5G核心网演进的研究

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　　[摘 要]本文将从5G核心网架构入手，对其演进的关键技术和具体步骤进行详细的阐述分析，希望可以为我国5G核心网的研究和发展提供一定的参考。
　　[关键字]5G；核心网；研究
　　中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2019）07-0161-01
　　1引言
　　在通信技术发展的历程中，随着时代的发展，人们的需求也在不断丰富和提高，现阶段广泛应用的第四代移动通信技术主要关注于不同个体之间的通信。在新媒体时代下，人们对信息交互的要求越来越高，多种类型的视频软件在年轻群体中得到了大范围的普及，在这样的情况下，通信网络只有不断提升性能，才能更好的满足人们的需求，因此所有通讯企业都在开展5G网的研发和探究，以期为人们提供一个传输更流畅、覆盖面更广的网络，在人与人通信的基础上实现人与物的通信。
　　2 5G核心网构架现状
　　当前阶段，5G网络技术仍旧不够成熟，因此传统EPC网络架构依旧广泛应用，它主是由MME、HSS、P-GW、S-GW等网元构成，其中MME是实现EPS移动性管理结合会话管理不可缺少的实体要件，其功能主要体现在控制方面，可以和HSS进行交互，以此实现对用户的接入控制，同时S-GW与基站之间的路由协商也需通过MME来实现。MME和S-GW共同构成了传统EPC网络架构的SGSN功能。S-GW广泛分布于每一个与EPS相关的UE内的每一个时间点上，具体表现为终止于E-UTRAN界面的业务网关，其功能主要体现在数据处理方面，GTP的封装、解封装等。P-GW则是面向PDN终结于SGi界面的网关，在UE同时访问多个PDN的情况下，其将和一个或多个F-GW相对应。最后，HSS则是一个庞大的数据库，其中主要储存了用户的签约信息。在传统EPC网络实际组网中，可以将S-GW和P-GW进行组合设置。
　　随着时代的不断发展，传统EPC核心网的局限性越来越大，例如其控制面板和数据面之间无法实现完全独立，加之数据面功能过于密集，因此根本无法适应5G业务的需求。在新时期下，对核心网架构进行改造升级已经势在必行。
　　3 5G核心网架构演进
　　通常情况下，5G核心网架构主要由异构接入网络和统一核心网络5GCore兩个部分构成，前者容纳了4G接入、5G接入、Wi-Fi接入等多种接入技术，而后者则是由EdgeCloud和CoreCloud两个部分构成，进一步可以细分为以下几个方面：其一，CGW。这是一种聚合网关，主要功能是为用户提供平面QoS管理、移动性管理以及接入网络数据包路由等多项功能和服务。其二，eUCE。通常情况下eUCE都会和UCE一同工作，主要负责平面功能的控制，具体内容包括用户终端会话管理、不同无线接入技术的协调、用户终端认证和授权等，此外它还能够在同一CGW下接入多个网络的情况下，进行移动性管理。其三，UCE，它主要功能是对多个CGWs进行移动性管理，同时还能够实现数据路径的优化。
　　4 5G核心网逻辑层面的重新划分
　　通过重新划分5G网核心逻辑层面的方法能够对网络性能进行优化，经过优化的下一代网络会具有以下特性：
　　其一，接入独立网。在非接入层信令（NAS）的支持下，核心网可以支持4G、5G以及Wi-Fi等多种接入技术，这样以来就解决了核心网络在接入方面的限制，实现了统一网络的构建。在这样的情况下，5G核心网可以根据相关服务的实际需求，产生与之相适应的非接入层信令，解决了传统网络架构下需要先建立承载后数据传输额的面向连接机制的弊端，使得网络的灵活性得到了极大的强化，同时也解决了时延较高的问题。
　　其二，分布式网络架构。分布式网络架构即是指将CGWs和eUCEs放置在IP网络边缘，在此前提下以动态锚机制为基础，实现对分布式网络的移动性管理，在这样的情况下，统一核心网络中的eUCE会将流量路径信息实时发送到基站和CGW，不仅实现了流量路径的优化，同时也大幅度的降低了时延。相较于传统的4G核心网，这种分布式网络加工在流量传输效率等方面存在着巨大的优势。
　　其三，控制平面和用户平面的完全解耦。5G核心网的控制平面功能放置在eUCE和UCE中，而用户平面功能放置在CGW中，二者之间可以通过开放界面进行连接。
　　其四，灵活移动性。利用动态IP锚点可以实现5G核心网的灵活移动性支持，用户可以依据自身的需要随时随地的进行启动，不仅能够根据接入技术对消息类型进行调整，还可以在移动性等级间进行灵活切换。
　　此外， 5G核心网引入了基于原生云设计的NFV和SDN架构，其关键技术主要包括以下几个方面：
　　其一，服务化架构。这一加工是从用户的角度出发，致力于解决当前阶段电信应用存在的网络集成和升级过于复杂、功能开放和发布过于缓慢等问题。其原理就是将传统的单体式应用程序分解成多个更加松散和无状态的微服务，通过模块化的方式使其形成松耦合状态，在这样的情况下，通过云中复制的方式就可以轻松完成对服务的添加和移除，不需要对应用程度作出巨大的变更或是改动配置的。
　　其二，容器化。容器化的内涵即是指集装箱思想和软件打包的融合，在软件传输的过程中，制作容器的目的实际上就是打造一个“集装箱”，为软件提供一个隔离的环境，使其安全达到目的地，之后将代码/微服务打包进容器中，使软件可以在不同的操作系统上实现运行。容器化的本质是一个轻量级的虚拟化技术，该技术可以支撑应用程序在不同的云基础架构中独立运行，同时也大幅度的提高了软件移植的效率。
　　其三，DevOps。在新时期，人们对通信服务的需求越来越丰富，因此运维和开发人员必须在充分了解市场需求的基础上不断进行产品、服务的开发以及发布。DevOps即是通过高度自动化系统的应用实现对微服务环境的管理，为相关服务快速、频繁、可靠的构建、测试和服务创造良好的条件。
　　其四，动态编排。即通过对容器的科学调度和管理实现资源的最大化利用。在具体实施中，主要通过容器编排系统对主机资源进行管理，在最优化方案的支持下，对容器进行分配调度，并通过API界面进行集成。
　　综合以上5G核心网架构的相关内容，可以将其演进分为两个阶段，分别是核心网络的云改造以及核心网网元功能重构。
　　在核心网络云改造阶段，具体工作内容如下：首先，对能够适应云改造的网元进行选择，一般情况下最好不要选用已经面临退网的系统，如移动2G或是3G电路域或是分组域。而对于现阶段广泛应用于的4G分组域，考虑到其大部分设备为厂家专有硬件，因此在演进过程中，应该逐步扩充新设备，增加通用设备的比例。而在核心网网元功能重构阶段，应结合云化的核心网形成新的网络架构，并在此基础上进行基础设施和软件架构的部署，推动现网向5G网稳步演进。
　　4 结束语
　　综上所述，本文结合5G核心网的现状，对其演进理论进行深入的探索研究，希望能够为通讯运营商改造升级现网提供一定的参考借鉴，顺利完成5G核心网的演进。
　　参考文献
　　[1] 朱晨鸣. 5G ： 2020后的移动通信[M]. 人民邮电出版社， 2016.
　　作者简介
　　黄晓华 硕士，毕业于南京邮电大学，现任职于中通服咨询设计研究院有限公司，研究方向为移动互联网、宽带网的咨询规划设计。
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