网络架构演进及增强技术研究

刘姜钧泰

云南省昆明市

摘要：在5G网络大规模地发展和部署势态下，有效促进网络用户的需求增长和业务开发，研究网络架构演进及增强技术十分重要。为此，通过分析现阶段网络架构的形式和现状，发现存在调控能力不足和融合程度不高等问题。在此基础上，分析网络架构演进的必要性，其适应网络业务的发展需求，控制网络流量的稳定性能，促进网络资源的灵活调度。对此，提出网络架构演进中增强技术的应用方法，采用NSN与SA双通道满足业务接入，虚拟化部署实现网络架构软硬件解耦，综合NFV技术统一建设基础设施平台，为网络架构的演进方向提供理论指导。

关键词：网络架构演进；增强技术；独立网络组织；非独立网络组织；

中图分类号：TP 929.5文献标识码:A

0引言

随着网络通信技术的快速发展，5G网络全面开启了连接业务时代，实现一网多用的局面，促进了不同产业结构向数字化转型。我国作为网络用户基数较大的国家之一，受宏观环境和网络运行的业务需求影响，在近些年的移动数据流量增长中仍存在相对较大的空间。根据移动流量主要存在的网络架构，复合式网络业务需求的发展迫在眉睫。在宽带网络和云计算的网络技术的推动下，终端网络的用户需求已经在人们的生活方方面面中出现，之间发展成大量网络用户和互联网的对接，在此情况下，常常出现网络流量崩盘和网速下降等问题。

未来的移动网络布局中需要提供更快速的接入速度，利用更低的时延效果促进用户的可靠体验，在满足超大流量的用户群体基础上，构建一个百倍能效的频率网络架构，实现网络基站的即插即用自组织网络部署格局。本文在此基础上，研究网络架构的演进形式和增强技术的应用方法，为实现更高标准的网络需求提供理论支持。

1 网络架构形式与现状

在国内推进的网络技术架构白皮书中指出，网络建设需要通过基础平台设施和架构两个方面入手，才能实现现阶段的网络形式变革^[1]。根据通信结构的特征缺失分析现阶段网络架构的现状，网络架构中包含多个接入，在现有网络通信架构中主要利用锚点网关集中集采，通过上下链路承接不同形式网络服务完成控制。一是网络融合的控制和协调能力不足，体现在不同接入技术与基站的交互能力降低，不能进行高效资源形式的调度，在抗干扰的协同状态下，一旦用户过于密集的频繁切换业务需求，会出现效率低下和非授权的网络安全管理问题等，在网络安全性能上存在一定的偏差。二是网络架构过于单一，业务处理模式过于僵硬，主要通过网络中心进行结构模式设置，在处理业务的接收与收敛过程中过于集中，造成网络业务感知能力的交叉汇集，不能对业务进行同时把控和承载。受网络架构对网络用户的感知能力不足影响，在网络用户提出不同的业务需求时，网元功能结构体不能进行编排，造成网络架构的灵活组建不能按时进行，业务部门的相关部署难以升级，很难面对未来多种场景的业务形式，造成网络要求存在巨大差距，必须加大力度进行通信网络架构体系的建设。

2 网络架构演进的必要性

2.1适应网络业务的发展需求

根据不同网络公司的移动流量增长情况来看，通讯公司基本上仍以数据流量的收入为主要核心业务，随着网络业务的增长必须加快推进网络架构的演进，以适应多种多样的网络业务^[2]。选择国内三大网络运营商的移动数据流量情况，分析近五年其网络数据的增长形式，具体数据如表1所示：

表1 近五年运营商网络数据增加情况（亿MB）

如表中内容所示，不同网络运行商的数据流量，均呈现爆发式增长模式，以推行5G网络为主的移动和电信运行商产生的流量数据多于联通运行商，在全面推进5G网络的铺设后，三大运行商年增长均超过10万亿。由于网络接入速度的提升使得大量互联网业务自增，在移动视频和在线游戏为主要来源的条件下，网络用户对媒体资源的需求剧增，为了适应当下网络业务的发展需求，必须加快推进现阶段网络架构的演进。

