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1移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)面臨的問(wèn)題

雖然移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展比較迅速，但是仍然存在很多問(wèn)題，尤其是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)帶來(lái)的沖擊，其中移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要考慮的問(wèn)題主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的角度看傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)，需要根據(jù)業(yè)務(wù)的峰值容量進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的配置，而新興業(yè)務(wù)的實(shí)際網(wǎng)絡(luò)資源需求難以評(píng)估，因此可能造成網(wǎng)絡(luò)資源過(guò)度配置，設(shè)備、機(jī)房等增多，運(yùn)營(yíng)及維護(hù)成本、能源消耗等增大，而未獲得顯著的效益甚至效益減小；再者，在支持某些新業(yè)務(wù)時(shí)，運(yùn)營(yíng)商可能需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行升級(jí)或者創(chuàng)新改造，由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備都是軟硬件緊耦合的，因此在傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)困難，運(yùn)營(yíng)商需要對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)改造，業(yè)務(wù)部署周期延長(zhǎng)，增值服務(wù)創(chuàng)新困難；此外，當(dāng)新業(yè)務(wù)造成網(wǎng)絡(luò)資源緊張時(shí)，難以對(duì)已有網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行擴(kuò)容，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可擴(kuò)展性差，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容時(shí)，不僅需要增加軟硬件設(shè)備，還需要整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行配置更新，例如對(duì)不同廠家的設(shè)備及其之間接口進(jìn)行配置，效率很低；最后，由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的資源分配大都基于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備自身的資源狀況和配置策略進(jìn)行，缺乏全局的統(tǒng)一調(diào)度。因此，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)流特征發(fā)生變化時(shí)，由于網(wǎng)絡(luò)資源不能動(dòng)態(tài)監(jiān)控并高效分配，可能造成網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的資源緊張。（2）從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的角度看未來(lái)的接入網(wǎng)必然是存在多模/多制式的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，這種缺乏相互融合協(xié)調(diào)的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)帶來(lái)很多困難。首先，多種接入技術(shù)的獨(dú)立建網(wǎng)會(huì)帶來(lái)多張網(wǎng)絡(luò)的重復(fù)覆蓋，造成嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，給運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)很高的建設(shè)成本和運(yùn)營(yíng)維護(hù)成本；缺乏融合協(xié)調(diào)機(jī)制的多種接入技術(shù)共存，容易造成各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)負(fù)載不均衡，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)的資源不能得到充分的利用，造成低效的網(wǎng)絡(luò)資源利用率；由于多種接入技術(shù)之間缺乏協(xié)調(diào)機(jī)制，異構(gòu)接入技術(shù)之間的互操作性很差，進(jìn)行接入技術(shù)切換的過(guò)程復(fù)雜，甚至可能需要用戶(hù)參與，時(shí)延和信令負(fù)荷都較大。（3）從網(wǎng)絡(luò)控制管理的角度看傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)中采用的集中式的控制管理以及數(shù)據(jù)路由并不能適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)類(lèi)型的變化，例如移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)造成的信令風(fēng)暴，物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展更是加劇了對(duì)傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)管理方式的挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)為：網(wǎng)絡(luò)中的終端數(shù)量龐大，采用集中式的網(wǎng)絡(luò)控制和管理等容易造成移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的信令擁塞和處理節(jié)點(diǎn)的過(guò)載；集中路由對(duì)于大量接入Internet的業(yè)務(wù)并不適用。此外，傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中采用了集中式的錨點(diǎn)網(wǎng)關(guān)，無(wú)法進(jìn)行路由優(yōu)化，例如無(wú)法本地接入CDN網(wǎng)絡(luò)，因此容易造成路由的迂回，降低傳輸效率和網(wǎng)絡(luò)資源利用率。

2未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展趨勢(shì)

