5G核心網創新技術研究及應用探索

【摘要】? ? 5G通信技術的不斷普及，使得技術的應用給人們的生活帶來改善，并且也現實為通信技術的發展提供了技術支持。因此，隨著通信技術水平的不斷提升，勢必就會使人們在日常應用5G技術的同時，所要接觸到的通信服務種類也會越來越多。對此，本文主要探究了5G核心網創新技術的相關內容，并對技術的應用進行了分析，希望能夠以此來實現為技術認知提供幫助，同時以此來匹配萬物聯網市場發展的創新需求。

【關鍵詞】? ? 5G核心網? ? 技術創新? ?應用

引言：

想要保證技術應用的效果，同時體現技術的應用特性，那么在時代發展的背景下，就要在5G網絡的構建上，保證網絡的反應速度更加精準，而且要更加快速，同時也需要保證其自身的應用性能能夠得以體現。但是，依據現有技術的發展實際情況來看，5G核心網在現實應用的過程中也會隨著時代的發展而接受更多的挑戰。對此，這就需要通過技術創新來實現硬度儀挑戰，這樣才能使5G核心網真正應用在行業發展當中，并以其特性來方便人們的日常生活。

一、5G核心網創新技術特點

5G網絡是指移動互聯網背景下的第五代網絡，與之前的4代網絡進行對比分析，5G網絡的傳播速度等功能非常強大，比4G網絡的傳播速度快很多，且5G核心網絡創新技術的特點有如下幾個方面：

其一，流量大、速度快。與4G網絡相比，5G網絡的傳播速率提升不低于100倍，即10Gbit/s;當發生緊急情況時，傳播速率可以最高值可達到100Gbit/s;隨著網絡數據存儲量的持續性增加，數據量也會隨之發生大幅度增加。

其二，海量連接。網絡的大范圍普及，用戶端的數量也隨之不斷增加，按照平方公里進行計算，每平方公里范圍內可滿足100萬用戶同時使用網絡的需求，并且能夠保證數據傳輸速度不變。用戶可以根據自己的需求使用網絡，并且能夠滿足用戶的多元化需求。

其三，延遲現象得到明顯改善。延遲現象能夠被控制在毫秒級，用戶在正常使用網絡的情況下不會察覺到出現延遲現象，信息的傳輸可能僅僅需要一秒鐘時間，并且能夠保證數據的可靠性與真實性。

其四，有較高的可靠性。經濟與科學技術的發展，促進智能化技術的發展，5G核心網絡創新技術的實用性較強，并且能夠為各行業的生產運營提供可靠的技術支持。此外，5G網絡在智能交通、智能建筑等眾多領域都有廣泛應用，方便各行業對相關技術進行創新和優化，從而促進行業本身的發展，進而促進社會整體的發展進步。

二、5G核心網創新技術

（一）跨域多維切片技術

對于5G獨立組網來看，最關鍵的因素之一，就是切片技術。因為，在現實應用切片技術時，它能夠實現利用動態的處理模式，并以自動化匹配來實現獨立創建，這時就能實現對網絡資源進行有效調度，而且也能根據現實需求，實現快速制定，并實現對SLA 進行差異化的兌現，從而就能滿足各類垂直行業差異化應用網絡的現實需求[1]。一般來講，在網絡切片技術使用的過程中，需要按照組網的方式來實現讓運營商能夠在同一基礎設施上進行分離，這時就能產生多個虛擬端的端，并將其接入到端網絡當中，這樣在應用的過程中，一個單一的網絡切片，就能夠以實例供給來實現提供多個或單個的業務場景，這時就能有效保證應用的需求能夠得以滿足。

相較于5G技術的使用來看，4G技術在現實使用的過程中，能夠通過利用專用的核心網技術來實現提升其自身的性能。在使用的過程中，這種概念其實類似切片的概念。但是，對于4G的專用核心網技術使用來看，只是以核心網單切片為主進行應用支持的4G專用核心網，這時不能夠實現支持端到端，并且在管理工作開展中，也不具備的靈活性，更無法實現延伸到5G切片技術上。因此，對于5G技術的使用來看，利用這種跨域多維切片技術的使用，能夠真正做到面對不同行業的現實需求來實現制定，這時就能依據企業需求來實現對特定的切片進行定義，并且也能通過部署來實現優化切片的效果，從而就能夠實現建立專屬的網絡。

