高 瞻，李騰飛

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

0 引 言

分析5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)，其具備網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速度快和可以合理縮短時(shí)延等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。此外，5G網(wǎng)絡(luò)擁有更加廣泛的客戶范圍與覆蓋面積，為了讓5G技術(shù)的實(shí)際作用得到充分體現(xiàn)，需要深入研究和分析未來(lái)移動(dòng)通信的核心網(wǎng)架構(gòu)。

1 將4G網(wǎng)絡(luò)作為主要基礎(chǔ)的核心網(wǎng)虛擬化架構(gòu)研究

1.1 4G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架的組成及實(shí)際作用分析

通常，在4G網(wǎng)構(gòu)架中，核心網(wǎng)的主要構(gòu)成包含一系列的物理網(wǎng)元，主要通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口的實(shí)際利用實(shí)現(xiàn)相互之間的通信。4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的實(shí)際作用是分別控制用戶界面和控制界面。其中，構(gòu)成控制面網(wǎng)元的主要內(nèi)容包含移動(dòng)管理實(shí)體、歸屬簽約服務(wù)器、服務(wù)GPRS支持節(jié)點(diǎn)以及計(jì)費(fèi)和策略功能，完成接入管理和鑒權(quán)移動(dòng)性管理是控制網(wǎng)元的主要職能，并且其實(shí)際功能還包括策略控制和對(duì)話管理等。用戶面網(wǎng)元的主要內(nèi)容包括服務(wù)網(wǎng)關(guān)和PDNGW等，管理地址、管理隧道以及轉(zhuǎn)發(fā)用戶的數(shù)據(jù)包是用戶面網(wǎng)元的主要職能。雖然在4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中用戶界面與控制界面間具有較強(qiáng)的獨(dú)立性，處于分離狀態(tài)，但是在PDNGW和SGW中有著與控制面相關(guān)的功能，涉及到的主要體現(xiàn)是建立用戶面隧道、分配IP地址以及開(kāi)展會(huì)話管理工作等[1-3]。

1.2 針對(duì)核心網(wǎng)虛擬化的有效分析

在將核心網(wǎng)虛擬化的過(guò)程中，通常采用一種相對(duì)簡(jiǎn)單的方法，即針對(duì)4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中存在所有物理網(wǎng)開(kāi)展單獨(dú)的虛化工作，具體指將MME、SGSN、HSS以及PCRF等控制面網(wǎng)元所涉及到的功能在軟件及硬件表面進(jìn)行全面實(shí)現(xiàn)。將用戶網(wǎng)元和PDNGW拆開(kāi)會(huì)得到兩種主要形式，即GW控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面功能，還可以在交換裝備上實(shí)現(xiàn)GW轉(zhuǎn)發(fā)功能的集成，從而使得相關(guān)操作變得更加簡(jiǎn)單和便捷。針對(duì)其他控制面功能來(lái)說(shuō)，如PDNGW和SGW等，可以采取有效措施對(duì)其進(jìn)行虛化，之后成為GW控制器。針對(duì)GW控制器進(jìn)行虛化之后，可以通過(guò)利用SDN接口協(xié)議的輔助實(shí)現(xiàn)控制GW轉(zhuǎn)發(fā)器[4]。

1.3 基于4G架構(gòu)的核心網(wǎng)虛擬化解析

GW控制器的實(shí)際作用是完成GW轉(zhuǎn)發(fā)面的有效明確，還有建立部分隧道協(xié)議。在完成對(duì)MME/SGSN規(guī)劃建立的響應(yīng)請(qǐng)求進(jìn)行接收之后，會(huì)對(duì)OFS進(jìn)行合理選擇，使其成為此會(huì)話對(duì)應(yīng)的GW轉(zhuǎn)發(fā)面。而GW控制器的主要作用是科學(xué)分配GTP隧道中包含的信息，同時(shí)結(jié)合實(shí)際情況建立相應(yīng)的會(huì)話轉(zhuǎn)發(fā)表。通過(guò)SDN控制器的實(shí)際作用能夠?qū)⒁陨系玫降霓D(zhuǎn)發(fā)表完成向OFS的發(fā)送。在GW控制器、MME/SGSN之間能夠形成對(duì)應(yīng)的S4/S11接口，同時(shí)保證具備一定的便捷性，進(jìn)而完成通信任務(wù)，并且在整個(gè)通信過(guò)程中不會(huì)對(duì)4G架構(gòu)產(chǎn)生不良影響，也不會(huì)阻礙各環(huán)節(jié)的正常運(yùn)行。

2 面向未來(lái)移動(dòng)通信的核心網(wǎng)架構(gòu)研究

2.1 虛擬核心網(wǎng)架構(gòu)的集成化分析

在開(kāi)展構(gòu)建虛擬核心網(wǎng)架構(gòu)工作之前，需要保證不改變4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。在虛擬化平臺(tái)上面，網(wǎng)元傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中相關(guān)的全部信息處于共享狀態(tài)，不僅可以縮短不同的時(shí)延，而且還能有效減少網(wǎng)元間的接口和信令交互，從而讓通信效率得到全面提升。在虛擬化平臺(tái)中能夠在保證便捷性的前提下實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)元相關(guān)的全部功能，而完成集成的核心軟件包具備一定的實(shí)際作用，即合理減少網(wǎng)元間的接口，使整體的運(yùn)行流程得到有效簡(jiǎn)化，并使時(shí)延得到適當(dāng)縮短，進(jìn)而讓系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中具備更好的便捷性[5,6]。