通過(guò)對(duì)LTE網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)狀、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的特點(diǎn)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及未來(lái)網(wǎng)絡(luò)中業(yè)務(wù)需求等因素的綜合分析，有理由相信，與傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)相比，未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將發(fā)生巨大的變化。未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將是一個(gè)泛在的網(wǎng)絡(luò)，包含豐富的業(yè)務(wù)種類(lèi)，支持海量的終端接入和多樣化的接入方式，采用動(dòng)態(tài)靈活的運(yùn)營(yíng)和管理策略。因此，未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)也將出現(xiàn)新的變化。（1）軟件化的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的興起，帶動(dòng)了整個(gè)信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展和積極創(chuàng)新，從而導(dǎo)致移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上支持的業(yè)務(wù)應(yīng)用種類(lèi)出現(xiàn)快速的增長(zhǎng)或更迭，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)提出了很高的要求，包括網(wǎng)絡(luò)規(guī)模需容易進(jìn)行擴(kuò)容，業(yè)務(wù)的部署和運(yùn)營(yíng)周期需能夠縮短，運(yùn)營(yíng)及維護(hù)的成本需得到評(píng)估和控制，而這些要求正是傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所面臨的短板。與此同時(shí)，IT業(yè)界也注意到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備廠商提供的設(shè)備相對(duì)封閉，大大減小了創(chuàng)新和功能開(kāi)發(fā)的空間，而隨著軟硬件技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備原材料的價(jià)格也在快速下降，意識(shí)到可以利用這些計(jì)算能力來(lái)運(yùn)行一個(gè)邏輯的集中式控制平面，這樣就可以更加智能地控制和使用網(wǎng)絡(luò)硬件。而近幾年快速發(fā)展的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新興業(yè)務(wù)更是要求能夠快速、頻繁地實(shí)時(shí)配置網(wǎng)絡(luò)，并且能夠按需調(diào)用網(wǎng)絡(luò)資源。因此，倡導(dǎo)控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離、控制的邏輯集中以及網(wǎng)絡(luò)可編程的SDN（Soft-wareDefinedNetworking，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）技術(shù)開(kāi)始流行并且迅速被通信業(yè)界吸收。2012年11月，AT&T、德國(guó)電信、英國(guó)電信、中國(guó)移動(dòng)、意大利電信等13個(gè)國(guó)際主流運(yùn)營(yíng)商牽頭，聯(lián)合多家網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商、電信設(shè)備制造商和IT設(shè)備制造商在ETSI共同成立了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NetworkFunctionVirtualisation，NFV）行業(yè)規(guī)范組（IndustrySpecificationGroup，ISG），其目標(biāo)是利用IT虛擬化技術(shù)改變網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商組建網(wǎng)絡(luò)的方式，將不同類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備運(yùn)行于符合業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的高容量服務(wù)器、交換機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備之上，并且使得整個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以根據(jù)其負(fù)載狀態(tài)進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的動(dòng)態(tài)擴(kuò)容（如增加該網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬機(jī)）或縮容（如關(guān)閉該網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬機(jī)），實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的動(dòng)態(tài)控制。為了解決傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性問(wèn)題，采用SDN和NFV的技術(shù)應(yīng)該是未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的不二選擇。未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中可以通過(guò)虛擬化技術(shù)，將標(biāo)準(zhǔn)的通用服務(wù)器/交換機(jī)代替專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)SDN技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的集中控制和動(dòng)態(tài)按需分配，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的軟件化，網(wǎng)絡(luò)部署的動(dòng)態(tài)化，網(wǎng)絡(luò)資源調(diào)度的智能化。（2）多種接入技術(shù)的融合與協(xié)調(diào)由于技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了多種接入技術(shù)，目前市場(chǎng)上存在的接入技術(shù)既包括GSM、TD-SCDMA、WCDMA、TDDLTE、FDDLTE等3GPP組織定義的接入技術(shù)，也包括cdma2000、WiMAX、WLAN等非3GPP接入技術(shù)，再加上更高速率的5G接入技術(shù)，未來(lái)的接入網(wǎng)必然存在多種接入技術(shù)和方式，這種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)帶來(lái)很多問(wèn)題。實(shí)際上，這些問(wèn)題并不是未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中所獨(dú)有的問(wèn)題，在目前的LTE網(wǎng)絡(luò)同樣存在類(lèi)似的問(wèn)題，然而目前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中并沒(méi)有解決相關(guān)的問(wèn)題，因此在未來(lái)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中需要設(shè)計(jì)多種接入技術(shù)之間的融合協(xié)調(diào)機(jī)制。針對(duì)異構(gòu)多接入技術(shù)融合協(xié)調(diào)的問(wèn)題，業(yè)界已經(jīng)開(kāi)始了相關(guān)的技術(shù)研究，例如CMCC在3GPPRAN3會(huì)議上提出Multi-RATsCoordination的研究項(xiàng)目，希望在LTE網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)多RAT間的協(xié)調(diào)，然而基于現(xiàn)有的LTE網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，難以產(chǎn)生優(yōu)化的解決方案。因此，下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該從架構(gòu)上解決該問(wèn)題，使得網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)終端上的業(yè)務(wù)QoS需求、各接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)狀況、終端的能力、用戶(hù)的設(shè)置以及網(wǎng)絡(luò)的配置等進(jìn)行接入技術(shù)的選擇或切換，實(shí)現(xiàn)用戶(hù)體驗(yàn)的改善、網(wǎng)絡(luò)資源利用的高效和運(yùn)維成本的降低。（3）靈活的網(wǎng)絡(luò)控制與管理機(jī)制智能終端和互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展造就了移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的繁榮，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)逐漸走向全I(xiàn)P化，對(duì)于這些新型的業(yè)務(wù)，采用傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的單一的、集中式的控制管理以及數(shù)據(jù)路由，容易造成網(wǎng)絡(luò)資源利用率的低效。因此，依據(jù)網(wǎng)絡(luò)中支持的業(yè)務(wù)特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和管理機(jī)制的設(shè)計(jì)是提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率的有效手段之一，例如可以在未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中對(duì)其網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行云化和本地化，避免大量物聯(lián)網(wǎng)終端的接入請(qǐng)求信令造成關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的過(guò)載；針對(duì)大量的Internet接入流量，未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)可考慮網(wǎng)關(guān)錨點(diǎn)的下沉，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平面的扁平化，減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶鴶?shù)，從而提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率。由于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中的業(yè)務(wù)種類(lèi)較多，適用的網(wǎng)絡(luò)控制與管理的集中也不同。因此，未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)具有靈活性和適應(yīng)性，有效地支持各種優(yōu)化的控制與管理機(jī)制。

