基于SDN的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究①

黃宗偉

（廣東郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 510630）

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)也逐漸向商業(yè)化模式轉(zhuǎn)變，其具有低時延、高網(wǎng)速、大容納量、穩(wěn)定傳輸?shù)葍?yōu)勢，可應(yīng)用于多服務(wù)場景中。5G移動通信網(wǎng)絡(luò)依據(jù)陣列技術(shù)、多址技術(shù)等可實(shí)現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡(luò)內(nèi)數(shù)據(jù)信息的虛擬化運(yùn)行，為網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)信息提供傳輸保障。

一、SDN特性論述

（一）SDN框架

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）作為一種虛擬化網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)方式，主要是將控制面、數(shù)據(jù)面進(jìn)行分離，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)流量的分流處理，提升網(wǎng)絡(luò)渠道處理信息的速率。當(dāng)前SDN網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架一般由應(yīng)用層、控制層、設(shè)施層組成。SDN中的應(yīng)用層通過開放接口對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行傳輸，其主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)應(yīng)用，一般包括訪問功能、決策功能、管理、分流等?？刂茖右话阋钥刂破鳌⒎?wù)協(xié)議為主，其起到數(shù)據(jù)交互傳輸?shù)淖饔茫衔粰C(jī)為應(yīng)用層，下位機(jī)為設(shè)施層，可將設(shè)施層的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行控制器和數(shù)據(jù)協(xié)議等，傳輸?shù)綉?yīng)用層，以保證系統(tǒng)可執(zhí)行正確指令，進(jìn)而使信息完成周期型反饋。設(shè)施層則是以設(shè)備為主，在控制層的數(shù)據(jù)傳輸下，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)指令的精準(zhǔn)執(zhí)行。同時可針對用戶單元進(jìn)行流量分化處理，以完成基層設(shè)備的各項(xiàng)操控，進(jìn)而使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境得到簡化。SDN網(wǎng)絡(luò)中，一般對模塊進(jìn)行集成化處理，以將數(shù)據(jù)運(yùn)行體系進(jìn)行簡化，降低實(shí)際工作配置需求，提升系統(tǒng)運(yùn)行的魯棒性，進(jìn)而推動網(wǎng)絡(luò)虛擬化模塊的發(fā)展進(jìn)程。

（二）SDN關(guān)鍵技術(shù)

SDN在應(yīng)用過程中，一般以協(xié)議技術(shù)、控制器技術(shù)、擴(kuò)展技術(shù)等為主。首先，協(xié)議技術(shù)是針對數(shù)據(jù)信息的傳輸進(jìn)行控制，以保證數(shù)據(jù)可在控制層、傳輸層、應(yīng)用層等精準(zhǔn)傳輸，同時針對數(shù)據(jù)接口進(jìn)行數(shù)據(jù)分流控制，提升數(shù)據(jù)協(xié)議之間的容錯性。其次，控制器技術(shù)數(shù)據(jù)在傳輸過程中，以SDN控制器對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行相關(guān)指令操控，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的集成化管理。同時SDN控制技術(shù)可實(shí)現(xiàn)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)信息的高效率傳輸，使數(shù)據(jù)信息可進(jìn)行單向傳輸、反饋式傳輸?shù)裙δ?，通過對網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行集成化處理，可實(shí)現(xiàn)虛擬化技術(shù)的特性，因此需不斷地完善SDN控制技術(shù)才可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)操控。最后，擴(kuò)展技術(shù)可使數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)對接型傳輸，并可將數(shù)據(jù)信息分離出來，以提升數(shù)據(jù)信息的實(shí)際處理效率，并可有效避免網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載運(yùn)行，進(jìn)而使網(wǎng)絡(luò)性能得到提升。

二、5G移動通信網(wǎng)絡(luò)模式

（一）應(yīng)用模式

當(dāng)前技術(shù)的不斷進(jìn)步，為通信行業(yè)的發(fā)展帶來契機(jī)，同時也為互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字技術(shù)的發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。移動通信網(wǎng)絡(luò)作為信號傳輸介質(zhì)，使人們通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)相互交流，當(dāng)前5G移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)已逐漸趨于完善，其可滿足使用者的不同需求，并具有覆蓋廣、密度大、低耗能、高時效性等特點(diǎn)，可提升數(shù)據(jù)信息的處理效率。

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)可對覆蓋范圍內(nèi)的用戶單元進(jìn)行精準(zhǔn)數(shù)據(jù)銜接，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性，為用戶提升流暢的操作體驗(yàn)。同時在5G覆蓋區(qū)域，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的透明化運(yùn)營，即在覆蓋區(qū)域內(nèi)的任何一個地點(diǎn)（屏蔽區(qū)除外），都可使網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到100M/s，以滿足用戶的數(shù)據(jù)使用需求。5G網(wǎng)絡(luò)的高密度性可對網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的用戶提供等量數(shù)據(jù)傳輸，使數(shù)據(jù)傳輸速率不在受用戶單元個數(shù)限制，進(jìn)而滿足用戶的實(shí)際使用需求。5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)低能耗的特性，可作為構(gòu)建智能網(wǎng)絡(luò)的載體，將其應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、林業(yè)、環(huán)境監(jiān)測中，利用數(shù)據(jù)的多點(diǎn)位傳輸模式、低能耗的特性，可對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)傳輸，進(jìn)而為系統(tǒng)運(yùn)行提供安全保障。5G網(wǎng)絡(luò)高時效性的優(yōu)勢，可應(yīng)用到工業(yè)生產(chǎn)、互聯(lián)網(wǎng)控制中，將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行時效性反饋，為工業(yè)生產(chǎn)設(shè)備的操控系統(tǒng)提供節(jié)點(diǎn)型信息，以提升設(shè)備的運(yùn)行的精準(zhǔn)性，進(jìn)而促進(jìn)工業(yè)的精度化發(fā)展。

