更好地提高節點分析評估的準確性，結合內容中心網絡架構的網絡緩存功能，將基礎節點視為通信系統路由節點，完成相關聯節點的連接處理工作，并進行用戶體驗速率和端到端傳輸延時等測試。

3.3.3 結果

應用基于內容中心網絡的5G架構模式，移動通信技術匹配實際運行方案，有效提升用戶體驗率。信道上行方向和下行方向均能維持數據傳輸管理的規范效果。例如，上行方向數據傳輸速率為3 460 kb/s，對應的用戶體驗速率（下行方向）數據傳輸速率為124 000 kb/s，用戶體驗速率符合5G環境移動通信技術網絡要求的0.1～1.0 Gb/s[10]。端到端的傳輸延時較低，符合5G移動通信技術低時延的需求，具有較大的網絡性能提升空間。

4 結 論

面向5G移動通信技術的應用運行要基于通信需求，配合技術方案和控制模式建構更加合理可控的技術體系，結合傳輸應用要求發揮內容中心網絡架構的優勢作用，維持技術應用控制模式提高傳輸效率，實現端對端數據管理，為移動通信技術可持續發展奠定堅實基礎。