面向5G應(yīng)用的傳送網(wǎng)SDN技術(shù)

劉健

摘要：本文主要對5G網(wǎng)絡(luò)引入后，SDN技術(shù)的控制要求以及關(guān)鍵技術(shù)進行了分析和研究，希望能為實現(xiàn)資源優(yōu)化，提高網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能力提供幫助。

[關(guān)鍵詞]5G網(wǎng)絡(luò)SDN技術(shù)資源優(yōu)化

如今電子科技技術(shù)高速發(fā)展，這為我國民眾的生活提供了很大便利，其中有線和無線技術(shù)為電子產(chǎn)品的使用提供了方便，其中以SDN技術(shù)應(yīng)用最為廣泛，下文就對SDN技術(shù)的應(yīng)用進行探討。

1SDN定義

SDN是軟件定義網(wǎng)絡(luò)的簡稱，是由美國斯坦福大學(xué)研究小組創(chuàng)建的一種新型網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，其對于網(wǎng)絡(luò)虛擬化提供了幫助。該軟件核心技術(shù)的應(yīng)用將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制面和數(shù)據(jù)面進行了有效隔離，增強了網(wǎng)絡(luò)流量以及管道變更管理的靈活性，為核心網(wǎng)絡(luò)的推廣構(gòu)建了完善平臺。

SDN技術(shù)是一種將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，并將控制平面集中實現(xiàn)的軟件可編程的新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。我們知道，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，控制平面功能是分布式的運行在各個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點（如集線器、交換機、路由器等）中的，因此如果要部署一個新的網(wǎng)絡(luò)功能，就必須將所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行升級，這極大地限制了網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新！從這個角度來看，SDN便是應(yīng)運而生的“救星”！SDN采取了集中式的控制平面和分布式的轉(zhuǎn)發(fā)平面，兩個平面相互分離，控制平面利用控制一轉(zhuǎn)發(fā)通信接口對轉(zhuǎn)發(fā)平面上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行集中控制，并向上提供靈活的可編程能力。由于具備這種“天賦”，于是SDN自然而然成為EPC控制面和用戶面耦合問題的“克星”。

SDN技術(shù)是針對EPC控制平面與用戶平面耦合問題提出的解決方案，將用戶平面和控制平面解耦可以使得部署用戶平面功能變得更靈活，可以將用戶平面功能部署在離用戶無線接入網(wǎng)更近的地方，從而提高用戶服務(wù)質(zhì)量體驗，比如降低時延。

2面向5G應(yīng)用的傳送網(wǎng)SDN控制需求

在5G網(wǎng)絡(luò)運行下，要求實現(xiàn)端到端業(yè)務(wù)性能的提升，并滿足超低時限、超高寬帶的傳輸承載要求，做好網(wǎng)絡(luò)切片、SR分段路由、智能控制等功能，從而給用戶帶來更好的網(wǎng)絡(luò)體驗，提高應(yīng)用效率。5G成熟期網(wǎng)絡(luò)需要同時滿足eMBB（EnhanceMobileBroadband，超大帶寬），uRLLC（Ultra-ReliableandLowLatencyCommunications，超高可靠性，超低時延）和mMTC（massiveMachineTypeCommunications，超大連接）業(yè)務(wù)的需求。

2.1低時延

在5G網(wǎng)絡(luò)下，端到端的時延要求達到毫秒級，而對于觸覺網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)等的應(yīng)用要求時延在1毫妙以內(nèi)。

2.2大容量

用戶的上下行容量要求分別在1G左右。

2.3超高鏈接數(shù)量

以每平方公里計算，其鏈接數(shù)量要求達到1000K量級標準。

2.4靈活性

確保在高速移動下場景接入的有效性。

2.5網(wǎng)絡(luò)切片管控

新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的出現(xiàn)提升了網(wǎng)絡(luò)切片管控的質(zhì)量和效率，對強化網(wǎng)絡(luò)的開放性能有著重要意義。