2.2控制网络流量的稳定性能

为解决当下快速发展的视频业务需求，普及大流量大宽带的多样性要求，需要对网络流量的稳定性能加以控制，无疑不是推进网络架构演进的原因之一^[3]。根据不同用户的网络业务需求，在满足接入用户的网络资源供给中，以近些年物联网业务的接入比例，分析控制网络流量稳定性能的意义，具体情况如下图1所示。

图1物联网接入数量比例变化情况

如图中内容所示，在全国流量占比下，不同网络流量的应用接入设备影响物联网的比例变化，在众多的应用场景中由于涉猎的业务过多，对不同场景的网络需求各不相同，随着物联网连接数量的集聚增加，在2022年全国网民连接指数将超过15亿规模^[4]。基本上无线网络的接入速度从4G全部转向5G，在家庭宽带网速提升的同时引入更大容量的传输设备，对网络流量进行有序的疏导。在面对越来越复杂的网络情形下，需要为适应复杂的网络通信建立一个新型的网络架构，为解决网络流量暴增带来的负面影响，有效控制网络流量的稳定性能。

2.3提升网络资源的灵活调度

由于现有网络结构不能满足业务增长需求，在网络资源调度上不能够灵活进行处理，无法根据用户需求进行网络功能的制定。推进网络架构演进能够在增加不同的层级功能下，将现有的网络资源进行多功能地配置，在通过一系列增值业务中，满足网络业务的多样性需求，是未来网络演进的主要方向^[5]。从网络的结构单元来看，核心网络设备均采用高性能的专业设备进行接入，在硬件卡板和网元功能统一集成下，不同功能的设备类型可以采用不同的网络卡板，实现软件功能和硬件卡板之间的相辅相成，满足更高效率和安全性的电信等级要求。

核心网络中各个区域的结构和功能在演进过程中，会发生相对的电路交换和分组交换，在不同的网络信号领域内形成新的改造工程，实现智能管路的通信建设，促进不同形式的网络资源可以灵活调度。根据网络业务通信需求调整内部部署，对于流量输出较大的区域选择等同的配套设施，将现有核心网络进行扩容和新设备投入，在考虑网络疏通效率的同时降低数据的传输时延，结合架构建设策略完成网络数据的下沉，可以随时调整不同需求下的网络架构，满足未来网络业务的多样化发展需求，增强网络资源的灵活调度能力。

3 网络架构演进中增强技术的应用

3.1采用NSN与SA双通道满足业务接入

网络架构的演进和建设需要完成非独立组网，以及独立组网的双重设定，在不断推进目标网络架构的建设进程中，实现网络运行的稳定发展^[6]。受现阶段5G网络大环境影响，在全国已经建立完成可七千多个网络站点，基本完成了核心网络的铺设和移动覆盖。NSN作为非独立网组需要和SA独立网组进行融合，通过不同的架构形式建立起双通道，满足不同等级的网络业务需求，在更低延时和更快流速下完成网络业务的接入。

利用OPTION家族作为接入无线网的主体家族，在保持核心系统不变的基础上，降低初期网络架构布局中的成本，从主基站出发向途径每个结构层的通路，输送面板控制命令在完成转发。主体家族中包含三种模型的走向，能够通过不同的网络通信结构完成数据的分流，作为整个网络架构的基站，将控制面板的信号通信在转发过程中，可以使用双链接形式进行更高通讯数据的控制服务。

在完成核心网络的建设之后，在部署5G连接场景，通过网络切片功能和数据分流结构，使得整个家族的接收模式能够作为网络用户的普遍选择。但是单一的NSN网络用户承载会受到抑制切换影响，在数据的传输界面出现中断或者时延现象，需要在不同的网络接口中接入SA独立组网，使得核心网络架构能够实现互联互通的接入模式，将部署架构的复杂程度有所减少，完成低频资源的有效协同。

