融合网络架构的发展分析

融合网络架构的发展分析

王鹏

天元瑞信通信技术股份有限公司  陕西 西安710051

摘  要：本文通过对4G/5G融合网络、星地融合网络的发展分析，并结合融合网络的关键因素和挑战，提出SDN/NFV架构下的融合网络进行分析研究，并结合前沿科技，给出具体的网络融合方案及相关存在问题。

关键词：融合网络、架构分析

0前言

目前，5G网络正在如火如荼的建设中，3Gpp Release 17的完成，标志5G技术第一阶段已结束。5G的目标是为了满足大带宽，广连接，低时延的的需求，从业务角度来看，短视频业务、人工智能和虚拟网络的发展推动5G网络的建设步伐不断加快。4G、5G网络融合已成为不可逆的趋势，6G网络白皮书已经在研讨中，星地网络融合也称为未来网络发展的一个趋势。

1、4G、5G融合网络架构分析

4G和5G融合网络架构是指在现有4G网络的基础上，结合5G技术实现网络的升级和优化。该架构包括核心网、无线接入网和终端三个部分。核心网主要采用云化、虚拟化的架构，支持网络切片和边缘计算，以满足不同业务需求；无线接入网采用双层架构，即4G作为基础层，5G作为上层进行升级，实现4G和5G的混合接入；终端则支持多模多频的5G手机，兼容4G手机，保证用户在不同网络环境下的体验一致。该融合架构的实现可以提高网络的带宽和容量，降低时延，同时满足不同应用场景的需求。

2、 SDN与NFV推动融合网络发展

SDN（软件定义网络）和NFV（网络功能虚拟化）技术是当前推动融合网络发展的关键技术。SDN是一种新型的网络架构，它通过将网络控制平面和数据平面分离，使网络控制变得灵活和可编程。NFV则是通过将网络功能虚拟化，从而将网络设备的硬件实现转化为软件实现，从而实现网络设备的可编程化。

在融合网络中，SDN和NFV技术可以协同作用，以实现网络资源的高效利用和自动化管理。例如，SDN可以用于管理网络控制平面，实现网络流量的可编程化和动态分配；而NFV则可以将网络功能部署在虚拟化的服务器上，从而实现网络资源的弹性分配和灵活部署。

通过SDN和NFV的组合，融合网络可以实现更高效的频谱管理。在传统网络中，频谱资源的分配和管理通常是基于硬件设备的，这意味着网络资源的利用率较低且难以适应不同的应用场景。而融合网络采用了虚拟化技术，可以将网络资源（包括频谱资源）动态地分配到不同的应用场景中，从而提高了网络资源的利用率和灵活性。同时，SDN和NFV技术也可以实现对网络资源的自动化管理，减少人工干预，提高网络资源的利用效率。

总之，SDN和NFV技术在融合网络中发挥着至关重要的作用，它们可以通过实现网络资源的虚拟化、弹性分配和自动化管理，提高网络资源的利用效率和灵活性，推动融合网络的发展。

3、 融合网络的关键技术和挑战

在6G蓝图中，网络覆盖范围是更加突出的特点，如今已有多个组织、机构将卫星通信网络纳入未来通信网络的发展规划和标准中。3GPP组织于2022年5月成功通过由中国电信牵头的“R19 Study on Satellite Access-Phase 3（SAT-Ph3卫星接入研究阶段三，R19）”立项审议，推进3GPP卫星标准研究，进一步推动卫星通信与地面移动通信融合。同时技术的进步和卫星通信网络发展的显著优势推动了许多国家持续投入大规模星座的建设。例如：美国ApaceX公司推出的Starlink与OneWeb公司推出的One Web星座、中国航天科技集团公司推出的“鸿雁星座”与航天科工集团公司推出的“虹云工程”，为未来卫星通信网络与6G融合奠定了坚实的基础。

3.1 融合网络的频谱管理

融合网络的频谱管理是指在4G和5G网络融合的背景下，如何更有效地管理网络中的频谱资源，以提高网络的性能和效率。

频谱的分配：融合网络中的频谱资源分配是一个重要的问题。为了确保网络的可靠性和性能，需要对频谱资源进行合理的分配和规划，充分考虑不同业务和应用场景的需求，确保频谱资源的充分利用和最大化效益。

频谱的共享：在融合网络中，4G和5G网络可以共享部分频谱资源。因此，需要确定哪些频段可以共享，如何共享以及如何避免相互干扰等问题。频谱的共享可以降低网络建设和运营成本，提高频谱资源的利用效率。

频谱的动态分配：由于5G网络需要更高的频谱资源，因此需要对频谱资源进行动态分配，根据网络流量和业务需求等因素，及时对频谱资源进行调配。动态分配可以更好地满足用户的需求，提高网络的性能和效率。

频谱的管理：频谱管理是指对频谱资源进行监控、分配、规划和维护等活动。在融合网络中，频谱管理需要实现4G和5G网络的协同运作，确保频谱资源的合理分配和使用，并及时发现和解决频谱资源的问题。

3.2 远距离随机接入和安全传输技术

未来融合网络中，伴随终端数量的爆炸性增长，无限的无线连接成为主要需求，在相对高速移动的状态中切换接入终端，且保持感知的良好是面临的较大挑战。ZHEN等

[4]研究了一种高效的低轨卫星辅助6G网络随机接入前导列以避免格外的信号开销与检测过程，在此基础上提出了一种基于长度可变的差分互相关的新型脉冲定时度量方法，该方法即不受载波频率偏移的影响，也能够减轻噪声对定时估计的影响。

星地信息传输存在着易被窃听和干扰的挑战，需借助地面网络实现协同安全传输，防止用户信息被窃听。具体可通过信息交换和波束形成技术来控制对卫星用户的干扰，星地网络同频谱可将地面安装传输技术应用于卫星网络，在信息发送端或发送时添加正交人工噪声，消除对合法用户的干扰。

3.3 融合网络的挑战：时延、高速移动、协同管理

通信延迟是保证用户进行无线通信质量基本的性能指标。星地信息传输距离长，导致路径长、传输延迟大，除了距离的因素外，还存在着用户终端数量的爆炸性增长导致的数据量猛增。也存在着信息排队和处理的延迟。这对满足6G所要求的的延迟指标带来巨大的挑战。

卫星距地遥远，在低时延方面天然不具备优势，可通过中继节点卫星选取最优的多跳路径优化传输速率。此外MEC的广泛布局可以进一步降低传输时延。

低轨卫星的移动速度每秒能够达到几千公里，多普勒频移相对较大。卫星快速移动还存在着信号频繁切换的问题，对于水平切换可通过常规5G网络切换技术实现，对于垂直切换面临着巨大的挑战。

星地协同管理面向的是一个三维立体的，广域覆盖的通信网络，时钟通信协议，网管系统等需兼容各个系统，同时具备综合管理能力。SDN/NFV技术会将虚拟网落同步融合在这张网内，因此协同管理需要一个长远规划且具备灵活调整的机制。

4、 结束语

融合网络从4G/5G融合到到6G星地融合，再到未来的通信网络和算力网络的融合，在覆盖广度和高度上有进一步的延伸。在未来的研究过程中，既要重视新技术的应用，还要重视发展过程中所面临的的挑战。这些及时男滴，也是机遇。

参考文献

[5] 张婷婷，武楠，姚海鹏. 天地融合网络智能组网体系架构分析［J］. 天地一体化信息网络，2022：2-4。

[6] 刘哲铭，吴云飞，魏肖，张景，陆洲. 6G 星地融合网络应用场景、架构与关键技术挑战[J/OL]．无线电通信技术，2022：5-6。