支敏慧，元 鑫，張華偉

（中移（蘇州）軟件技術(shù)有限公司，江蘇 蘇州 215600）

1 SDN和NFV技術(shù)概述

1.1 SDN技術(shù)概述

SDN又叫作軟件定義網(wǎng)絡(luò)，它屬于轉(zhuǎn)型網(wǎng)絡(luò)的一種，通過SDN的應(yīng)用，可以讓網(wǎng)絡(luò)管理更加簡單、應(yīng)用部署更加快捷，同時也可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動化。借助于SDN，用戶可在云服務(wù)中進行各種所需資源的選擇和功能應(yīng)用，以此來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)、儲存以及計算機等資源的智能化控制和利用，使其達(dá)到最佳配置，并實現(xiàn)更具直觀性的服務(wù)部署。圖1為SDN技術(shù)應(yīng)用中的整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 SDN技術(shù)應(yīng)用中的整體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 NFV技術(shù)概述

NFV又叫作網(wǎng)絡(luò)虛擬化，其主要功能是以網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢為依托，實現(xiàn)通信商服務(wù)的有效簡化。借助于互聯(lián)網(wǎng)中的自動系列處理器，實現(xiàn)壓縮負(fù)荷、加密、虛擬化硬件加速以及多核計算性能的集成，再借助以太網(wǎng)接口，便可對一個軟件定義框架進行設(shè)計，并確保其堅實可靠[1]。在當(dāng)今的網(wǎng)絡(luò)信息領(lǐng)域中，借助NFV可實現(xiàn)虛擬環(huán)境的良好創(chuàng)建，從而確保虛擬機的可靠運行。

2 SDN和NFV在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的主要應(yīng)用優(yōu)勢

2.1 實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)開發(fā)效率的提升

將SDN及NFV技術(shù)應(yīng)用到5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，借助其開放性特征，可對高級軟件設(shè)備和硬件設(shè)備進行高效部署，以此來實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本的進一步降低。在具體部署中，借助于SDN與NFV技術(shù)，可讓5G移動通信網(wǎng)絡(luò)達(dá)到良好的虛擬化效果，并采用編程開發(fā)的形式對通信目標(biāo)相同的網(wǎng)絡(luò)硬件進行組合，從而為新的5G業(yè)務(wù)開發(fā)以及軟件革新等工作提供足夠便利。同時，通過SDN與NFV技術(shù)的合理應(yīng)用，也可以讓5G網(wǎng)絡(luò)軟件達(dá)到集中化管理的效果，使其管理效率得以顯著提升。另外，通過SDN與NFV，能夠控制5G網(wǎng)絡(luò)中的全網(wǎng)流量，充分滿足其數(shù)據(jù)傳輸過程中的帶寬需求，從而實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)資源的高效、便捷、靈活調(diào)用，使其利用效率顯著提升[2]。在這樣的情況下，5G網(wǎng)絡(luò)中的各項業(yè)務(wù)開發(fā)也將會具有更高的效率。比如，在配置5G網(wǎng)絡(luò)通道中的承載參數(shù)時，為保障其通信效率，就需要對其通信隧道中的傳輸參數(shù)進行合理設(shè)置。表1為基于SDN與NFV的5G隧道傳輸配置要求。

表1 基于SDN與NFV的5G通信隧道傳輸配置要求

2.2 在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中達(dá)到良好的互補效果

借助SDN的編程功能，可對5G網(wǎng)絡(luò)中的軟件進行合理控制，而借助NFV技術(shù)，則可以對其硬件進行合理控制。由此可見，在5G網(wǎng)絡(luò)中，SDN和NFV技術(shù)可以達(dá)到良好的互補效果，從而讓網(wǎng)絡(luò)通信在具有獨立性的同時，實現(xiàn)軟硬件之間的功能融合。在對這兩種技術(shù)進行聯(lián)合應(yīng)用時，可讓傳統(tǒng)形式的移動通信網(wǎng)絡(luò)在專用位置和通信硬件中被分離出來，從而實現(xiàn)其通信效率的顯著提升。比如，在對5G網(wǎng)絡(luò)中的云數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計時，借助于NFV技術(shù)便可對負(fù)載均衡器、防火墻以及路由器等設(shè)備進行良好控制；然后再以此為基礎(chǔ)，借助SDN技術(shù)實現(xiàn)系統(tǒng)軟件的進一步優(yōu)化與升級。通過這樣的方式，優(yōu)化5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器架構(gòu)。

