淺談基于SDN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

陳柱

摘 要：本文對(duì)5G移動(dòng)通訊系統(tǒng)、SDN和其相關(guān)技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)要概述，主要闡述了基于SDN的5G移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的云架構(gòu)和多控制器架構(gòu)。與此同時(shí)，本文還分析了基于SDN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在的問(wèn)題以及基于SDN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：SDN；5G移動(dòng)通信；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

中圖分類號(hào)：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0327-02

1 引 言

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技的迅速發(fā)展，人們對(duì)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的需求越來(lái)越大，要求也越來(lái)越高。4G移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的覆蓋范圍之大體現(xiàn)了人們對(duì)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)的需求。但是4G移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)逐漸不能滿足人們更高的需求，因此5G移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的研究顯得極為重要與迫切。目前的5G移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)逐漸得到發(fā)展?；赟DN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展有足夠的優(yōu)勢(shì)進(jìn)入人類未來(lái)的生活。

2 SDN與5G移動(dòng)通訊概述

2.1 SDN概述

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）是Emulex網(wǎng)絡(luò)的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)。它并不是一個(gè)具體的技術(shù)而是一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)理念，它是網(wǎng)絡(luò)虛擬化的一種實(shí)現(xiàn)方法。SDN規(guī)劃了網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)組成部分（包括轉(zhuǎn)發(fā)面、控制面、軟件和硬件）及它們之間的關(guān)系，關(guān)系如圖1所示。

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面和數(shù)據(jù)面分開是通過(guò)其核心技術(shù)OpenFlow實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，使網(wǎng)絡(luò)更加智能化。SND技術(shù)主要包括了交互協(xié)議技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制器技術(shù)以及可擴(kuò)展技術(shù)。

網(wǎng)絡(luò)控制器技術(shù)應(yīng)用程序廣泛，它可以有效地發(fā)揮控制作用。網(wǎng)絡(luò)控制器是基于SDN的5G移動(dòng)通訊的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架中的一個(gè)核心部分。傳輸控制設(shè)備信息是通過(guò)它的大隊(duì)集群技術(shù)完成的，與此同時(shí)，它還充分發(fā)揮SDN網(wǎng)絡(luò)的集中管理的作用。

交互協(xié)議技術(shù)與技術(shù)優(yōu)勢(shì)相比更具有優(yōu)勢(shì)，這主要是由于SDN技術(shù)本身的優(yōu)越性。對(duì)控制面板和數(shù)據(jù)之間的交互協(xié)議的研究是目前的主要研究，SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)涉及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)與控制平面的交互以及應(yīng)用平面與控制平面與的交互。

可擴(kuò)展技術(shù)在基于SDN的5G移動(dòng)通訊的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)起到了積極的作用。在運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡。主動(dòng)流標(biāo)安裝方法和被動(dòng)流標(biāo)安裝方法在很大程度上提升了交互性。任何事情在發(fā)展自身優(yōu)勢(shì)的同時(shí)都盡可能避在不足之處，在靈活的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的應(yīng)用中存在很多交叉存在的問(wèn)題，控制器的重負(fù)荷就是其中一個(gè)，可擴(kuò)展技術(shù)剛好解決這一問(wèn)題，幫助避開不足。

實(shí)際上，針對(duì)5G移動(dòng)通信技術(shù)支持的不同的應(yīng)用場(chǎng)景，不同的應(yīng)用場(chǎng)景之間在實(shí)質(zhì)上是存在差異的，不同應(yīng)用場(chǎng)景下用戶業(yè)務(wù)指標(biāo)也存在一定差異。因此，人們也越來(lái)越關(guān)注如何將目前的現(xiàn)有技術(shù)通過(guò)優(yōu)化、提升轉(zhuǎn)變?yōu)樾滦图夹g(shù)。

2.2 5G移動(dòng)通訊

5G移動(dòng)通訊即第五代移動(dòng)通訊技術(shù)，5G網(wǎng)絡(luò)的理論下行速度為10Gb/s（相當(dāng)于下載速度1.25GB/s）。5G通過(guò)系列相關(guān)新技術(shù)可提供10Gbps、端到端1ms超低時(shí)延和1000億海量鏈接。5G移動(dòng)通訊的革命性技術(shù)包括全雙工技術(shù)、MassiveMIM0技術(shù)以及超密集異構(gòu)結(jié)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)。5G采用0.1msTTI將時(shí)延降低到1ms，可變寬帶子載波支持鏈接數(shù)1000億以上，對(duì)應(yīng)未來(lái)ICT行業(yè)巨大變化，實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)。5G與4G和4.5G的對(duì)比如表1所示，展現(xiàn)出5G移動(dòng)通訊的革新。

3 基于SDN的5G移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

3.1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)涉及接入平面，控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面。接入平面指的是統(tǒng)一的多無(wú)限接入技術(shù)融合，無(wú)限資源調(diào)度與共享?？刂破矫姘▽⒖刂萍谢⒑?jiǎn)單化，將服務(wù)差異化、開放化。轉(zhuǎn)發(fā)平面則包括用戶面下沉分布式網(wǎng)關(guān)，移動(dòng)邊緣內(nèi)容與計(jì)算。

3.2 云架構(gòu)