在5G網(wǎng)絡(luò)下，SDN控制的應(yīng)用不僅能夠更好地滿足5G網(wǎng)絡(luò)運行的相關(guān)要求，而且也為端對端業(yè)務(wù)處理效率的提升奠定了堅實基礎(chǔ)。同時，通過低延時性的合理控制，可以對處理業(yè)務(wù)進行實時的監(jiān)督，并在此基礎(chǔ)上，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的合理優(yōu)化。另外，針對5G網(wǎng)絡(luò)中不同的用戶需求，需要對網(wǎng)絡(luò)地層的資源進行切片化管理，以實現(xiàn)多種信息數(shù)據(jù)的同時傳輸，強化用戶的體驗效果。且隨著需求的變化，相應(yīng)的技術(shù)和資源也會存在一定的更改。具體內(nèi)容如圖1所示。

軟件定義網(wǎng)絡(luò)采用業(yè)務(wù)應(yīng)用層、網(wǎng)絡(luò)控制層和設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)層的三層架構(gòu)，提升5G網(wǎng)絡(luò)資源利用率、業(yè)務(wù)快速布放、業(yè)務(wù)靈活調(diào)度以及網(wǎng)絡(luò)開放可編程能力。

此外，SDN控制器做為網(wǎng)絡(luò)智能運營系統(tǒng)具備如下發(fā)展趨勢：

（1）端到端管理能力。借助SDN技術(shù)，使SPN網(wǎng)絡(luò)具備從網(wǎng)元、網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)垂直管理模式向網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)部署再到反饋評估的閉環(huán)管理模式轉(zhuǎn)變。運營系統(tǒng)從業(yè)務(wù)創(chuàng)建、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測、故障分析、性能評估、網(wǎng)絡(luò)切換及恢復(fù)，形成一套閉環(huán)流程，提升業(yè)務(wù)部署效率以及網(wǎng)絡(luò)健壯性。

（2）自動運維及分析能力。為了應(yīng)對動態(tài)變化的服務(wù)，智能運營系統(tǒng)必須完成自動化管理的轉(zhuǎn)型，實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)功能、應(yīng)用和業(yè)務(wù)的敏捷管理。該能力基于5G網(wǎng)絡(luò)大數(shù)據(jù)分析自動形成相關(guān)管理、運維策略。

（3）開放型運營能力。智能運營的另外一個重要原則就是突破不同廠商的技術(shù)壁壘，構(gòu)建一個對外開放、統(tǒng)一管控的平臺。通過軟件功能架構(gòu)的開源開放和運營商網(wǎng)絡(luò)能力向第三方的開放，可以加速新技術(shù)的成熟和商用，并提供良好的創(chuàng)新空間。

3端到端業(yè)務(wù)編排架構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)

在5G網(wǎng)絡(luò)中，通過SDN控制技術(shù)的應(yīng)用實現(xiàn)了不同區(qū)域、不同供應(yīng)商之間的端到端信息傳輸，不僅提升了業(yè)務(wù)處理效率，也有效保證了業(yè)務(wù)處理質(zhì)量。同時在管控的過程中，可以利用抽象和虛擬化的北向結(jié)構(gòu)，將其與端到端業(yè)務(wù)編排器予以連接，這些被處理后的數(shù)據(jù)信息通過與云端編排器的有效連接，實現(xiàn)了分段、分層的傳輸和處理，做到了網(wǎng)絡(luò)資源的合理優(yōu)化，改善了網(wǎng)絡(luò)處理效率。5G網(wǎng)絡(luò)承載端到端管控架構(gòu)如圖2所示。

5G網(wǎng)絡(luò)中由于承載需求的不同，在業(yè)務(wù)應(yīng)用創(chuàng)景傳送過程中需要對網(wǎng)絡(luò)資源進行切片，并制定合理的切片管理方案?，F(xiàn)階段5G網(wǎng)絡(luò)下底層傳送技術(shù)主要有OTN、FlexE、FlexO這三種。其中OTN的功能性全且雜，在5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景處理中，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求完成定制，去掉多余功能。在保證OTN核心功能和OMA功能的同時，添加了IP承載以及彈性控制等相關(guān)功能，并吸收了FlexE的部分優(yōu)勢，實現(xiàn)了進一步的拓展和提升，以滿足時代發(fā)展的需求。在網(wǎng)絡(luò)切片管控中，新型信息模式的應(yīng)用加強了各端口之間信息的處理和控制，并通過不同設(shè)備的轉(zhuǎn)換為指定網(wǎng)絡(luò)提供了更多優(yōu)質(zhì)服務(wù)。

