基于SDN技術(shù)分析5G移動通信網(wǎng)絡架構(gòu)

楊松朔 何海浪

摘 要：針對以SDN技術(shù)為基礎的5G通信網(wǎng)絡，先介紹了云架構(gòu)與多控制架構(gòu)的特點與不足，在此基礎上，從實現(xiàn)更多業(yè)務要求出發(fā)，指出了5G通信網(wǎng)絡的未來發(fā)展方向及SDN技術(shù)等關(guān)鍵組成的改進途徑。

關(guān)鍵詞：5G通信網(wǎng)絡；網(wǎng)絡架構(gòu)；SDN技術(shù)；現(xiàn)狀與發(fā)展

歷經(jīng)近四十年跳躍式發(fā)展，移動通信已變成促進國民經(jīng)濟建設、發(fā)展，提高社會整體信息化、數(shù)字化水平的核心動力。5G通信網(wǎng)絡是指在4G基礎上，通過對關(guān)鍵技術(shù)與網(wǎng)絡架構(gòu)的有效改進，大幅提升通信容量及數(shù)據(jù)傳輸速率，它作為異構(gòu)融合網(wǎng)絡系統(tǒng)，各項功能的實現(xiàn)離不開SDN、NFV、云計算等關(guān)鍵技術(shù)。

1 SDN 5G通信網(wǎng)絡架構(gòu)現(xiàn)狀

1.1 云架構(gòu)

在SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡）、NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡功能虛擬化）及云計算（Cloud Computing）等飛速發(fā)展的推動下，將SDN與云計算用于5G通信網(wǎng)絡得到了業(yè)界學者高度重視。比如，提出了以SDN和云計算為基礎的以太網(wǎng)5G網(wǎng)絡架構(gòu)，降低演進EPC復雜程度，提升運行效率，實現(xiàn)可擴展性的網(wǎng)絡管理。這一網(wǎng)絡主要由AC、D-EPC和C-EPC等部分組成，不同組成部分具有各自的功能：

AC主要由接入點、交換機、路由器、控制器和本地疏導等構(gòu)成。其中，接入點借助無線端口向交換機傳輸以太網(wǎng)幀；控制器對PEPs的APs與交換機實施集中式管理；本地疏導對用戶業(yè)務數(shù)據(jù)通過相應的拜訪網(wǎng)絡傳輸至目標地點，無需使用歸屬網(wǎng)絡即可完成轉(zhuǎn)發(fā)，能為用戶提供最佳體驗，并且還能節(jié)約電信運營商的貸款，便于成本控制；接入路由器則當做網(wǎng)關(guān)連接接入點與5G網(wǎng)絡其余部分[ 1 ]。

來源于不同接入點的業(yè)務流量匯集在由數(shù)據(jù)中心、L3路由器與局域疏導構(gòu)成的D-EPC云。在該局域云當中，L3路由器是網(wǎng)關(guān)組成，負責執(zhí)行各項管理功能。局域疏導可為用戶提供低時延連接互聯(lián)網(wǎng)的功能；D-MME采用分布式的方法實現(xiàn)各項管理功能；時延業(yè)務借助D-IMS系統(tǒng)在數(shù)據(jù)分析平臺的分布式處理可以完成低時延的IP網(wǎng)絡接入承載。

C-EPC由C-MME、C-IMS、策略控制、PCRF與HSS等構(gòu)成。在這些部分中，C-MME作用在于進行集中式管理，管理對象有跟蹤區(qū)域列表、節(jié)點移動等；C-IMS具有QoS控制、業(yè)務流量控制及多媒體承載等功能；PCRF及其組件主要完成負責策略控制決策；HSS是提供數(shù)據(jù)管理功能的組件。

1.2 多控制器架構(gòu)

充分考慮5G網(wǎng)絡對應的廣域覆蓋、多蜂窩異構(gòu)融合及多網(wǎng)特性的可操作性，對此相關(guān)人員提出分層網(wǎng)絡架構(gòu)。比如，將網(wǎng)絡云與無線網(wǎng)絡為兩大組成部分的網(wǎng)絡架構(gòu)，借助該網(wǎng)絡架構(gòu)，可實現(xiàn)對蜂窩異構(gòu)的良好融合，適應MIMO系統(tǒng)應用要求。

該網(wǎng)絡架構(gòu)包含兩層邏輯網(wǎng)絡，支持RN網(wǎng)絡及具有更高層實際作用的網(wǎng)絡云。架構(gòu)特征有：在網(wǎng)絡云方面，將SDN與NFV為基礎可以實現(xiàn)功能擴展及動態(tài)部署；借助于冗余的消除功能和AS、NAS之間的集成可獲取最簡形式的協(xié)議棧；充分使用分離架構(gòu)可為RN覆蓋提供充足容量；合理應用嵌套技術(shù)，并結(jié)合現(xiàn)有的中繼技術(shù)，為不同設備、熱點與業(yè)務提供良好支持；可推動網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與簡化，并在最短時間內(nèi)進行業(yè)務布控[ 2 ]。

