5G核心网架构探究

5G核心网架构探究

陈普然

陈普然

南京中兴软件有限责任公司江苏南京210012

摘要：5G核心网由于具有速率更高、带宽更大、空中接收能力更强、移动数据容量更高、设备功耗更低、时延更长等诸多优势，逐渐成为未来移动通信的发展趋势，具有广阔的发展空间。本文简单介绍了5G核心网的特点，并主要从扁平化IP网络、纳米核心网技术两方面探讨5G核心网的架构，以供同仁参考。

关键词：5G核心网；网络架构；

随着移动网络的迅猛发展，对通信系统提出了更高要求。5G核心网由于具有速率更高、带宽更大、空中接收能力更强、移动数据容量更高、设备功耗更低、时延更长等诸多优势，逐渐成为未来移动通信的发展趋势，具有广阔的发展空间。积极展开5G核心网架构，不仅有助于实现人与人之间的无缝连接，而且还有助于加强人与物、物与物之间的高速连接，在多平台环境下给予用户高速的数据传输，无感知的时延以及享受虚拟导航、移动远程医疗、环境监测和智慧农业、应急通信等全新体验，为广大用户提供更好的通信服务。因此，本文展开有关5G核心网架构的探究，对于提升通信服务质量具有重要意义。

一、5G核心网概叙

图1为5G核心网的典型架构示意图。

图15G核心网的典型架构示意图

通常认为，5G核心网主要包含以下特点，如表一所示。

表一5G核心网特点

序号特点具体内容

1聚合接入将多种接入技术（如5G、WCDMA、Wi-Fi、蓝牙、LTE等）进行有效集合，为用户提供统一的、高效的通信解决方案；大大缩短动态响应时间，从而强力保障用户能够享有高质量、高水平的通信体验；

2虚拟应用从数据层中将控制层剥离，成功实现二者的分离；

3完全分布借助简单的层次结构成功实现网络架构的完全分布，获取高效的无线资源管理权限，成功实现GW-GW之间的无缝切换；

4无线接入多种无线接入技术被积极引入和运用，良好满足用户的不同业务需要；

5降低时延BS与GW共用内容/业务缓存，显著降低时延

二、5G核心网架构

相比于当前的网络架构，我们认为5G网络将是一个以全IP与纳米核心网技术为基础的扁平化移动通信系统，该网络架构成功为UE带来GW间的无缝切换，并且摆脱了GW的独立性限制。与此同时，5G核心网架构还囊括了一种用户终端与各种独立、自动无线接入技术（RAT）。

（一）扁平化IP网络

在5G核心网络时代，基站逐渐朝功能强大化、体积缩小化的方向发展，适用于各类场景的安装，并能良好融入周围环境中。对广大用户而言，他们可以完全不受时间地点的约束，随意接入网络，且能保证不掉线。然而，当前EPC网络的分层结构多为固定网元P-GW，具有较差的拓展灵活性，无法良好满足超高速流量增长的未来化需求。因此，在未来5G核心网的建设过程中，应积极引入扁平化IP架构。通过提供一个不用IP地址，通过名称即可识别终端的方法，扁平化IP架构能够依据M-ICT时代的业务特性来展开扁平化改造。在扁平化IP架构中，通过借助分布云所具有的移动核心信息传递功能，通过凭借网络功能虚拟化、逻辑GW以及分布式软件架构等技术，将网络架构由原本的垂直式成功转变为水平分布式。这样一来，就性能与价格而言，能够为运营商提供一个竞争力更强的平台。

例如，积极构建扁平化的IP架构，能够明显降低数据通道内网元数量，实现运营商OPEX与CAPEX的明显降低。同时，有限降低运输过程中数据信息的损耗，并大幅缩减整个通信系统的时延，实现系统对于无线链路中任意时延的完整识别。此外，还能够实现无线网以及核心网的独立维护与不断改善，提升网络构建的拓展性与灵活性。

（二）纳米核心网技术

所谓纳米核心网，通常认为是以纳米技术、云计算以及全IP网络为主要组成因素的一种高效融合。

1、纳米技术

所谓纳米技术，主要是指利用单个原子或单个分子制造物质的科学技术。作为纳米科学的重要应用之一，纳米技术（包括分子纳米技术）被主要应用于纳米范围内（0.1～100nm）的操作控制，引发新一轮的科学技术革命，成为通信行业向下一代转变的显著通信标准。与此同时，在5G通信中，将含有纳米技术的芯片植入移动终端中，简称“纳米终端”，将会是5G核心网产生超乎寻常的强大感应、计算以及通信能力。

2、云计算

随着计算机技术、通信技术的迅猛发展，我国通信网络取得了很大进步，但仍然存在一些不容忽视的问题，如随着新业务的持续增多，现有网络架构部署难度加大；如移动数据与宽带业务日趋成熟，移动与固网运营商却承受高CAPEX与OPEX、“比特管道”的压力；如多媒体内容呈爆炸式增长，随之产生传输时延与移动核心网瓶颈问题，导致大量无效内容被分发出去。

通过积极构建5G核心网，则能有效处理这些问题。这是因为5G网络以云计算为基础，顺利接入无线新技术，同时满足对于现有制式的接入控制。为此，为了有效确保各个场景下用户的数据接入能力，必须积极建立一种更为先进、更加实用的新型控制机制，从而实现对各个制式、频段以及小区之间的无线资源的有效协调。与此同时，对无线资源实行严格管理，努力实现调度功能云化，根据实际需要来合理划分和有序管理资源，显著降低网络管理与维护成本，提升经济效益。

3、全IP网络

全IP网络能够很好满足无线通信业务的快速发展需要，用户可以完全摆脱时间地点的限制，借助无线网络来获取数据应用，为运营商的创新与优化提供很好的方案参考，在性能与价格上显著提升产品的市场竞争力。

三、结语

总之，随着计算技术、通信技术以及自动化技术的迅猛发展，5G网络将会为人类提供更完美的通信体验，为人类生活提供更多便利。广大网络通信工作者们应积极探索、不断实践，科学架构5G核心网，推动5G网络的更快、更好发展。

参考文献：

[1]月球,王晓周,杨小乐.5G网络新技术及核心网架构探讨[J],现代电信科技,2014(12).

[2]孙广波.移动核心网网络优化要点及应用[J],移动通信,2010,34(12).

[3]张综光.GPRS核心网的设计与实施[学位论文]2008.