面向服务的5G网络架构—传承与创新分析

朱延敏

【摘要】    互联网各模块业务的创新应用，是促使网络技术得到快速发展的动力。与此同时，该行业新业务及4K和8K的新业务对互联网也提出新需求，在需求回应的同时，提出面向服务的5G网络架构，以SDN或NFV为技术基础的网络切片，使得端到端的网络差异化服务成为可能。而面向服务定值解决了大量网络缓存的资源的传输冗余问题，且在网络架构加入网络信息的感知平面，加强了大数据的处理分析率，进而调控了网络差异化所面对的资源部署问题。

【关键词】    网络服务    5G网络架构    传承创新

引言：

与之前网络通信技术相比，5G及相关网络的端口传输、通信处理能力、频谱和连接的发展又进了一步，为广大用户提供了更多网络接入的端口，且核心网络线路的接入速率也明显提升，加强了5G网络服务体验。现阶段，网络信息技术仍然处于高速发展的阶段，且提出了面向服务定制的5G网络架构的创新需求。但是，网络用户接入端口的设备使用量呈现出明显的增长趋势，无疑增加了端口接入压力。对此，为创新并营造更好的互联网发展环境，在5G网络环境下，面向服务定制的网络架构，促使互联网接入端口能够进行差异化处理，满足不同的用户的服务需求。

一、5G网络架构的内涵及其关键技术

1.1 5G网络架构的基本内涵

为推动5G的网络服务业务，2019年中国信息通信研究院发布《面向行业5G网络架构白皮书》（白皮书），白皮书聚焦网络通信行业在5G网络的发展建设中，提出自主运营、多域多类、数据安全和高性价比的需求，且首次发布面向服务的5G网络架构及扩展业务领域，至此形成了四大关键技术、三类主流业务、两种场景与一个平台，按照产业技术发展愿景，对5G网络后续相关工作提出了新的建议。具体来说，5G的网络架构主要包括5G接入网和5G核心网，其中NG-RAN代表5G接入网，5GC代表5G核心网。按照5G网络的运营部署与模块业务的创新发展需求，再加上互联网技术的自身发展趋势，按照软件、网络功能的虚拟化、5G蜂窝、内容存储，实现对网络结构下的转发分离、核心融合、接入网、无线资源管理、网络能力和网络的虚拟化的创新，这时的5G网络呈现出明显的扩展性、灵活性、可变成性的特征，最终实现面向服务定制的目标。

1.2 5G网络架构关键技术

5G时代已经到来，其是以网络为连接载体，来满足多样化模块及业务的需求，其关键技术包括NFV网络功能虚拟化（Network Function Virtualization）和SDN软件定义网络（Software Defined Network）两个技术，借助于通用的硬件，在差异化与网络功能化的业务指导下，促使资源得到更好的编排。网络运营及业务应用数字化的平台，来使得网络业务需求与网络能力之间实现合理的对接。另外，SBA核心是基于原生定义服务所确立的，5G网络支持下的软件功能，仍然适宜细粒度服务进行定义，其有利于网络根据业务的场景和服务粒度来统一编排与面向服务定制;在互联网协议基础上，接口会根据需求来灵活调用API交互，降低信令的开销和网络的配置，采取对外开放接口，其具有统一性功能;面向需求的服务按照原则也是可以灰度发布与独立部署，这一网络功能能够进入到快速升级阶段，进而产生新的功能就服务，如在虚拟化平台上实现弹性扩缩容与快速部署。不仅如此，开放网络还能够根据用户面的部署，来促使业务时延被减小。进而降低了传输网的资源传输压力，高频与低频之间的相互组合所形成的混合组网，使得传统的数据升级出口下沉到本地。

5G核心网和网络功能虚拟化的基础设施加以组合，为更多的用户，包括垂直行业的需求方、应用方面的供应商、普通的消费者，按照不同的需求方向来提供边缘计算或者是网络切片等较为接近最新科技的业务能力。可以说，5G核心网使得传统互联网的接入端的转型赋予了信息化功能。

不仅如此，5G核心网传承传统互联网优势的同时，从多元业务场景的需求与新型ICT为5G网络架构提供了创新驱动，而广域网络的基础设施具有灵活性与高性能特征，不仅保障了网络化运营能力，同时面向互联网未来发展趋势，5G网络时代开始形成分层化、虚拟化核心结构，以及适宜业务开发、资源开放的5G网络架构，促使网络业务和网络运营向可持续与绿色经济的发展模式迈进。5G给广大应用或社会描绘了全信息化的愿景，使得畅想成活成为可能。社会化的信息技术设施作为赋能业务的连接环节，面向未来网络服务重构了移动核心网络架构。与传统4G网络相比，5G的核心网络是按照原网络核心搭配云平台的一种设计思路，面向服务来进行功能设计与架构，促使其核心能力和控制灵活性得到全面提升。