（二）技術(shù)特性

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)采用天線陣列技術(shù)，利用天線之間對信號進(jìn)行傳輸，以實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)流的運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)用戶單元的接收頻率。當(dāng)前5G技術(shù)以華為公司為先進(jìn)主導(dǎo)，以多為調(diào)制、擴(kuò)頻技術(shù)為主，可令數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾食銎胀ňW(wǎng)絡(luò)構(gòu)架下的三倍，同時無差別共享技術(shù)可使用戶單元接收到的數(shù)據(jù)信息處于均衡狀態(tài)。其他技術(shù)部門提出的多元碼、疊加編碼、圖樣多址技術(shù)，可有效提升數(shù)據(jù)的時效性處理速率等。密度組網(wǎng)技術(shù)可提升網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)熱點(diǎn)的密度集，提升熱點(diǎn)效率的兼容性與共享性，使頻率可進(jìn)行疊加使用，同時密度型組網(wǎng)技術(shù)可通過頻率、頻譜的精準(zhǔn)辨別，提升頻譜資源的傳輸效率、系統(tǒng)容量等。

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)在對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理時，需通過無線接口技術(shù)、集成處理技術(shù)等，對網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的多樣化通信業(yè)務(wù)進(jìn)行處理，以保證網(wǎng)絡(luò)的異型傳輸介質(zhì)的兼容性。同時5G網(wǎng)絡(luò)通過在架構(gòu)區(qū)域內(nèi)布置蜂窩型數(shù)據(jù)小區(qū)，可降低建設(shè)成本，并可以蜂窩小區(qū)為傳輸節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)小范圍區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸，降低用戶單元之間的信息干擾，以提升網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)傳輸性能。

三、基于SDN的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究

（一）5G云架構(gòu)

當(dāng)前云技術(shù)、SDN技術(shù)得到快速發(fā)展，5G移動通信網(wǎng)絡(luò)作為前沿性技術(shù)，其可對依賴于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)生存的企業(yè)等做出巨大貢獻(xiàn)。在對5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行構(gòu)建時，將SDN技術(shù)融合到系統(tǒng)的組網(wǎng)過程中，可簡化通信網(wǎng)絡(luò)的傳輸流程，并可實(shí)現(xiàn)拓展型管理。此種模式下的網(wǎng)絡(luò)組成一般為接入云、局域云、本地云。

接入云（AC）在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中應(yīng)用時，依托于AP接口、交換器、路由器、控制器等協(xié)調(diào)工作模式來完成數(shù)據(jù)信息的傳輸。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)進(jìn)行傳輸時，通過AP接口將數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)浇粨Q器內(nèi)，此時控制器利用集成化模塊對交換器、AP等進(jìn)行處理，并以此作為的網(wǎng)絡(luò)策略點(diǎn)。當(dāng)用戶單元在網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)要完成漫游通信協(xié)議時，可利用系統(tǒng)內(nèi)的業(yè)務(wù)處理模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，此過程無須進(jìn)行局域網(wǎng)絡(luò)的傳輸，進(jìn)而提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?，降低運(yùn)營成本。

局域云 （D-EPC）是對數(shù)據(jù)流量進(jìn)行分化管理，一般包括數(shù)據(jù)中心庫、疏導(dǎo)模塊、路由器等。其中路由器是針對局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的三層信息傳輸而設(shè)立的，可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換與傳輸，在疏導(dǎo)模塊的作用下，使數(shù)信息的傳輸途徑與用戶單元通信通道進(jìn)行精準(zhǔn)對接，同時可保證數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臅r效性。在D-EPC的分化管理模式下，可為5G通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的信道進(jìn)行邏輯性排組，以保證用戶通信協(xié)議的執(zhí)行力度，并可實(shí)現(xiàn)通信IP接通速率。

本地云（C-EPC）一般以數(shù)據(jù)信息的存儲于運(yùn)算為主，在集中模塊、控制模塊、功能模塊、服務(wù)模塊的作用下，對5G通信網(wǎng)絡(luò)內(nèi)用戶單元的數(shù)據(jù)傳輸與接入量進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控。同時可對跨網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)、目標(biāo)動態(tài)切換的用戶進(jìn)行集成化管控。集中模塊可對流量、承載量等進(jìn)行控制，功能模塊主要針對流量的傳輸幀率計(jì)算費(fèi)用，服務(wù)模塊將數(shù)據(jù)信息進(jìn)行存儲，并針對用戶的存儲信息進(jìn)行通信確認(rèn)，以保證用戶單元可隨時對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理。