（二）超低延時應用技術

隨著云技術的不斷發展，想要保證云技術的應用效果，那么這時在業務創建上，勢必就會對網絡的應用要求更高，而這時就要保證網絡的超低延時能夠符合應用需求，同時要通過超大寬帶來滿足現實需求。因此，對于性能優化的改善來看，實現利用超低延時應用技術，能夠真正實現保證5G核心網的創建能夠滿足云技術發展與應用需求，而且也能針對自動駕駛、云游戲等進行有效的服務，這時就能以其技術優勢來滿足現實應用的場景需求，并通過純軟件加速方案的使用來實現對矢量包處理的優化，從而就能夠通過技術特性來實現提高信息的處理能力，并通過批量處理來實現降低邏輯任務對CPU的消耗，這樣就能夠通過技術使用來實現提升信息處理速度，并真正滿足業務的應用需求。與此同時，相較于過去的軟件加速來看，在現實使用該技術的過程中，智能網卡加速的使用可以使用戶在使用的過程中，獲得全新的體驗，還能夠有效突破當前虛擬化轉發的性能以及延時問題帶來的影響，這時在技術應用的過程中，就能夠以其超高的性能來實現超低延時，進而就能以技術的特性來實現滿足自動化生產、自動駕駛等用戶所追求的超低延時效果。

（三）TSN引入IEEE技術

對于時間敏感網絡來看，它是以太網發展的下一步計劃，更是實現通過技術優化來實現提升對延遲問題和抖動性能指標的優化，所以它所針對的客戶是完全獨立的供應商。在使用過程中，該技術所面向的是后兼容的以太網，因此在應用的過程中，并不是針對寬帶或物理層的技術突破[2]。在使用過程中，該技術支持的是具備著典型的時間關鍵控制技術的應用，該技術常常被應用到安全可靠回路的構建上，同時也能對一些高速運動的控制機械、通訊機器人、變電站、采樣信號等進行使用。當出現有限時間限制的循環通信時，該技術在使用的過程中，能夠實現將信號同時傳送到控制信息當中，這時就能夠使其應用效果獲得提升。此外，由于該技術在使用的過程中，需要通過確定的指令來進行使用，這時它的應用的安全性能則會得到極大的提升，并且也能在同時傳送的過程中，實現對信息進行有效控制，更能實現對確定的信號進行循環通信，所以它在使用的過程中，具備著的延時控制強且應用可靠性高的特點。

（四）MEC之5G核心技術

移動邊緣計算技術是5G核心技術之一，它在現實應用的過程中，能夠提升連接+計算的能力。因此，在該技術使用的過程中，能夠真正實現將云計算技術從中心實現拓展到邊緣，而且也能實現提升其算力。在使用過程中，該技術能夠保證技術的應用效果更貼近用戶的實際需求。

對于5G網絡的構建來看，需要實現以基礎構架為內容來優化升級，所以需要在核心地區以及本地邊緣三級DC+基站機房為主來進行處理，這時在進行虛擬化網元功能的構建上，則可以按照實際需求的場景要求來進行部署，并使其在網絡相應的位置上能夠得以體現，這時就能夠滿足客戶所追求的低延時、高寬帶業務的應用。此外，通過在運營商站點機房以及其他連接點的共同使用，那么這時移動邊緣計算技術的應用，則會更加貼近用戶，并且也能更快、更好的保證延時的控制效果，這時能夠通過流量就近轉發來滿足現實應用的需求。