3結(jié)束語(yǔ)

移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展關(guān)系到國(guó)計(jì)民生，我國(guó)移動(dòng)通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展一直相對(duì)滯后于發(fā)達(dá)國(guó)家，從1G/2G時(shí)代的旁觀追隨到3G/4G時(shí)代的參與競(jìng)爭(zhēng)，我國(guó)一直都沒(méi)能在移動(dòng)通信領(lǐng)域占據(jù)領(lǐng)先地位。因此，國(guó)家非常重視下一代的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的研究和發(fā)展，期望中國(guó)能夠領(lǐng)跑未來(lái)移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展。由中國(guó)政府支持的IMT-2020推進(jìn)組集合了產(chǎn)學(xué)研界的多方技術(shù)力量，包括中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通、中國(guó)電信三大運(yùn)營(yíng)商，華為、中興、大唐等國(guó)內(nèi)通信設(shè)備商，以及國(guó)內(nèi)各大科研院校，共同開(kāi)展對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、組網(wǎng)方式、無(wú)線傳輸、天線與射頻等關(guān)鍵技術(shù)的研究。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的研究由IMT-2020技術(shù)組下的網(wǎng)絡(luò)子組承擔(dān)，分別從接入網(wǎng)和核心網(wǎng)兩個(gè)層面進(jìn)行，目前該子組已經(jīng)完成了對(duì)未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的初步探討，就未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)涉及的關(guān)鍵技術(shù)達(dá)成部分共識(shí)，提出了未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的原始模型，但是更具體的關(guān)鍵技術(shù)和更細(xì)化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)仍然在進(jìn)一步的研究之中。

作者：王胡成徐暉單位：無(wú)線移動(dòng)通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室電信科學(xué)技術(shù)研究院高級(jí)工程師