5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中SDN與NFV技術(shù)的應(yīng)用

劉晶晶

【摘 要】在當(dāng)前的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)之中，關(guān)鍵在于突破軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的相關(guān)技術(shù)難題。在此之前，我們了解到如果在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中運(yùn)用SDN和NFV技術(shù)，將產(chǎn)生很大程度上的便利；再者，對(duì)國(guó)際上SDN與NFV技術(shù)最前沿的研究狀況進(jìn)行了闡述，對(duì)以SDN/NFV的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行了探究；最后，綜合各種因素對(duì)在SDN/NFV技術(shù)之上的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)展開(kāi)了試探性的探討，并且對(duì)其中技術(shù)上的重難點(diǎn)進(jìn)行了剖析，提出了相應(yīng)的解決方案，希望能夠?yàn)樾袠I(yè)發(fā)展做出一定的貢獻(xiàn)。

【關(guān)鍵詞】軟件定義網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化；5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

一些市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)經(jīng)過(guò)調(diào)研得出這樣一個(gè)結(jié)論，第五代移動(dòng)通信（以下簡(jiǎn)稱為5G）網(wǎng)絡(luò)大概會(huì)在2017年左右把相關(guān)協(xié)議確立下來(lái)，實(shí)現(xiàn)商業(yè)化的時(shí)間暫定為2020年。然而，近年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)流量消耗量不斷升高，市場(chǎng)方面需求緊迫，再加之第五代移動(dòng)通信技術(shù)在未來(lái)戰(zhàn)略中占據(jù)著重要的位置，因此，市場(chǎng)上早已開(kāi)始了對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的研究，5G網(wǎng)絡(luò)的需求正變得越來(lái)越迫切。

在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)，部分企業(yè)和組織也順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，接連開(kāi)啟了對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)攻關(guān)。國(guó)際上更是如此，各國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商爭(zhēng)相提出自己的5G設(shè)想，并且都在對(duì)自己的方案進(jìn)行技術(shù)論證。顯然，不管是國(guó)外還是國(guó)內(nèi)，無(wú)論是運(yùn)營(yíng)商還是設(shè)備商，都開(kāi)始了對(duì)5G技術(shù)研究的漫漫長(zhǎng)路。各組織之間的較量對(duì)達(dá)成行業(yè)內(nèi)的技術(shù)共識(shí)是十分重要的，對(duì)于行業(yè)巨頭來(lái)說(shuō)，這是獲取專利搶占技術(shù)高地，決勝未來(lái)的關(guān)鍵時(shí)期?，F(xiàn)在的5G技術(shù)，還沒(méi)有在關(guān)鍵領(lǐng)域達(dá)成技術(shù)共識(shí)。也正因如此，移動(dòng)通信領(lǐng)域?qū)⒂瓉?lái)巨大的變革，這也將帶來(lái)前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

一、將SDN和NFV引入5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所帶來(lái)的好處

SDN嚴(yán)格來(lái)說(shuō)是一種網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，它有一些明顯的特點(diǎn)：

1）控制部分與轉(zhuǎn)發(fā)部分是隔離開(kāi)的；

2）控制集中化；

3）用到的軟件接口都是被廣泛定義的。

核心要點(diǎn)在于，把控制面與數(shù)據(jù)面隔開(kāi)，轉(zhuǎn)發(fā)的功能僅由硬件設(shè)備的下層實(shí)現(xiàn)，其上層則分離，用于集中實(shí)現(xiàn)控制，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用與功能的可編程性。在集中化的控制系統(tǒng)中，可以掌握所有用戶的網(wǎng)絡(luò)使用情況，進(jìn)而在全局上對(duì)網(wǎng)絡(luò)流量進(jìn)行宏觀調(diào)控，合理配制網(wǎng)絡(luò)資源，提高對(duì)資源的利用率。

在未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)中可以科學(xué)合理的利用SDN的這些優(yōu)勢(shì)，使其可以在網(wǎng)絡(luò)通信行業(yè)大展拳腳。正是由于SDN技術(shù)的合理運(yùn)用，才使得移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的基本功能得到更加有效地發(fā)揮，這也使其縱向融合變成現(xiàn)實(shí)，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)可以適應(yīng)逐漸增長(zhǎng)的接入速率。追根溯源，SDN首創(chuàng)于斯坦福大學(xué)，而NFV的概念則來(lái)源于運(yùn)營(yíng)商聯(lián)盟，他們的目的在于處理硬件設(shè)施笨重、傳統(tǒng)與難以拓展等問(wèn)題的同時(shí)，可以更好地使用現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)，使得投資利益最大化。

在不久前發(fā)布的NFV白皮書(shū)中可以了解到，他們對(duì)于SDN與NFV的關(guān)系是這樣定義的：首先，這兩者有著一種互補(bǔ)關(guān)系，他們是可以實(shí)現(xiàn)融合的，不過(guò)兩者并沒(méi)有依賴關(guān)系，換句話說(shuō)，也就是NFV可以實(shí)現(xiàn)獨(dú)立的布置，而不用考慮SDN的影響。但是兩者是存在互補(bǔ)性的，其主要表現(xiàn)在SDN能使NFV具有更大的兼容性和操作簡(jiǎn)便的特點(diǎn)，反過(guò)來(lái)，NFV的虛擬化等技術(shù)則可以提升SDN的靈活性。

二、目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)初探

就目前市場(chǎng)現(xiàn)狀來(lái)看，阿朗及中國(guó)的華為、中興等信息通訊公司、各大主要研究機(jī)構(gòu)與論壇等爭(zhēng)相提出自己設(shè)想的5G白皮書(shū)，這些白皮書(shū)分別承載了各大公司對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的展望，對(duì)市場(chǎng)供需關(guān)系的理解。當(dāng)今世界的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)并不成熟，幾乎所有構(gòu)想都處于剛剛提出，正在進(jìn)行技術(shù)認(rèn)證的階段。

