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1、探讨5G核心网网络架构及关键技术摘要：进入2世纪以来，随着经济全球化的不断发展，5G技术也得到了快速 发展和深入研究，并且也逐渐应用于商业市场当中。在实际应用中，5G技术不仅 能够满足人们的业务需求，而且能够保证网络传输的安全性，这能够使我们国家 的网络通信水平得到显著提升。作者根据多年的工作经验，对5G核心网络体系 结构和关键技术进行了深入分析，希望能为相关专业人士提供参考。关键词：5G;核心网；网络架构；关键技术前言5G核心网的创新动力来自5G业务场景和新ICT赋能技术的需求，并且应我 们国家当下发展所需，旨在建设高性能、足够灵活、可配置的广域网基础设施， 从而全面提升未来网络运营能力。5
2、G时代需要一个虚拟化、分层的核心网络。5G 核心网是一种资源可以共享的网络体系架构，极其适用于当下新发展背景所需， 并且完成从网络运营到业务服务的经济可持续发展模式。随着5G标准的冻结， 商业部署被提上议事日程，描述未来整个社会更好的信息生活的5G需求变得可 以想象。作为连接一切和支持业务的社会信息基础设施的重要组成部分，移动核 心网络将在5G阶段实现其架构、功能和平台的全面重新配置。与传统的4G核心 网（EPC）相比，5G核心网采用本机自适应云平台的设计思想，采用面向服务的 架构和功能设计，提供更通用和更适合的接入、更灵活的控制和传输以及更易于 使用的能力开放。1 5G核心网网络架构为了能够
3、满足不同情景下多样化服务的需求，相关工作人员必须建设一个核 心网络，必要时进行灵活部署。5GC（5G core，5G核心网）充分结合了各领域的技 术优点，突破了传统网络的局限性。使用解耦和重建4G核心网络，把传统的4G EPC核心网络的网元按功能划分。5G控制平面的网元在SBA微服务的下使用 SBI（Service-based Int erface，服务化接口）统一接用于相互传输数据的服务接口，随着NFV （网络功能虚拟化）和SDN （软件定义网络）等技术的发展，5G 基础网络通过这些新技术实现了网络功能的重新分配，传统通信技术网络将面向 基于it的技术转变。图1所示便是以5GC核心体系结构为
4、基础，将5G核心网络依次分为功能模 块，主要分为CP（Control Plane，控制平面）和UP（User Plane,用户面）。其中重 要的网络功能模块为：JVI卩FK nd rnXLI-MI图1基于服务的5G网络架构AFhcLIIlf当中的 AUSF、AMF、SMF、NSSF、NEF、NRF、PCF、UDM 被称为控制面功能的 相关模块。其次，用户面功能模块是UPF,它的功能是将控制面功能模块中发出 的策略，然后再对用户数据处理进行控制。UPF网络元素使用N6接口和DN运算 符数据网络进行数据传输和转发，AMF和UPF两个网络元素通过N2和N3接口及 数据交换接入网络，适用于不同类型的网
5、络接入，如3GPP接入和3GPP接入。外 部AF可通过NEF与5GC通信。5G核心网络的功能之一是将网络功能划分为不同的模块，在网络功能模块化 的基础上，网络控制功能和转发功能完全分离。其中，控制面可以实现模块功能 的集中实现，而调度和控制转发平面资源。用户界面可以集中部署或分布式部署 在靠近网络边缘部署时使用本地流量，提供附近的网络传输服务，并将端到端延 迟时间缩短到毫秒。25G 核心网的关键技术2.1 服务化架构5G 核心网的控制平面吸收了 IT 系统面向服务的架构，并且面向服务的体系 结构可以重构以前移动核心网的网络体系结构，从而使得每个传统的核心网元被 划分为轻量级的、独立的网络功能模
6、块。服务化架构一般体现在两个方面，一是 服务化网络功能，二是服务化接口。服务化网络功能是指核心网络 5G 的网络功 能，它是将自身的能力作为主要业务，通过呼叫接口服务于其他网络功能。服务 化接口是指一种轻量级的接口协议，它使网络具有高度的可扩展性。3GPP标准指 定服务接口协议必须使用 TCP。2.2 控制和转发分离就目前发展背景而言，运营商4GEPC核心网的网关采用s-GW和P-GW设备的 组合，从而形成一种覆盖全省的服务区。客户端发起移动互联网服务后，可以通 过eNodeB接入运营商的IP承载网络。在省会收集服务流量后，连接到S-GW/P- GW,然后从移动网络传输，以方便用户接入互联网。
7、5G核心网采用用户平面与控 制平面完全分离的架构。其主要优点是控制机的功能模块可以集中部署在省会城 市，科学调度转发机的资源。在用户平面网络的功能模块方面，可以根据实际需 要采用分布式或集中式的方式进行合理部署。如果用户平面功能下沉到边缘 DC， 那么本地通信便可以进行分流，从而使得终端之间的延迟得到降低。2.3 网络功能虚拟化和网络切片切片技术是5G网络中的一项关键技术，它允许实现各种业务场景和服务类 型，并根据需要科学地定制网络。5G网络核心采用SDN技术将硬件平台和网络功 能与5G网络核心解耦，形成多个网络功能模块。通过组合这些模块，可以形成 特殊的网络部件。网络片主要包括接入网和核心网