2.2 構(gòu)建多張網(wǎng)絡(luò)并存的核心網(wǎng)有效措施

與4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行比較分析，5G網(wǎng)絡(luò)具備更強(qiáng)的多樣性，能夠結(jié)合不同場(chǎng)合的特點(diǎn)和需求，采取有效措施進(jìn)行滿足。對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，不僅需要其擁有足夠支撐密集網(wǎng)絡(luò)的能力，還應(yīng)該可以實(shí)現(xiàn)大量不同的連接，并且要保證數(shù)據(jù)源安全且迅速地傳輸。在5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，沒(méi)有對(duì)同一時(shí)間滿足全部性能提出相關(guān)要求，如果想讓一張網(wǎng)絡(luò)同時(shí)滿足全部需求，則需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)自身的質(zhì)量和效率提出較為嚴(yán)格的要求，同時(shí)以上過(guò)程中需要克服巨大困難和挑戰(zhàn)。而通過(guò)應(yīng)用虛擬化技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)全新移動(dòng)核心網(wǎng)的構(gòu)建，將原有的所有功能輸入在編碼器中，能夠?qū)崿F(xiàn)多方面的功能性突破，如將硬件資源向核心網(wǎng)完成合理分配、加載相關(guān)軟件以及科學(xué)配置網(wǎng)元等，并且能夠讓網(wǎng)元之間的全部鏈路得到合理有效地分配。多張專用核心網(wǎng)并存如圖1所示。

圖1 多張專用核心網(wǎng)并存

2.3 多張專用核心網(wǎng)并存的實(shí)際作用

通常情況下，運(yùn)營(yíng)商會(huì)對(duì)兩張?zhí)摂M核心網(wǎng)進(jìn)行實(shí)際運(yùn)用。其中核心網(wǎng)一的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)人與人之間的網(wǎng)絡(luò)通信，核心網(wǎng)二的主要作用是為物聯(lián)網(wǎng)提供專門的通信服務(wù)。運(yùn)營(yíng)商需要通過(guò)應(yīng)用專用網(wǎng)絡(luò)將終端服務(wù)提供給物聯(lián)網(wǎng)，同時(shí)能夠針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)具備的基本特點(diǎn)提供相應(yīng)的優(yōu)化措施。針對(duì)存在一定差異的虛擬化核心網(wǎng)，能夠?qū)⑺械幕A(chǔ)設(shè)施進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，進(jìn)而達(dá)到資源共享的目的，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)谋憬菪院陀行訹7-9]。

2.4 未來(lái)核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)智能化管理

通過(guò)實(shí)現(xiàn)智能管理可以合理配置所有網(wǎng)絡(luò)中的資源，同時(shí)還能針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的整體運(yùn)行過(guò)程實(shí)施連續(xù)性監(jiān)控，并結(jié)合實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行有針對(duì)性地做出科學(xué)調(diào)整，進(jìn)而讓網(wǎng)絡(luò)能夠始終處于運(yùn)行過(guò)程中的最佳狀態(tài)。5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的到來(lái)可以通過(guò)對(duì)NFV的合理引進(jìn)和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)不同核心網(wǎng)的同時(shí)運(yùn)行，但是在實(shí)際的工作開(kāi)展過(guò)程中存在一些亟需解決的問(wèn)題，如核心網(wǎng)的配置工作變得復(fù)雜，且對(duì)維修工作的開(kāi)展來(lái)說(shuō)存在較大的阻礙。為了讓專用核心網(wǎng)同時(shí)運(yùn)行的順利性得到有效保證，需要技術(shù)人員做好網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)安裝工作，同時(shí)提高對(duì)資源配置與維修工作的重視，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)智能化管理意識(shí)。首先，了解和收集實(shí)際運(yùn)行中網(wǎng)絡(luò)的基本情況并展開(kāi)全面分析；其次，針對(duì)存在的重要空閑資源進(jìn)行歸集；最后，對(duì)具備關(guān)聯(lián)性的業(yè)務(wù)信息做好總結(jié)分析[10]。開(kāi)展信息收集工作的主要目的是有效掌握終端涉及到的所有模式，使其成為網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作開(kāi)展的主要依據(jù)。而針對(duì)網(wǎng)絡(luò)智能管理系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，需要在保證信息收集全面的基礎(chǔ)上采取有效措施對(duì)信息進(jìn)行科學(xué)處理。同時(shí)為了讓運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部的管理工作人員能夠提高信息配置的清晰及合理性，需要結(jié)合實(shí)際情況設(shè)施專門的接口。工作人員應(yīng)該收集和處理的信息包含網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求和策略信息，策略信息主要指能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行部署和優(yōu)化的策略，而其中包含的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)要求具體指企業(yè)或者政府部門等相應(yīng)客戶的基本要求。智能化管理系統(tǒng)的建立需要結(jié)合實(shí)際的部署及優(yōu)化需求，合理建立網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，并保證整體的安全可靠性。未來(lái)核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)智能管理系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 未來(lái)核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)智能管理系統(tǒng)

3 結(jié) 論

本文在虛擬化的4G核心網(wǎng)基礎(chǔ)上建立針對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的集成化、虛擬化核心網(wǎng)架構(gòu)。通過(guò)此種架構(gòu)的實(shí)現(xiàn)能夠達(dá)到對(duì)網(wǎng)絡(luò)實(shí)行智能化管理的目的，從而為多種核心網(wǎng)的同時(shí)存在提供便利條件。集成化虛擬核心網(wǎng)的實(shí)際作用是集成核心網(wǎng)對(duì)應(yīng)的全部功能，并科學(xué)分離用戶模塊與處理模塊，順利實(shí)現(xiàn)各種分布式處理功能，同時(shí)通過(guò)合理引入智能管理模塊，使得網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行更加順暢，并方便工作人員的日常維護(hù)。