考慮到移動通信網(wǎng)絡將來大量的內(nèi)容分發(fā)業(yè)務要求，還提出了一套將SDN為基礎的智能化內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡架構(gòu)。此網(wǎng)絡架構(gòu)由兩大部分構(gòu)成，分別為業(yè)務的分發(fā)階段和控制器。通過對來源于路由器上的信息進行接收，核心控制器能夠獲取相應的狀態(tài)數(shù)據(jù)，再進行數(shù)據(jù)分析確定是否有必要進行路由更新，或調(diào)用信令重定向客戶至具有更高網(wǎng)絡性能的內(nèi)容分別分發(fā)節(jié)點，進而實現(xiàn)具有一定自適應特征的動態(tài)化、流化控制，提升服務品質(zhì)。

2 SDN 5G通信網(wǎng)絡架構(gòu)發(fā)展

現(xiàn)有的5G通信網(wǎng)絡架構(gòu)偏重于設計、功能界定、業(yè)務的支撐能力與流程描述等方面，而且還有很多網(wǎng)絡架構(gòu)是局限于某些用戶的，所分析的終端特性與應用環(huán)境十分簡單，只可以對現(xiàn)有固定的功能集合提供支持，性能優(yōu)化也被限制在某個特定的環(huán)境。在異構(gòu)融合網(wǎng)絡當中，怎樣分析不同場景復雜程度、各種蜂窩與接入技術(shù)自身異構(gòu)性，對SDN控制器的集中管理、用戶終端自主分布管理之間的良好協(xié)作進行優(yōu)化設計，給出更具開放性、通用性和高效性的網(wǎng)絡架構(gòu)設計方案，是未來SDN 5G通信網(wǎng)絡架構(gòu)發(fā)展主要方向。

在5G通信網(wǎng)絡架構(gòu)設計過程中應用SDN還要充分考慮技術(shù)的標準化與兼容性。SDN在當前是一項十分新穎的技術(shù)，其指標與應用還不夠成熟，很多標準尚處在研究階段。此外，5G通信網(wǎng)絡還具有極高的網(wǎng)絡復雜性與終端多樣性，能提供的業(yè)務也極具特點，這對網(wǎng)絡架構(gòu)，尤其是占據(jù)核心技術(shù)地位的SDN提出了巨大的挑戰(zhàn)。所以，怎樣在網(wǎng)絡架構(gòu)的設計過程中，對技術(shù)兼容與標準化問題進行充分考慮是亟需得到解決的重要問題。

另外，SDN核心控制器對應的管理機制可在逐步提高網(wǎng)絡傳輸效率的同時，出現(xiàn)更多的可擴展性問題，而5G通信網(wǎng)絡以期獨特的性質(zhì)，在廣域范圍內(nèi)提供覆蓋或支持大規(guī)模業(yè)務流量是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵要素?；谝陨弦螅許DN為基礎的5G通信網(wǎng)絡必須處理好SDN自身可擴展性問題，從而實現(xiàn)在廣域范圍或大規(guī)模業(yè)務要求條件下的系統(tǒng)性能保障[ 3 ]。對于這一重點問題，可將現(xiàn)有的研究成果為依據(jù)，考慮5G通信網(wǎng)絡在局域分布控制融合、管理復雜程度、全局集中控制等要求中進行折中，從而在穩(wěn)定、高效與靈活傳輸業(yè)務的同時，提高網(wǎng)絡自身可擴展性，為解決以上發(fā)展問題指明方向。

3 結(jié)語

在5G通信網(wǎng)絡中引入SDN技術(shù)已在業(yè)界達成共識，在明確這一基本要求的前提下，對云架構(gòu)、分層架構(gòu)進行了分析總結(jié)，并提出其中存在的不足，為未來發(fā)展提供指導。此外，還提出了后續(xù)研究應重視業(yè)務特性、網(wǎng)絡設計與終端設計的觀點，認為技術(shù)兼容性及網(wǎng)絡的可擴展性是滿足日益增長的業(yè)務需求的重要前提。因此，需要在認清現(xiàn)狀與要求的基礎上，找到突破點，采取必要措施，早日實現(xiàn)廣域和大規(guī)模業(yè)務的需求。

參考文獻：

[1] 趙明宇，嚴學強.SDN和NFV在5G移動通信網(wǎng)絡架構(gòu)中的應用研究[J].移動通信，2015，10（14）：64-68.

[2] 柴蓉，胡恂，李海鵬，蔣桂香.基于SDN的5G移動通信網(wǎng)絡架構(gòu)[J].重慶郵電大學學報（自然科學版），2015，11（05）：569-576.

[3] 張臻.基于SDN的5G移動通信網(wǎng)絡架構(gòu)分析[J].電信快報，2016，12（08）：24-26.

作者簡介：楊松朔（1994-），男，天津人，邵陽學院信息工程系通信工程專業(yè)學生。