3.2虚拟化部署实现网络架构软硬件解耦

通过更轻量化的网络拓扑结构使核心网络的功能，能够在网络流量速度推进中更加简化，将网络控制和转发功能呈现数倍比特效率的提升^[7]。网络架构主要依托信息感知技术建立编程，在多种网络协议的部署下形成虚拟化的结构体，有利于实现硬件和软件的解耦状态。将网络设备的主要功能逐渐迁移到标准化的硬件结构中，在垂直方向上形成自上而下的基础结构，将网络虚拟化资源铺设在业务网络结构层次架构内，如图2所示：

图2 虚拟化网络架构体系示意图

如图中内容所示，在底层架构中设置不同的接入设备，通过虚拟转化功能进行控制和转发，完成网络业务的思想分离。促进整个网络域解耦平面能够在用户之间形成良性控制，实现对控制面板中用户功能的集中部署，使得不同结构下的硬件和软件功能，可以在简单高效地灵活部署下，以此对网络用户的转发进行灵活和集中控制。其次通过网络架构中的多个开放接口，逐渐连接起不同的第三方新型应用提供商，促进用户资源供给所需的网络专项能力建设。通过虚拟化网络资源的结构部署，实现网络设备硬件和软件的解耦，在同一管理和统一调度的监控下，能够对整个网络的负载情况做到智能把控，降低网络架构演进部署的复杂程度。

3.3综合NFV技术统一建设基础设施平台

对于如何接入不同的硬件和软件设施，完成网络架构平台的基础设施建设，需要将各种网络设备从专业的硬件设备中分离出来，借助NFV技术统一建设网络架构的底层设施平台，对网络的编排功能进行有效地赋予。从标准化迁移高性能服务器和交换机入手，利用储存设备将数据信息灵活的转移至中心网络层级内，在不同的拓扑位置进行数据的动态布置和实例演示^[8]。一般情况下网络架构会同时发出两个冗长的对话，对每个不同路径的对话形式设置为永不相交，在启动单个对话功能时，另外的对话通路能够从一侧接收到数据信息，不会受到任何影响。在路径设置分离状态或者修改语境时，每个节点的网络数据也可以在配置中形成资源的有效隔离，当其中一个对话模式不能满足用户的网络需求，可以保留其需要转向另一侧对象完成切换。不同的网络节点之间可以建立多种通信通话，在启动任何一个对话模式后，能够将网络架构中的不相连的输送数据完成接替传输，上行线路和下行线路之间能够接受到每个数据节点流量的目标知识，将服务中的用户完成上下文配置，建立或者修改其所需的无线电网络资源。在NFV网络技术下建立以综合性的设施平台，能够保证不同层级架构中的设备向一致方向发展，将有效功能和操作控制在同一个标准之中，实现不同硬件设施和软件设施的接口标准化，完成切片状态下虚拟网络结构的协同化管理，在网络间接中分离控制不同的解耦应用设备。

4结束语

随着不同通信信息的多次融合，在网络架构的现有形态下已不能满足用户的需求，影响移动网络的部署格局。本文在分析现阶段网络架构的形式和不足，提出网络架构演进的必要性，在满足用户需求、保证网络通信以及网络灵活度的基础上，利用多种增强技术设置网络的推演框架，实现虚拟化网络架构的分层部署，建立其统一的基础设施平台。

但由于本人时间和知识水平有限，在研究过程中仍存在些许不足，即在现有的移动通信架构中增加不同的设备形态，并没有进行实践基础，提出的理论依然存在于文字中具有一定偏差性。后续研究中会综合考量不同增进技术对网络架构的演进影响，为满足网络形态的发展提出新的部署格局，对不同用户需求和网络流量形式建立更标准的网络架构，提供科学的理论基础。

参考文献

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作者信息：刘姜钧泰，1994年3月13日，汉，男，云南省昆明市，大学本科，助理工程师，研究方向：网络安全