（五）運維自動化技術

隨著云技術的不斷普及，在5G核心網的構建上，其實需要以云化處理為部署點來進行優化，這時5G核心網必須要以云核心來實現對網絡進行整合，同時利用云+網來實現提供一體化服務的構建，這時就能通過全面整合來實現為客戶提供最短的路徑，從而就能使用戶得到最好的應用體驗，并且也能保證技術的使用，能夠為客戶提供更加安全的網絡通道。與此同時，通過引入自動化工具來實現優化，這時能夠在現實處理的過程中，對網絡進行快速部署，以此就能保證網絡部署的速度能夠滿足云業務的開通需求。此外，實現通過打造一體化流程，能夠實現對整個工作的運行流程進行整合，并通過形成工具鏈來實現為自動化工作的開展提供準備，這時在技術應用之后，就能夠實現有效縮短網絡建設的時間，同時也能解決運營商虛擬化網絡部署以及運維當中所存在的一些關鍵點問題。

（六）軟硬件加速技術

目前，人們日常生活中的云游戲、自動駕駛、高清視頻以及VR等業務對帶寬、網絡延時有著極高的要求。想要滿足這些性能的需求，需要提高網絡用戶面的使用性能能，為用戶提供快速、高效的數據轉發以及處理速度。在eMBB條件下，可以采用純軟件加速的方法，以矢量包處理思想作為基礎，將矢量轉發技術應用在數據報文的下載方面，進而提升轉發處理效果，批量處理并且轉發熱點報文，使得業務邏輯運行過程中所消耗的CPU能夠顯著降低，并且解決傳統運行模式下部分類、逐包處理所產生的緩存未命中以及緩存抖動等問題。充分利用并行計算架構以及數據平面開發套件技術，同一個用戶IP地址的報文會投放在相同的線程中，可以有效避免同一個數據同時被多個線程讀寫，能夠實現信息的無鎖化處理，并且能夠有效消除鎖等待，從而提高數據的處理速度，實現高并發的數據處理效果。對數據平面開發套件的緩存和內存進行合理規劃，執行頻率高的代碼常住指令Cache，對訪問存儲范圍加以合理限制，降低頁面切換操作所產生的消耗，在報文處理時使其速度能夠得到顯著提升。

在IMT-2020的特性中，非常關鍵的一點包括URLLC在保證可靠性的基礎上，將延時時間控制在1毫秒，并且非空口的傳輸延時需要盡量減少，核心網用戶轉發延時需要從原本的100微秒～200微秒縮短到10微秒。雖然在使用架構技術時，用戶面和控制面分離技術的合理使用使得用戶面下沉，但是純軟件的加速目前已經無法滿足用戶對延時的需求，需要結合硬件加速技術。現階段，常用的硬件加速卡主要有網絡處理器、可編程門陣列、專用的集成電路。其中，可編程門列陣的靈活性以及通用性更好，方便將新的特性引入其中，適合作為5G核心網硬件加速中的虛擬化平臺。以X86服務器作為基礎的可編程門列陣智能化網卡加速用戶面，其性能可以與專用硬件相比。利用VNF層面學習業務首包，形成轉發流表，并且將其發送到智能網卡，且相同用戶的后續數據報文都會由智能網卡負責接受、解碼以及處理、轉發等，能夠改善節點內的轉發處理效果，能夠顯著減少內存讀取、CPU計算、外設部件標準的瓶頸等，使得單服務器的性能密度得到有效提升。

三、5G核心網應用探索

（一）5G在工業行業的應用

5G技術在工業行業的應用當中，能夠以切片技術的使用來實現端到端的處理，這時在應用的過程中，就能以工業化建設為基礎來實現提供優質的服務，并且也能為企業構建好高效、安全的虛擬專用網絡，從而就能以其安全性為主，實現滿足提供網絡渠道構建的安全性，并且也能通過延時控制來實現為工業建設生產提供穩定的信息支持。在實際應用的過程中，能夠以數據訪問為基礎進行優化，這時技術的使用不僅能夠實現對數據進行有效儲存，還能在數值控制中，保證數據能夠以指引內部流傳的形式進行應用，并且也能將公共網隔離工作進行有效落實，進而就能保證數據傳輸時的安全性[3]。