FlexE技術(shù)在保證原來的構(gòu)架體系基礎(chǔ)上，增加一個FlexEShim層，并通過分機機制的應(yīng)用實現(xiàn)多個不同結(jié)構(gòu)的連接以及信息傳輸，強化了不同業(yè)務(wù)之間的隔離效果，減少了業(yè)務(wù)傳輸之間的干擾。在切片管理中，通過物理技術(shù)的應(yīng)用，將各端口實行有效的劃分和處理，在確保傳輸效率的基礎(chǔ)上，提升TDM的獨占時隙和隔離性能，從而做到分區(qū)業(yè)務(wù)的處理，提升分區(qū)業(yè)務(wù)同時作業(yè)效率。同VPN相比，其隔離性更強，選擇空間更多，有助于5G網(wǎng)絡(luò)的分片管理。FlexE作為鏈路接口技術(shù)一種，在組網(wǎng)承載以及端到端控制的過程中，還存在著較多問題有待解決，具體內(nèi)容有：首先，應(yīng)在FlexE用戶TDM交換功能的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)業(yè)務(wù)的拓展，如以太網(wǎng)MAC業(yè)務(wù)、電路業(yè)務(wù)等其次，實現(xiàn)開銷擴展，不斷完善現(xiàn)有的架構(gòu)開銷模式;再次，加大對FlexE客戶倒換功能的保護力度;最后，加強FlexE傳輸頻率與時間上的同步性。

網(wǎng)絡(luò)資源切片的管控主要是通過接入網(wǎng)、傳送網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心以及控制器等設(shè)備共同作用實現(xiàn)的。其中控制器主要負責(zé)進行底層資源數(shù)據(jù)的及時有機和轉(zhuǎn)換，并通過與網(wǎng)絡(luò)接口的有效連接，完成數(shù)據(jù)信息的處理和傳輸，之后再利用其它設(shè)備將接受到的數(shù)據(jù)信息實施切片處理，并上傳到制定分區(qū)網(wǎng)絡(luò)中，使其形成新的VPN，為用戶提供更多優(yōu)質(zhì)服務(wù)。而網(wǎng)絡(luò)傳送控制器則可以在底層傳輸技術(shù)的基礎(chǔ)上，對面向的業(yè)務(wù)需求實行網(wǎng)絡(luò)切片。

比如，通過對延時傳動技術(shù)的物理節(jié)點以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進行劃分，能夠有效提升網(wǎng)絡(luò)的傳送量和傳送效率;將管道技術(shù)節(jié)點與網(wǎng)絡(luò)斷開予以隔離，可以改善寬帶網(wǎng)絡(luò)的傳送效率;將路由器功能的節(jié)點與以太網(wǎng)功能板卡予以劃分，實現(xiàn)海量通信網(wǎng)絡(luò)的傳送。傳送網(wǎng)SDN資源切片的虛擬化方案如圖3所示。

4面向業(yè)務(wù)性能需求的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化控制

5G網(wǎng)絡(luò)下對于時延性有著較高要求，在設(shè)計運維過程中，傳送網(wǎng)需要制定合理措施對端到端的業(yè)務(wù)承載性能進行控制，以滿足網(wǎng)絡(luò)延時性的要求。同時在承載初期階段，還應(yīng)有效控制流量，從而制定合理的優(yōu)化方案。由此可知，在SDN管控架構(gòu)建設(shè)中，要確保其具有性能檢測以及網(wǎng)絡(luò)控制等相關(guān)功能。這就要求在SDN域控制器和多域控制器上，添加流量和延時信息的收集與拓撲性能，以便于高效完成網(wǎng)絡(luò)資源的分析和計算，并在此基礎(chǔ)上，掌握時延性業(yè)務(wù)路的相關(guān)信息。

5結(jié)束語

希望通過本文的論述，相關(guān)人員可以對SDN管控架構(gòu)建設(shè)的性能及需求有一個明確的了解，并在此基礎(chǔ)上，不斷提升5G網(wǎng)絡(luò)的整體性能，以此推動我國網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的進一步發(fā)展。

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