信息化進(jìn)程的迅速發(fā)展使得云計(jì)算技術(shù)以及SDN也獲得了巨大的發(fā)展機(jī)遇。最近幾年云計(jì)算和SDN取得了突破性的進(jìn)展，SDN和云計(jì)算技術(shù)已經(jīng)有效地融入了開發(fā)和設(shè)計(jì)5G移動(dòng)通信技術(shù)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的過(guò)程中。這種構(gòu)架通過(guò)將分組核心網(wǎng)絡(luò)進(jìn)一步高效簡(jiǎn)化來(lái)達(dá)到高效的管理網(wǎng)絡(luò)。它主要由集中式本地云，訪問(wèn)云和分布式本地云組成?；赟DN的5G云架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)組成包括AC、D-EPC和C-EPC等部分。

AC的基本組成包括控制器、路由器、接入點(diǎn)等。它可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備并實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)。HSS和PCRF，策略控制，C-MME，C-IMS構(gòu)成C-EPC。C-IMS對(duì)業(yè)務(wù)流進(jìn)行控制，它也是多媒體的載體；PCRF及其組件主要執(zhí)行戰(zhàn)略控制決策；數(shù)據(jù)管理功能則是由HSS來(lái)提供；C-MME的用處是集中管理，管理對(duì)象具有跟蹤區(qū)域列表和節(jié)點(diǎn)移動(dòng)性。來(lái)自不同接入點(diǎn)的流量匯聚在數(shù)據(jù)中心，D-EPC云由局域疏導(dǎo)和L3路由器構(gòu)成。在這個(gè)局域云中，通過(guò)D-MME實(shí)現(xiàn)管理功能，同時(shí)它們?yōu)槭褂谜咛峁┑蜁r(shí)延連接。

3.3 多控制器架構(gòu)

SDN技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)集中和高效的控制，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍可以進(jìn)一步擴(kuò)大，在綜合考慮兩者的優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)后，相關(guān)人員提出了基于SDN的5G多控制器體系結(jié)構(gòu)。在5G多控制器網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，基站充當(dāng)控制器，虛擬切片信息資源是它的主要作用，然后優(yōu)化這些虛擬切片網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度，使資源的傳輸更加高效。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要由云架構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)傳輸組成。它可以實(shí)現(xiàn)不同容量之間的動(dòng)態(tài)信息傳輸和接入，特別是在高頻信息密集的地區(qū)。無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)控制器有助于確保信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性，可以防范信息錯(cuò)亂。其中分層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由兩個(gè)支持RN網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)云的邏輯網(wǎng)絡(luò)組成，具有更高級(jí)別的實(shí)用性。

考慮到未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)內(nèi)容分發(fā)服務(wù)的大量需求，相關(guān)人員還提出了一種基于SDN的智能內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。該網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)由服務(wù)的分配階段和控制器兩部分組成。

4 基于SDN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)存在的問(wèn)題

集中的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和分布的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的不同發(fā)展方向?qū)嶋H上是由于設(shè)備處理水平和業(yè)務(wù)發(fā)展的限制所導(dǎo)致的。集中還是分布的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更好一直是一個(gè)存在爭(zhēng)議的問(wèn)題。谷歌的Andromeda項(xiàng)目使用集中控制來(lái)提供虛擬網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。谷歌的工程師表明他們相信通過(guò)明智地構(gòu)建而不是分布式管理，可以構(gòu)建一個(gè)本質(zhì)上上更高效的系統(tǒng)。所以谷歌的GFS數(shù)據(jù)處理平臺(tái)以及其他一些關(guān)鍵的服務(wù)系統(tǒng)都使用這樣的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

無(wú)論5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用集中式架構(gòu)還是采用分布式架構(gòu)，它都需要考慮到集中控制的程度或分布到什么程度，這都是5G架構(gòu)設(shè)計(jì)中需要考慮的問(wèn)題。除了集中或分布的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)問(wèn)題，核心網(wǎng)和接入網(wǎng)的存在形式；協(xié)議定制和網(wǎng)絡(luò)定制的選擇等多個(gè)問(wèn)題都是需要進(jìn)一步考慮的。只有解決了這些問(wèn)題，基于SDN的的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)才能得到更快的發(fā)展。

5 基于SDN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展趨勢(shì)

人們的生活在4G網(wǎng)絡(luò)的廣泛使用時(shí)發(fā)生了改變，5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)時(shí)代正在悄悄到來(lái)，它即將進(jìn)入人們的生活。5G移動(dòng)通信技術(shù)的應(yīng)用可以增加無(wú)線覆蓋范圍，確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全，提升傳輸速度以及改善消費(fèi)者體驗(yàn)。然而，如果5G網(wǎng)絡(luò)想要在4G的基礎(chǔ)上取得全面進(jìn)展，它們需要做出更大的努力去分析現(xiàn)存的通訊頻率資源的問(wèn)題以及其他問(wèn)題，通過(guò)不斷的改善不足來(lái)促進(jìn)技術(shù)的成熟和全面發(fā)展。

6 小 結(jié)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）是Emulex網(wǎng)絡(luò)的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，5G移動(dòng)通訊是第五代移動(dòng)通訊技術(shù)。這兩者的結(jié)合生成了基于SDN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。5G新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)涉及接入平面，控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面。云架構(gòu)與多控制器架構(gòu)是基于SDN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重要組成部分。雖然基于SDN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的技術(shù)處于領(lǐng)先地位，但是它仍然存在不足之處?；赟DN的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)在不斷完善技術(shù)之后將會(huì)得到全面的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-6-20