此外，對于工業生產來看，它需要通過自動化處理來實現對信息進行應用，因此在生產過程中，利用該技術與之進行融合，那么在數據采集的過程中，就能夠實現快速分流，并實現以數據應用為基礎，將用戶面下沉到邊緣，這時就能保證寬帶的應用效果，并且也能將現實采集到的數據進行快速分流，這樣在數據應用的過程中，就能夠以數據運轉的高效性來實現快速分析，這時就能為工業企業提供高效的數據支持保障。

（二）5G在教育行業的應用

新興技術的不斷發展，使得教育行業也發生了翻天覆地的變化。因此，將5G技術融入現行的教育行業當中，能夠以其場景化應用模式的不斷增加，實現保證教育的服務質量獲得升級。對此，對于當前教育行業所利用的遠程技術來看，實現通過5G技術的有效匹配，能夠以低延時的特性和大寬帶的匹配來滿足現實應用的需求，這時對于5G核心網的使用來看，它能夠滿足遠程教育的現實需求，并且能夠實現以真人化處理來進行模擬，這時學生即使在家中也能夠感受到與課堂教學一樣的體驗。

當然，5G核心網創新技術在教育領域中的應用不僅帶來便利條件，也隨之產生一些問題，只有解決這些問題，才能發揮出5G技術在教育中的價值。例如：學校建設5G網絡，有很多的設備以及硬件設施可能都需要升級、更換，即便教育經費能夠滿足網絡技術更新的需求，而智慧教育資源也可能會集中在數學、語文等主要學科上，出現教育資源分配不均的情況;并且5G技術在教育領域中的應用也需要很長一段時間的建設、探索和實踐，而后才能在教育中普及。因此，5G核心網創新技術在教育領域中的應用，需要尋找到合適的措施。

（三）5G在醫療行業的應用

在醫療行業當中，有時需要通過遠程支持來滿足醫療工作的開展，但是為了實現保證醫療工作開展的安全性，那么就需要通過的延時保障來實現降低遠程所帶來的一些影響。對此，通過網絡切片技術的使用以及低延時保障技術的應用，則能夠有效規避此類問題的發生。在現實使用的過程中，利用這種技術能夠實現將遠程會診與普通業務的安全性獲得提升，同時也能通過布置不同的專用網絡來進行隔離，這時就能確保網絡應用的安全性和高效性。5G核心網創新技術在醫療領域中的應用，由于該技術本身具有顯著的耗能低、傳播速度快、性能安全性和可靠性更為突出等優點，在醫療領域中的應用能夠實現智慧導診、遠程醫療、移動醫療、臨床監測和護理、院前急救等方面，并且能夠實現醫療數據共享。醫療行業在應用5G技術時，醫院方面需要注意網絡安全管理、專網建設、建設完善的標準體系等方面的工作，保證有效應用5G技術。

（四）5G在電力行業的應用

在電力行業中，利用5G技術來實現增強隔離的效果，就能保證在電力生產時以專用網絡的構建來進行使用。這時，在生產的過程中，設備之間所帶來的信息干擾問題將不再出現。此外，通過將辦公系統進行優化，并將所有內容上傳到云端，這時利用邊緣云資源部署工作的開展，就能對辦公工作進行系統的優化處理。

四、結束語

作為中央處理器來看，5G核心網絡的應用與創新，能夠為后續行業的發展提供有效的技術支持與保障，同時也能夠以其技術優勢來實現滿足行業發展的現實需求，這時就能真正實現利用5G技術來幫助各行各業進行數字化轉型工作開展，并提供高質量的技術保障。

參? 考? 文? 獻

[1]熊杰.基于5G關鍵技術的行業應用研究[J].長江信息通信，2021，34（10）：206-208.

[2]馮驥.MEC邊緣計算技術及其產業應用和專利分析[J].科技創新與應用，2021，11（29）：134-138.

[3]陸光輝，毛磊，馮建業.5G核心網創新技術研究及應用探索[J].中興通訊技術，2020，26（03）：49-55.

作者單位：郎睿? ? 天津市電信公司