張巍

摘 要 面對(duì)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)日趨多樣化、差異化的通信場(chǎng)景和業(yè)務(wù)需求，人們需要探討5G移動(dòng)通信核心網(wǎng)架構(gòu)及移動(dòng)性關(guān)鍵新技術(shù)，引入軟件靈活定義的去中心化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并提出網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)、5G切片中的高速通信技術(shù)，提升5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)用戶體驗(yàn)。

關(guān)鍵詞 5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò);關(guān)鍵技術(shù);核心網(wǎng)

引言

5G時(shí)代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了顛覆性的轉(zhuǎn)變，是一種人與物、物與物之間的通信，其具有大連接、低時(shí)延、高速率的網(wǎng)絡(luò)特征。在5G時(shí)代，核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)具有關(guān)鍵性的價(jià)值與作用。面對(duì)日益復(fù)雜多元化的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)需求，要不斷優(yōu)化5G 移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，提出集中控制與分布控制相結(jié)合的移動(dòng)性網(wǎng)絡(luò)管理體系，使其部署更加合理、靈活和高效。

15G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)

1.1 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)

5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的NFV技術(shù)是重要的關(guān)鍵技術(shù)，主要涵蓋有以下內(nèi)容：

（1）網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化組件（NFVI）。由虛擬機(jī)和服務(wù)器等物理資源進(jìn)行具體功能模塊的封裝和承載，進(jìn)行數(shù)據(jù)的底層傳輸、存儲(chǔ)和計(jì)算的資源支撐。

（2）虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能（VNFs）。采用NFV軟件技術(shù)進(jìn)行部署，具體執(zhí)行某一特定功能，諸如：域名解析系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)地址轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、防火墻等。

（3）NFV編排管理。要合理確定所需的多個(gè)VNF的數(shù)量及連接關(guān)系，明晰多個(gè)VNF在服務(wù)鏈中的排列方式，并通過(guò)底層NFVI構(gòu)建服務(wù)鏈，較好地實(shí)現(xiàn)特定切片網(wǎng)絡(luò)的具體功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)資源的移動(dòng)性管理[1]。

1.2 5G切片中的高速通信技術(shù)

（1）采用基于軟件OVS的虛擬機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)?？梢曰贠pen Flow協(xié)議進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制層和數(shù)據(jù)層的通信標(biāo)準(zhǔn)，由控制層提供開(kāi)放性接口，實(shí)現(xiàn)多樣化的網(wǎng)絡(luò)控制和管理，由開(kāi)放高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的高效轉(zhuǎn)發(fā)。在軟件OVS的虛擬軟件交換平臺(tái)之中，能夠通過(guò)ovs-dpctl、ovs-ofctl和ovcdb-tool這三個(gè)控制器，實(shí)現(xiàn)良好的控制訪問(wèn)、網(wǎng)絡(luò)隔離和流量監(jiān)控，其中：ovsdb是OVS的配置數(shù)據(jù)庫(kù)，用于存儲(chǔ)遠(yuǎn)程控制模式下的配置信息，遠(yuǎn)程調(diào)用RPC進(jìn)行通信。Ovs-vswitchd是OVS的核心部件，主要控制和處理datapath的上報(bào)信息及功能模塊。Datapath是OVS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)的核心功能模塊，主要提取并匹配數(shù)據(jù)包關(guān)鍵字信息，負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則的維護(hù)和管理，并進(jìn)行匹配成功/失敗信息的上報(bào)。