1.3 5G典型功能的特性

1.3.1低時延特性

5G/B5G超高可靠超低时延通信的场景，如一般应用为VR、AR、工业生产控制、远程医疗操作、自动驾驶的场景活动中，有些因行业业务的特殊性，对指标要求较高。如自动驾驶，端到端的时延只有达到毫秒级是能够满足平台云端的辅助决策。5G/B5G对空口物理层帧结构进行改变，导致空口传输的时延有所降低，进而又在核心网的功能下沉接入网，转发节点也相应地有所减少，核心网的传输时延问题得到了解决。

1.3.2高宽带特性

5G网络支持高宽带，与4G网络宽带能力相比，下行的峰值速率提升了大约100倍，即为10Gbit/s，能够满足多元化且是高宽带的需求。进一步说，B5G更是扩展了业务支持的通信场景数量，数据的速率会达到Tbit/s的级别，宽带接入能力也将会更强。

1.3.3大连接特性

海量机器类通信则是5G/B5G对大规模物联网的应用场景，大连接功能具有可扩展性和灵活性特点，接口也具备同样的特点，进而能够满足更多且多元网络的场景连接需求，新网络节点和应用程序得到规模化部署。

二、面向服务的5G网络架构

2.1 5G网络架构的设计思路

2.1.1差异化服务质量的架构目标

SCN网络的主要功能，就是为不同的用户提供差异化的服务，利用网络切片来构建差异化结构，不同的用户结合其自身的需求选择适合自己的服务等级，促使互联网的经济模式得以显现出来。OTT业务被互联网经济模式所限制，使得网络冲击问题的解决获得了答案。

2.1.2测量和分析处理细粒度

网络规模与用户量、功能量之间呈正比例关系，多渠道资源也会更加丰富，这给网络管理带来了极大的难度。隨着人工智能和大数据的发展，二者对网络管理指明了发展方向，网络管理控制主体的智能化行为，是建立在网络底层产生充足实时的训练数据。那么，实时数据的获得与应用，则成为数据处理的关键要点。在SCN网络环境下，测量实时细粒度，利用人工智能或者是大数据实时分析网络状态，这种网络可视化为集中式网络管理提供了“技术”支持。

2.2信息冗余问题的解决

信息冗余会产生宽带的“资源”浪费问题，CDN采用一种覆盖网方式加以解决。SCN也尝试网络架构来避免信息冗余问题，网络自身的状态功能、感知内容，通过大数据对其分析处理，具有明显的智能化资源调度特征，提升了面向服务的网络基础设施信息处理能力。

2.3平滑演进

现阶段，网络一般仍然是IP准则，并通过系列弥补手段解决了一些问题，但无法完全取代现网结构。对此，按照面向服务的6G网络架构，SCN需要支持当前网络架构设计方案的基础上，还应容纳未来网络方案，这一架构理念具有明显的演进性特点。

2.4 5G的PS域架构

面向服务的5G网络架构还应优化PS域，包括以下方面的架构，一是SBA，另一个是CUPS和NS。前者涉及到微服务化的架构，整合传统的网元功能，然后再将其划分为多个单一的NF，NF分解成“网络功能服务”。后者是从用户方面进行的部署，采用集中和分布部署两个方面。相对于前两个，NS网络切片，是网络功能的虚拟化和软件化基础上对虚拟、相互隔离的一些子网络，进行的网络服务回应，再将网络功能进一步细粒度模块化，实现灵活组装业务应用。5G PS域网络架构如图1所示：

2.5网络功能服务的交互机制

与4G网络相比，面向服务定制的5G网络架构的功能服务之间的通信，可以采用交互解耦及发布订阅的模式，为服务者提供相应的网络功能。并且，消费者通过订阅功能，而反过来对网络服务更加便捷高效。

三、结束语

综上所述，5G网络是在4G之后的又一网络化社会的基础设施，再加上技术与政策落地，5G面向市场推广与规模化发展。此时，5G作为革命性的一种技术和赋能，其超光纤传输能力、海量数据处理、全空间连接能力等，使得其与人工智能、大数据技术和云计算技术等结合过程中，形成了移动智能的信息网络状态。对此，我们能够看出，面向服务的5G通信网络环境，能够更好地为人类社会提供优质服务。但是与此同时，我们还应看出，5G面对新发展机遇的同时，也将面对着新的网络安全挑战，并且需要对电磁辐射在自然环境上的影响进行全面分析。

参  考  文  献

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