楊松朔 何海浪

摘 要：針對以SDN技術(shù)為基礎(chǔ)的5G通信網(wǎng)絡(luò)，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(chǔ)上，從實現(xiàn)更多業(yè)務(wù)要求出發(fā)，指出了5G通信網(wǎng)絡(luò)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(luò)；網(wǎng)絡(luò)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(shè)、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(luò)是指在4G基礎(chǔ)上，通過對關(guān)鍵技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(luò)架構(gòu)現(xiàn)狀

1.1 云架構(gòu)

在SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)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(luò)得到了業(yè)界學(xué)者高度重視。比如，提出了以SDN和云計算為基礎(chǔ)的以太網(wǎng)5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，降低演進EPC復(fù)雜程度，提升運行效率，實現(xiàn)可擴展性的網(wǎng)絡(luò)管理。這一網(wǎng)絡(luò)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(dǎo)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(dǎo)對用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)通過相應(yīng)的拜訪網(wǎng)絡(luò)傳輸至目標(biāo)地點，無需使用歸屬網(wǎng)絡(luò)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(dāng)做網(wǎng)關(guān)連接接入點與5G網(wǎng)絡(luò)其余部分[ 1 ]。

來源于不同接入點的業(yè)務(wù)流量匯集在由數(shù)據(jù)中心、L3路由器與局域疏導(dǎo)構(gòu)成的D-EPC云。在該局域云當(dāng)中，L3路由器是網(wǎng)關(guān)組成，負責(zé)執(zhí)行各項管理功能。局域疏導(dǎo)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(wù)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(luò)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(wù)流量控制及多媒體承載等功能；PCRF及其組件主要完成負責(zé)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(luò)對應(yīng)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(luò)架構(gòu)。比如，將網(wǎng)絡(luò)云與無線網(wǎng)絡(luò)為兩大組成部分的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，借助該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，可實現(xiàn)對蜂窩異構(gòu)的良好融合，適應(yīng)MIMO系統(tǒng)應(yīng)用要求。

該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包含兩層邏輯網(wǎng)絡(luò)，支持RN網(wǎng)絡(luò)及具有更高層實際作用的網(wǎng)絡(luò)云。架構(gòu)特征有：在網(wǎng)絡(luò)云方面，將SDN與NFV為基礎(chǔ)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(yīng)用嵌套技術(shù)，并結(jié)合現(xiàn)有的中繼技術(shù)，為不同設(shè)備、熱點與業(yè)務(wù)提供良好支持；可推動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與簡化，并在最短時間內(nèi)進行業(yè)務(wù)布控[ 2 ]。

考慮到移動通信網(wǎng)絡(luò)將來大量的內(nèi)容分發(fā)業(yè)務(wù)要求，還提出了一套將SDN為基礎(chǔ)的智能化內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。此網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由兩大部分構(gòu)成，分別為業(yè)務(wù)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(yīng)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(luò)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(yīng)特征的動態(tài)化、流化控制，提升服務(wù)品質(zhì)。

2 SDN 5G通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展

現(xiàn)有的5G通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)偏重于設(shè)計、功能界定、業(yè)務(wù)的支撐能力與流程描述等方面，而且還有很多網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是局限于某些用戶的，所分析的終端特性與應(yīng)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(luò)當(dāng)中，怎樣分析不同場景復(fù)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(shè)計，給出更具開放性、通用性和高效性的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計方案，是未來SDN 5G通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展主要方向。

在5G通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)用SDN還要充分考慮技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化與兼容性。SDN在當(dāng)前是一項十分新穎的技術(shù)，其指標(biāo)與應(yīng)用還不夠成熟，很多標(biāo)準(zhǔn)尚處在研究階段。此外，5G通信網(wǎng)絡(luò)還具有極高的網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性與終端多樣性，能提供的業(yè)務(wù)也極具特點，這對網(wǎng)絡(luò)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(luò)架構(gòu)的設(shè)計過程中，對技術(shù)兼容與標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)的管理機制可在逐步提高網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(wù)流量是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵要素?；谝陨弦?，以SDN為基礎(chǔ)的5G通信網(wǎng)絡(luò)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(wù)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(luò)在局域分布控制融合、管理復(fù)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(wù)的同時，提高網(wǎng)絡(luò)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(luò)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(dǎo)。此外，還提出了后續(xù)研究應(yīng)重視業(yè)務(wù)特性、網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與終端設(shè)計的觀點，認為技術(shù)兼容性及網(wǎng)絡(luò)的可擴展性是滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求的重要前提。因此，需要在認清現(xiàn)狀與要求的基礎(chǔ)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(wù)的需求。

參考文獻：

[1] 趙明宇，嚴(yán)學(xué)強.SDN和NFV在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的應(yīng)用研究[J].移動通信，2015，10（14）：64-68.

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[3] 張臻.基于SDN的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)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(xué)院信息工程系通信工程專業(yè)學(xué)生。