在SDN與NFV等基礎(chǔ)思想的指導(dǎo)下，設(shè)計(jì)的5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要有以下三種設(shè)計(jì)思路：

（1）對(duì)網(wǎng)元功能采用劃分處理，當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)有著封閉且無(wú)序的特點(diǎn)，甚至部分功能存在相互沖突的情況，這就需要重新定義網(wǎng)絡(luò)功能，進(jìn)行更加清晰地梳理和劃分。第一步要做的就是將控制端與轉(zhuǎn)發(fā)端進(jìn)行分離，以及實(shí)現(xiàn)軟件與硬件的解耦。通過(guò)分離可以實(shí)現(xiàn)將控制功能全部置于SDN控制器之上的目的，在轉(zhuǎn)發(fā)面使用合適的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，一般都是標(biāo)準(zhǔn)件，其優(yōu)勢(shì)在于成本低廉，他們?cè)谕唤涌趯?shí)現(xiàn)連接。在控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面上均可以實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容或升級(jí)功能，這就使得設(shè)備愈發(fā)便捷高效。

（2）網(wǎng)絡(luò)功能抽象

在對(duì)各部分網(wǎng)元功能進(jìn)行分開(kāi)處理之后，還需要做共性提取的工作，經(jīng)過(guò)一定規(guī)律的封裝，將具有不同功能的模塊分離出來(lái)，對(duì)各模塊之間使用的連接口均采用標(biāo)準(zhǔn)件。對(duì)比于未劃分之前的網(wǎng)絡(luò)功能，經(jīng)過(guò)分解的網(wǎng)絡(luò)功能模塊將變得越來(lái)越多，這就將使得接口和協(xié)議變得極為復(fù)雜。

經(jīng)過(guò)抽象處理實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的模塊化，在各功能模塊之間使用API接口，使得他們更加具有開(kāi)放性，在相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行重組，讓重組后的網(wǎng)元功能具有全網(wǎng)視圖，同時(shí)盡量滿足用戶的需求，為客戶帶來(lái)最佳的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流傳送與整合方法，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的合理利用，強(qiáng)化互聯(lián)網(wǎng)的服務(wù)能力。

當(dāng)今的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展日新月異，基于互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的創(chuàng)新實(shí)踐多如牛毛，這一切的一切都與其使用公共硬件平臺(tái)，讓客戶使用開(kāi)放的API接口，簡(jiǎn)化民眾創(chuàng)新環(huán)節(jié)，減少創(chuàng)新要求有著極為重要的聯(lián)系。故而，將API公布給開(kāi)發(fā)者，使其隨意使用，互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)突破傳統(tǒng)的只針對(duì)運(yùn)營(yíng)商，轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚋鼮閺V大的用戶群體，讓運(yùn)營(yíng)商有著更加靈便的網(wǎng)絡(luò)能力，進(jìn)而解決已有的因硬件問(wèn)題而引發(fā)的升級(jí)困難、擴(kuò)展性差等缺點(diǎn)。

（3）網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)

將已經(jīng)開(kāi)放接口的各功能子模塊分選出來(lái)，按照一定的需求進(jìn)行組合使用，這樣一來(lái)不但可以擁有基礎(chǔ)的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的基本功能，更重要的是可以讓各組件相互獨(dú)立，甚至實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)性的伸縮，與此同時(shí)，可以結(jié)合未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行快速研發(fā)、調(diào)試和合理布置，體現(xiàn)全新的功能。因此，在這個(gè)基礎(chǔ)之上網(wǎng)絡(luò)資源就能夠?qū)崿F(xiàn)共享，而且還能在實(shí)際業(yè)務(wù)的要求下進(jìn)行按需編排和故障隔離等。這其實(shí)也就是進(jìn)行重新劃分并抽象的目的所在。

眾所周知，IT技術(shù)具有靈活快速的優(yōu)點(diǎn)，這一點(diǎn)也被電信網(wǎng)絡(luò)所學(xué)習(xí)，在即將到來(lái)的5G時(shí)代，其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將不可能是以往的固定、封閉的架構(gòu)，取而代之的將是一個(gè)全新的依托于虛擬化技術(shù)的構(gòu)架。對(duì)現(xiàn)有的模塊進(jìn)行劃分及重組之后，不但可以實(shí)現(xiàn)最為基本的現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)功能，而且更重要的是可以減持冗余。舉例說(shuō)明，比如一些模塊的功能或業(yè)務(wù)已然超過(guò)了使用壽命，而且也達(dá)到了退出市場(chǎng)的條件。但實(shí)際真的如此嗎？根據(jù)測(cè)算其現(xiàn)有電路交換機(jī)的兩千余個(gè)功能使用率甚至不超過(guò)百分之一，在模塊化的基礎(chǔ)之上，運(yùn)營(yíng)商就能夠根據(jù)自己的實(shí)際需求進(jìn)行選擇，在最大限度利用投資資源的同時(shí)做到省去無(wú)用花費(fèi)的目標(biāo)。

三、結(jié)束語(yǔ)

文章在SDN和NFV技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的解耦、抽象和重構(gòu)，提出了一些創(chuàng)造性的使用設(shè)想，比如控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面實(shí)現(xiàn)分離、控制集中化、可編程的未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并對(duì)未來(lái)移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采取了試探性的摸索。經(jīng)過(guò)總結(jié)分析可以知道，基于SDN和NFV的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，不但能解決傳統(tǒng)架構(gòu)固有的一些缺點(diǎn)，還能夠滿足未來(lái)不斷增多的新業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)可編程和快速響應(yīng)的要求。

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