（二）控制器架構(gòu)

5G移動通信網(wǎng)絡(luò)具有融合性、多網(wǎng)性、覆蓋性等優(yōu)勢，在SDN技術(shù)支持下，可使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息實(shí)現(xiàn)效率傳輸。當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一般以雙層架構(gòu)、分層架構(gòu)、控制架構(gòu)、無線架構(gòu)為主。雙層式是指我網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以網(wǎng)絡(luò)云、無線網(wǎng)為主，在兩者的作用下，將通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的蜂窩節(jié)點(diǎn)傳輸模式進(jìn)行融合，以提升數(shù)據(jù)幀的傳輸數(shù)量和異構(gòu)融合度。同時此種架構(gòu)模式可對數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行分層，以其簡便的邏輯運(yùn)行模式，可對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)的控制層與用戶層進(jìn)行分離，以提升系統(tǒng)的運(yùn)行效率。在雙層式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，可對數(shù)據(jù)信息的傳輸進(jìn)行動態(tài)展示，以降低數(shù)據(jù)傳輸層中的冗余能力，進(jìn)而使系統(tǒng)得到簡化型協(xié)議棧。同時在控制層與用戶層進(jìn)行分離時，通過嵌套技術(shù)的應(yīng)用，將資源引進(jìn)到集成系統(tǒng)以提升數(shù)據(jù)信息的容錯性處理，以保證網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)內(nèi)，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)處理的時效性。

分層架構(gòu)則是以用戶控制模塊、基層控制模塊、網(wǎng)絡(luò)控制模塊組成。在用戶控制模塊的作用下，可使無線接入設(shè)備、D2D調(diào)制、協(xié)議訪問等，同時基層控制模塊可對局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)蜂窩傳輸節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)資源進(jìn)行分化，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的處理速率和處理精度。網(wǎng)絡(luò)控制模塊是對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行綜合控制，并對各控制模塊發(fā)送相應(yīng)的指令，以保證數(shù)據(jù)管理、通信協(xié)議、費(fèi)率計(jì)算等進(jìn)行精準(zhǔn)運(yùn)算。

控制架構(gòu)是以5G異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)為基準(zhǔn)構(gòu)建起來的，其包括基層控制層、中間監(jiān)管層、高層控制層為主。基層控制層主要是以5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的用戶單元為主，對用戶的數(shù)據(jù)信息初始狀態(tài)進(jìn)行控制；中間監(jiān)管層則是對網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的虛擬環(huán)境進(jìn)行監(jiān)管，確保數(shù)據(jù)信息傳輸信道可在監(jiān)管范圍內(nèi)，其建構(gòu)的虛擬網(wǎng)絡(luò)傳輸信息還可為高層控制層提供精準(zhǔn)的信息服務(wù)；高層控制層主要控制局域區(qū)圖，針對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的傳輸路徑進(jìn)行算法控制，以精準(zhǔn)分辨出網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域內(nèi)的信息對接模式。此種關(guān)聯(lián)性監(jiān)管的方式，可對數(shù)據(jù)信息在各階層內(nèi)的傳輸模式進(jìn)行研究，同時可對數(shù)據(jù)的傳輸方向進(jìn)行跟蹤，并可將信息反饋到控制層中，以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r效性和精準(zhǔn)性。

無線架構(gòu)可為局域網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)信息提供適應(yīng)性傳輸模式，使數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡(luò)維度內(nèi)將終端設(shè)備與無線網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，以此來實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)核心數(shù)據(jù)傳輸、接入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)，進(jìn)而提升設(shè)備在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的適用性。無線架構(gòu)的控制模塊，一般采用集成化管理的模式，將各類數(shù)據(jù)信息集成到內(nèi)部處理模塊中，使數(shù)據(jù)信息完成高速分析與預(yù)算，在設(shè)備開放式接口的作用下，使局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)信息傳輸實(shí)現(xiàn)以核心網(wǎng)為載體的開放式傳輸，以保證數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡(luò)區(qū)域內(nèi)的協(xié)議傳輸、業(yè)務(wù)傳輸?shù)?。同時無線接口傳輸也可實(shí)現(xiàn)多功能拓展模式，提升數(shù)據(jù)傳輸效率，以保證在信號干擾下，仍可完成以5G為基礎(chǔ)的局域網(wǎng)絡(luò)定點(diǎn)傳輸，以此來滿足網(wǎng)絡(luò)的開放性、智能性傳輸原則。

四、結(jié)語

綜上所述，文章對SDN概念及特性進(jìn)行分析，其在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用時，依托于系統(tǒng)內(nèi)部的控制模塊，可將局域網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的數(shù)據(jù)層與用戶層分離，使數(shù)據(jù)信息可進(jìn)行精準(zhǔn)傳輸。同時針對5G移動通信網(wǎng)絡(luò)組成進(jìn)行云架構(gòu)和控制器架構(gòu)進(jìn)行研究，進(jìn)而使通信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)兼容性、拓展性等，以滿足用戶的使用需求。