2.3 實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)功能的全面編程

將SDN與NFV技術(shù)合理應(yīng)用到5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，可使其設(shè)備參數(shù)數(shù)據(jù)面以及系統(tǒng)控制面得到分離控制。在通過SDN進行5G網(wǎng)絡(luò)控制的過程中，主要是通過獨立編程軟件對其網(wǎng)絡(luò)參數(shù)以及應(yīng)用程序進行設(shè)置，并根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)的實際邏輯控制需求來有效調(diào)整和控制其虛擬網(wǎng)絡(luò)，從而實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)資源的合理調(diào)配。在對其網(wǎng)絡(luò)智能功能進行設(shè)計的過程中，主要通過協(xié)議準(zhǔn)接口配合DPA協(xié)議統(tǒng)一分配的形式進行網(wǎng)絡(luò)性能的落實和調(diào)整。而通過NFV技術(shù)的應(yīng)用，則可以用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)中各項設(shè)備的良好連接，并通過大容量交換機與服務(wù)器等設(shè)備控制和傳輸移動通信數(shù)據(jù)[3]。這樣不僅可實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的高效、穩(wěn)定運行，同時也可以使其數(shù)據(jù)達(dá)到智能化的控制和管理效果。

3 SDN和NFV在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的主要應(yīng)用策略

3.1 以SDN與NFV為基礎(chǔ)進行5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的構(gòu)建

當(dāng)今，SDN及NFV技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了5G網(wǎng)絡(luò)中，并在其網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的構(gòu)建中發(fā)揮了顯著的優(yōu)勢。就目前來看，以SDN和NFV為基礎(chǔ)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)主要包括五個層次：一是應(yīng)用層，其主要功能是對網(wǎng)絡(luò)實施一系列的管理，包括移動管理、用戶管理、策略管理以及SON等。二是控制器層，其主要功能是通過控制器來實現(xiàn)5G移動通信網(wǎng)絡(luò)的虛擬化控制，包括無線控制器以及SDN控制器。三是轉(zhuǎn)發(fā)層，其主要功能是對5G網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)信息進行轉(zhuǎn)發(fā)，包括C-RAN、RRH、UDN、Macro Cell、Massive MIMO等[4]。四是無線層，其主要功能是通過5G技術(shù)對系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)進行傳輸。五是終端層，其主要功能是實現(xiàn)5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的信息獲取與展示，從而實現(xiàn)系統(tǒng)和用戶之間的良好交互，主要包括智能終端、傳感器、D2D、M2M、V2X等。圖2是以SDN和NFV為基礎(chǔ)建設(shè)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖。

圖2 以SDN和NFV為基礎(chǔ)建設(shè)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)示意圖

3.2 通過SDN和NFV進行5G網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元功能分解

傳統(tǒng)形式的移動通信網(wǎng)絡(luò)中的很多都處于無序狀態(tài)，且一些功能也存在重復(fù)、沖突等問題。基于此，在5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展中，就需要對其功能做好梳理與劃分。為達(dá)到這一目標(biāo)，就需要在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中對SDN及NFV技術(shù)加以合理應(yīng)用。在此過程中，一項關(guān)鍵內(nèi)容就是讓控制和轉(zhuǎn)發(fā)之間達(dá)到良好的分離效果，并實現(xiàn)軟件和硬件之間的科學(xué)解耦，為此，可在SDN控制器上將各種控制功能都集中到一起，將標(biāo)準(zhǔn)通用轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備用作轉(zhuǎn)發(fā)面，這樣便可在滿足轉(zhuǎn)發(fā)面實際應(yīng)用需求的同時進一步節(jié)約成本。借助于南向接口，可實現(xiàn)SDN控制器和轉(zhuǎn)發(fā)面之間的有效連接，控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面都可以分別達(dá)到擴容升級效果，這樣便可讓5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)更加靈活高效。

而通過軟件和硬件之間的解耦，可以讓網(wǎng)元設(shè)備中的各項功能劃分出專有的區(qū)域，以此達(dá)到良好的虛擬化效果。在具體設(shè)置中，此項功能可通過NFV技術(shù)實現(xiàn)，通過該技術(shù)與軟件的結(jié)合，可實現(xiàn)網(wǎng)元設(shè)備接口的標(biāo)準(zhǔn)化，并使其在以x86為基礎(chǔ)且性能足夠優(yōu)越的硬件平臺上良好運行[5]。因為通用設(shè)備的造價成本十分低廉，所以通過這樣的設(shè)計方式，可以讓運營商的投資成本得到大幅降低。