（2）基于硬件OVS的虛擬機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。由于基于軟件OVS的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)難以滿足低時(shí)延、低能耗的通信需求，包頭解析模塊對(duì)嵌套幀的解析流程過(guò)于煩瑣，為此，要引入基于硬件OVS的虛擬機(jī)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，通過(guò)FPGA開(kāi)發(fā)板的以太網(wǎng)光接口和PCIe接口進(jìn)行硬件轉(zhuǎn)發(fā)，其功能模塊主要包括有：①管理模塊。該模具具有對(duì)數(shù)據(jù)包與控制命令的區(qū)分功能，可以從控制層面經(jīng)PCIe到硬件轉(zhuǎn)發(fā)層面，對(duì)數(shù)據(jù)包和流表模塊命令等下行數(shù)據(jù)進(jìn)行新的封裝和承載，從硬件轉(zhuǎn)發(fā)層面經(jīng)PCIe到控制層面，對(duì)上行數(shù)據(jù)進(jìn)行信息讀取和發(fā)送。②預(yù)處理模塊。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)包類型的區(qū)分，提取不同數(shù)據(jù)包的關(guān)鍵字信息，并將其發(fā)送給流表模塊，將原始數(shù)據(jù)緩存于RAM之中，具體處理流程為：數(shù)據(jù)包類型偵測(cè)——關(guān)鍵字提取。③流表模塊。主要實(shí)現(xiàn)對(duì)流表項(xiàng)的維護(hù)，包括流表項(xiàng)的新增、刪除、查詢和修改等，并對(duì)關(guān)鍵字進(jìn)行流表項(xiàng)匹配，較好地優(yōu)化流表結(jié)構(gòu)和匹配方式。④操作模塊。以流表模塊輸出的操作地址信息進(jìn)行操作，進(jìn)行原始數(shù)據(jù)的字段修改、丟棄、轉(zhuǎn)發(fā)等。⑤發(fā)送模塊。主要是將操作模塊修改的數(shù)據(jù)包發(fā)送至對(duì)應(yīng)的端口。⑥PCIe數(shù)據(jù)分發(fā)模塊。該模塊主要實(shí)現(xiàn)回復(fù)命令和數(shù)據(jù)的區(qū)分，并通過(guò)PCIe接口進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的上發(fā)，能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)先級(jí)選擇，使之進(jìn)入到PCIe通道的隊(duì)列之中，進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的傳輸。

（3）硬件OVS在5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用。為了解決覆蓋多應(yīng)用場(chǎng)景、多業(yè)務(wù)需求，可以采用硬件OVS降低數(shù)據(jù)包在虛擬機(jī)之間的轉(zhuǎn)發(fā)時(shí)延，實(shí)現(xiàn)硬件轉(zhuǎn)發(fā)層面的流表控制、流表緩存和驅(qū)動(dòng)管理，可以將硬件OVS嵌入到5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的DU處，實(shí)現(xiàn)5G前傳網(wǎng)絡(luò)接入流量在切片內(nèi)多個(gè)虛擬機(jī)的疏導(dǎo)和傳送。也可以將硬件OVS嵌入到5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的CU處，合理區(qū)分不同類型的業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)不同業(yè)務(wù)的定制化處理，有效提升CU中虛擬機(jī)之間數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)效率[2]。

25G核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G核心網(wǎng)采用控制轉(zhuǎn)發(fā)分離架構(gòu)，同時(shí)實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理和會(huì)話管理的獨(dú)立進(jìn)行，用戶面上去除承載概念，QoS參數(shù)直接作用于會(huì)話中的不同流。通過(guò)不同的用戶面網(wǎng)元可同時(shí)建立多個(gè)不同的會(huì)話并由多個(gè)控制面網(wǎng)元同時(shí)管理，實(shí)現(xiàn)本地分流和遠(yuǎn)端流量的并行操作，5G的核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為兩種架構(gòu)呈現(xiàn)，即參考點(diǎn)方式呈現(xiàn)和服務(wù)化架構(gòu)方式呈現(xiàn)。服務(wù)化架構(gòu)是在控制面采用API能力開(kāi)放形式進(jìn)行信令的傳輸，在傳統(tǒng)的信令流程中，很多的消息在不同的流程中都會(huì)出現(xiàn)，將相同或相似的消息提取出來(lái)以API能力調(diào)用的形式封裝起來(lái)，供其他網(wǎng)元進(jìn)行訪問(wèn)，服務(wù)化架構(gòu)將摒棄隧道建立的模式，傾向于采用HTTP協(xié)議完成信令交互。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)借鑒IT系統(tǒng)服務(wù)化和微服務(wù)化架構(gòu)的成功經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)模塊化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能間的解耦和整合，解耦后的網(wǎng)絡(luò)功能可獨(dú)立擴(kuò)容、獨(dú)立演進(jìn)、按需部署;控制面所有NF之間的交互采用服務(wù)化接口，同一種服務(wù)可以被多種NF調(diào)用，降低NF之間接口定義的耦合度，最終實(shí)現(xiàn)整網(wǎng)功能的按需定制，靈活支持不同的業(yè)務(wù)場(chǎng)景和需求[3]。

3結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著科學(xué)技術(shù)不斷創(chuàng)新與進(jìn)步，想要促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)長(zhǎng)久穩(wěn)定發(fā)展就需要跟進(jìn)時(shí)代步伐，互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為人民生活中必要存在的一部分，所以在5G移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用上，需要技術(shù)人員不斷完善和改進(jìn)5G移動(dòng)通信技術(shù)，保證網(wǎng)絡(luò)安全性和穩(wěn)定性，提高網(wǎng)絡(luò)信息傳輸速率和處理效果，更好地改善人民生活質(zhì)量，進(jìn)一步提升社會(huì)整體經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。

參考文獻(xiàn)

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