8、，并且每个网络片可以在不同 的网络片之间共享资源，并在不同的网络片之间隔离资源。核心网络由控制平面 和用户平面两部分组成。控制平面采用的系统架构是面向整体服务的，而用户平 面采用的架构模式则是能够依据转发性能的要求从而进行最为合适的选择。无线 网络接入在不干扰网络质量和系统容量等重要指标的情况下，无线网络芯片应基 于无线网络的分层架构，并能够通过虚拟化技术共享一些基础设施资源。要注意 合理利用机场时频资源，采用相应的帧结构等不同技术实现无线资源的智能调度 并利用无线网络参数重新配置功能，实现不同的切片功能。网络切片管理功能能 够完成切片调度管理，并将切片中的SLA拆分为切片子网中的SLA，通信
9、服务管 理支持将业务需求映射到网络切片需求。3 5G核心网业务能力3.1基于服务化架构技术的业务能力1.网元功能逐步被分解4G网络体系结构有一定的刚性网格，网络只能完成一些具体的功能。其中， 传输功能是独一无二的，而网络只履行点对点的连接，且大多数的功能是固定的 也不能进行灵活调整。此外，4G网络使用的EPC网元，5G网络使用的是网络技 术定义，网元能够被分为多个小单元，在API调用的作用下，网元单元是多样性 的组合，可以实现网络功能的扩展。网元可以自动完成服务升级、扩展、网络接 口等网络实现自由连接，信息共享更加灵活开放。刚性网络逐渐发展为“柔性网 络”，更能适应不同的传输情景。1.全面管理
10、网络服务功能NRF （网络功能存储）模块是5G网络的重要组成部分，能够灵活管理网络服 务功能，NF服务可以在存储模块的管理下执行注册、升级、功能选择等过程。当 用户使用网络时，信息调用和授权等功能有序地执行，当用户关闭网络连接时， 5G核心网自动停止运行，最终达到插入和使用网络功能的目的。通信网关协议在不同的网络体系结构中，通信网关协议有很大的差异。4G网络采用EPC架 构，SCTP、GTPvl和SS7协议共同完成网元通信和传输线链路。5G网络架构与4G 网络完全不同。它以Internet和云计算为基础的网络体系结构，将TCP和HTTP 2 集成到网络体系结构中，形成灵活高效的通信网关协议。运
11、营商通过 REST API 连接到网络，其他第三方通过相应的 API 连接到网络以完成一系列传输任务3.2基于CUPS技术的网关控制转发分离在一定条件下，4G网络可以完成网关控制和转发等操作。在4G网络中，网 元和设备的功能相对固定，控制和转发操作受到一定限制。由于系统内部灵敏度 较低，信号传递交互困难，导致不利于管理。5G核心网很好地解决了这个问题， 在网络架构中应用了 SDN、NFV技术，引入了 C/U网关控制系统，将过程控制向 前推进，有效分离，混合网络逐步形成，面向控制的集成运营方向，实现功能模 块划分，网元同时工作，不应影响正常的网络传输。网络层是显而易见的。在不 同的场景中，中央D
12、C、本地DC和边缘区域提供的功能和服务是不同的，当层级彻 底分离后，用户能够实现分布式的部署，且核心网和用户的距离也会随之变近， 极大的提升了传输信息的可靠性。3.3 功能虚拟化在SDN/NFV技术的支持下，5G网络功能逐步虚拟化，以虚拟架构取代刚性网 元，实现网络资源的统一跨功能管理。虚拟管理体系结构具有不同的层。硬件资 源是基础层，虚拟资源是中间层，虚拟功能是网络功能的实现层，为用户提供个 性化服务。硬件层包括支持网络运行的所有设备和组件。供应商可能不同，但硬 件的质量必须得到保证，设备的兼容性必须很强，并且资源可以准确地分配给用 户。虚拟资源层不仅可以为核心网络提供vIMS和vEPC平台
13、，还可以支持第三方 系统访问。服务状态不稳定，工作效率高。各功能模块响应时间短，各模块协调 性高。3.4 移动边缘计算MEC 本质上是分布式计算。它可以将网关位置推近边缘网络，并将相应的内 容推送给用户。利用该系统可以完成简单的网络实验和宽带传输。MEC由智能设 备组成，如网关和终端，具有智能渗透。核心网络可以通过该系统直接为用户提 供服务，从而获得准确的用户体验。边缘计算在某种程度上反映了云计算，两者 相互帮助，为用户提供服务。结语总而言之，电信运营商对 5G 核心网在移动网络架构演进过程中，新技术、 新业务功能的不断更新和应用是一个漫长的过程，在这个过程中，随着相关标准 规范的完善，5G移动核心网的部署策略将不断调整优化，这将成为今后研究的重 点和难点。参考文献1 庞友.5G网络新技术及核心网架构的研究J.中国新通 信,2021,23(15):35-36.2 李秋伟，刘帅.联通5G网络通信技术及核心网架构研究J.电子技术与软 件工程,2021(02):36-37.3 刘大畅，丁浩，曾晶.5G核心网网络架构及关键技术分析J.中国新通 信，2021，23(01):81-82.4 赖光何.5G移动网络新技术及核心网架构的几点思考J.信息通 信，2020(03):245-246.
