5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重構(gòu)與挑戰(zhàn)

李聰

【摘 要】首先詳細(xì)闡述了面向5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的沿革與SDN/NFV的引入，并對現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)采用解耦、抽象和重構(gòu)的方法，提出了控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、控制集中化、可編程的移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，最后分析闡述了水平網(wǎng)絡(luò)及開放性的新含義，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的趨勢、戰(zhàn)略目標(biāo)、演進(jìn)方向和目標(biāo)架構(gòu)，以及網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)的戰(zhàn)略意義和挑戰(zhàn)。

【關(guān)鍵詞】網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)；網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)

On the Reconfiguration and Challenge of 5G Network Architecture

LI Cong

（Shanghai Posts & Telecommunications Designing Consulting Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200092， China）

[Abstract] The evolution oriented to 5G network architecture and the introduction of SDN/NFV were elaborated. The decoupling， abstracting and the reconfiguration were applied to existing networks to propose the mobile communication network architecture with the separation of control and forwarding， centralized control and the programing ability. The new concepts of the horizontal network and the opening were expounded. The tendency， strategic goal， evolution direction and target architecture were addressed. Finally， the strategic significance and challenge of network architecture reconfiguration were discussed.

[Key words]network architecture； network reconfiguration； network evolution

1 引言

5G（5th Generation，第五代移動通信系統(tǒng)）是一個端到端的生態(tài)通信系統(tǒng)，它將實(shí)現(xiàn)一個全連接和全移動的社會?，F(xiàn)有的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)是剛性固化的，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)往往更加關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的底層傳送能力而忽略了網(wǎng)絡(luò)的能力向上層應(yīng)用和業(yè)務(wù)開放，因此導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)缺少流程化的能力開放接口，業(yè)務(wù)很難靈活地調(diào)用網(wǎng)絡(luò)能力，這就導(dǎo)致承載網(wǎng)不能承載一些互聯(lián)網(wǎng)的業(yè)務(wù)和應(yīng)用，而必須采用應(yīng)用層專用的協(xié)議進(jìn)行糾錯、應(yīng)用加速和流量均衡等優(yōu)化設(shè)計。

此外，現(xiàn)有2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)更多地關(guān)注和加強(qiáng)技術(shù)從而局限在接入網(wǎng)及核心網(wǎng)上，而5G將會改變以往通信網(wǎng)絡(luò)格局，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的軟件和硬件的分離。5G架構(gòu)的重構(gòu)通過引入了NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）和SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)），將淘汰傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)復(fù)雜度非常高的“煙囪”架構(gòu)，以充分展示基于SDN/NFV技術(shù)的創(chuàng)新型基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境在靈活組網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全方面的潛力[1]。為此，本文接下來將詳細(xì)闡述面向5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的沿革與SDN/NFV的引入，并探討5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重構(gòu)及面臨的挑戰(zhàn)。

2 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)及SDN/NFV的引入

2.1 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的演進(jìn)方向

首先，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)將把網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營從分散型向集約型演進(jìn)，由于歷史原因，傳統(tǒng)電信運(yùn)營商一般沿襲了自上而下的網(wǎng)絡(luò)組織和運(yùn)行方式，各個省市的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商均獨(dú)立建設(shè)和運(yùn)營基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，因此導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)利用率低下、端到端業(yè)務(wù)體驗(yàn)較差。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)用戶對網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營模式提出了更高的要求，因此網(wǎng)絡(luò)必須具有“統(tǒng)一集約規(guī)劃”、“統(tǒng)一集約建設(shè)”和“統(tǒng)一集約管控”三大特征。

其次，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)更多關(guān)注網(wǎng)絡(luò)底層的傳送能力，而對于承載網(wǎng)絡(luò)能力向上層應(yīng)用和新業(yè)務(wù)的創(chuàng)新開發(fā)并無過多的考慮，因此缺乏標(biāo)準(zhǔn)化的業(yè)務(wù)開放接口，業(yè)務(wù)調(diào)度不靈活。未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須要達(dá)到網(wǎng)絡(luò)能力接口標(biāo)準(zhǔn)化及開放的要求。

再次，在互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展過程里，基于云計算來提供業(yè)務(wù)已成為大勢所趨，但是目前云和網(wǎng)之間缺乏靈活的握手互動機(jī)制，通常計算資源、存儲資源和網(wǎng)絡(luò)資源多是彼此之間獨(dú)立靜態(tài)配置，無法統(tǒng)一按需提供。未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須向業(yè)務(wù)、IT和網(wǎng)絡(luò)云化以及基于DC（Data Center，數(shù)據(jù)中心）集中部署并以DC為網(wǎng)絡(luò)核心的云網(wǎng)融合轉(zhuǎn)變[2]。

最后，網(wǎng)絡(luò)要走向運(yùn)營開發(fā)一體化，在現(xiàn)行的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營模式下，廠家與運(yùn)營商之間都是簡單的售賣方式，主要由“供給”決定“需求”，未來的網(wǎng)絡(luò)需要達(dá)到用戶對網(wǎng)絡(luò)的定制化要求，通過分離網(wǎng)絡(luò)的軟件與硬件，引入IT設(shè)備等多種手段達(dá)到由簡單的售賣到創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展的目的。

2.2 SDN/NFV技術(shù)的引入

隨著通信技術(shù)的變革和發(fā)展，現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)在高速發(fā)展的高速率時代，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重構(gòu)將減少網(wǎng)絡(luò)的層級、轉(zhuǎn)移網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點(diǎn)，同時也會將網(wǎng)絡(luò)軟化，網(wǎng)絡(luò)流量收斂比減少，基于SDN/NFV的新架構(gòu)是網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的要方式，它以網(wǎng)絡(luò)控制與轉(zhuǎn)發(fā)及網(wǎng)絡(luò)軟硬件雙解耦為基本特征，是全局性、革命性的架構(gòu)重構(gòu)。

從SDN和NFV的定義出發(fā)，一套整體的SDN解決方案包括數(shù)據(jù)層、控制層和應(yīng)用層。控制器運(yùn)用南向接口對設(shè)備進(jìn)行控制，運(yùn)用北向接口支持應(yīng)用開發(fā)，為業(yè)務(wù)提供服務(wù)。endprint