3.3 通過SDN和NFV進行5G網(wǎng)絡(luò)中的功能抽象

在分解了5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的各個網(wǎng)元功能之后，還需要對其共性進行科學(xué)提取，然后通過邏輯化的方式對其進行抽象概括與封裝處理，對不同的子功能模塊進行科學(xué)劃分，并實現(xiàn)各個模塊支架接口的標(biāo)準(zhǔn)化，這對于后續(xù)的功能重構(gòu)非常有利。相比較移動通信網(wǎng)絡(luò)中的原有功能而言，在分解之后，整體架構(gòu)中會具有更多的功能模塊，其協(xié)議與接口復(fù)雜度也可能會進一步提升。但是通過組件化、軟件化以及私有化的功能模塊創(chuàng)建，則可以讓運營商相應(yīng)的業(yè)務(wù)部署更加靈活、便利。

基于此，運營商需要通過SDN與NFV進行5G通信中的功能抽象。比如，在不同形式的接入系統(tǒng)中，其移動性管理依然有很多的共同特征存在，如果通過SDN及NFV技術(shù)對這些具有共同特征的網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備選擇、呼喚與跟蹤、合法偵聽、切換管理等功能進行重組，便可讓一個面向異構(gòu)接入系統(tǒng)的移動性融合流管理功能得以實現(xiàn)。這對于5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建設(shè)、應(yīng)用及其發(fā)展都將提供極大的便利。

3.4 通過SDN和NFV進行5G網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)

將SDN及NFV技術(shù)合理應(yīng)用到5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，對其開放接口中的各個功能子模塊加以靈活組合，便可讓網(wǎng)絡(luò)中的每一個功能、每一個組件都達(dá)到相對獨立的運行效果。同時也可以5G網(wǎng)絡(luò)未來的性能需求以及業(yè)務(wù)創(chuàng)新需求為依據(jù)，對其進行快速地開發(fā)與測試，并實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的靈活部署，以此來促進5G網(wǎng)絡(luò)中各項新功能的實現(xiàn)，如故障隔離、故障自愈、彈性伸縮、自動部署以及按需編排等。通過這樣的方式，可以讓5G網(wǎng)絡(luò)的功能重構(gòu)需求得以良好實現(xiàn)。

在通過SDN及NFV技術(shù)對5G網(wǎng)絡(luò)進行功能重構(gòu)的過程中，不應(yīng)該再使其被傳統(tǒng)的固定式、封閉式架構(gòu)所束縛，而是應(yīng)該將虛擬化技術(shù)作為基礎(chǔ)，對模塊化的功能組件與開放性的API接口加以合理應(yīng)用，并以實際的業(yè)務(wù)需求作為依據(jù)進行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的靈活組合。比如，可將某一類的業(yè)務(wù)、某一個用戶乃至于某一種業(yè)務(wù)中的數(shù)據(jù)流需求作為依據(jù)，通過SDN及NFV技術(shù)為其提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源以及網(wǎng)絡(luò)功能[6]。在此過程中，也應(yīng)該設(shè)法減少5G網(wǎng)絡(luò)中的各種功能冗余情況，對于一些已經(jīng)達(dá)到了生命周期的網(wǎng)絡(luò)功能，應(yīng)及時將其從5G網(wǎng)絡(luò)中剔除。通過這樣的方式，不僅可以實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)中的各項功能重構(gòu)，從而充分滿足當(dāng)今社會對于5G網(wǎng)絡(luò)的實際應(yīng)用需求，而且也能夠使其網(wǎng)絡(luò)資源得到最大化利用，從而節(jié)約現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)投資約。

4 結(jié)束語

綜上所述，在對5G網(wǎng)絡(luò)進行開發(fā)設(shè)計和優(yōu)化升級的過程中，SDN及NFV技術(shù)所具有的優(yōu)勢都十分顯著。因此，相關(guān)單位、研究者和技術(shù)人員應(yīng)高度注重SDN與NFV技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的應(yīng)用優(yōu)勢，結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的實際建設(shè)、應(yīng)用及發(fā)展需求，對SDN及NFV技術(shù)加以合理應(yīng)用，包括以SDN和NFV為基礎(chǔ)進行5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的構(gòu)建、通過SDN和NFV進行5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元功能分解、進行5G網(wǎng)絡(luò)中的功能抽象、進行5G網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)等。充分發(fā)揮SDN與NFV技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢，推動5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的良好應(yīng)用與發(fā)展?！?/p>