5G移動通信網絡架構中SDN與NFV技術的應用

劉晶晶

【摘 要】在當前的移動通信網絡之中，關鍵在于突破軟件定義網絡（SDN）和網絡功能虛擬化（NFV）的相關技術難題。在此之前，我們了解到如果在5G網絡架構中運用SDN和NFV技術，將產生很大程度上的便利；再者，對國際上SDN與NFV技術最前沿的研究狀況進行了闡述，對以SDN/NFV的網絡架構為基礎的設計理念進行了探究；最后，綜合各種因素對在SDN/NFV技術之上的5G網絡架構展開了試探性的探討，并且對其中技術上的重難點進行了剖析，提出了相應的解決方案，希望能夠為行業發展做出一定的貢獻。

【關鍵詞】軟件定義網絡；網絡功能虛擬化；5G網絡架構

一些市場研究機構經過調研得出這樣一個結論，第五代移動通信（以下簡稱為5G）網絡大概會在2017年左右把相關協議確立下來，實現商業化的時間暫定為2020年。然而，近年來互聯網流量消耗量不斷升高，市場方面需求緊迫，再加之第五代移動通信技術在未來戰略中占據著重要的位置，因此，市場上早已開始了對5G網絡技術的研究，5G網絡的需求正變得越來越迫切。

在國內市場，部分企業和組織也順應時代的發展，接連開啟了對5G網絡的技術攻關。國際上更是如此，各國電信運營商爭相提出自己的5G設想，并且都在對自己的方案進行技術論證。顯然，不管是國外還是國內，無論是運營商還是設備商，都開始了對5G技術研究的漫漫長路。各組織之間的較量對達成行業內的技術共識是十分重要的，對于行業巨頭來說，這是獲取專利搶占技術高地，決勝未來的關鍵時期。現在的5G技術，還沒有在關鍵領域達成技術共識。也正因如此，移動通信領域將迎來巨大的變革，這也將帶來前所未有的機遇和挑戰。

一、將SDN和NFV引入5G網絡架構所帶來的好處

SDN嚴格來說是一種網絡創新架構，它有一些明顯的特點：

1）控制部分與轉發部分是隔離開的；

2）控制集中化；

3）用到的軟件接口都是被廣泛定義的。

核心要點在于，把控制面與數據面隔開，轉發的功能僅由硬件設備的下層實現，其上層則分離，用于集中實現控制，從而實現網絡應用與功能的可編程性。在集中化的控制系統中，可以掌握所有用戶的網絡使用情況，進而在全局上對網絡流量進行宏觀調控，合理配制網絡資源，提高對資源的利用率。

在未來的網絡中可以科學合理的利用SDN的這些優勢，使其可以在網絡通信行業大展拳腳。正是由于SDN技術的合理運用，才使得移動網絡的基本功能得到更加有效地發揮，這也使其縱向融合變成現實，簡化網絡的同時可以適應逐漸增長的接入速率。追根溯源，SDN首創于斯坦福大學，而NFV的概念則來源于運營商聯盟，他們的目的在于處理硬件設施笨重、傳統與難以拓展等問題的同時，可以更好地使用現有的網絡，使得投資利益最大化。

在不久前發布的NFV白皮書中可以了解到，他們對于SDN與NFV的關系是這樣定義的：首先，這兩者有著一種互補關系，他們是可以實現融合的，不過兩者并沒有依賴關系，換句話說，也就是NFV可以實現獨立的布置，而不用考慮SDN的影響。但是兩者是存在互補性的，其主要表現在SDN能使NFV具有更大的兼容性和操作簡便的特點，反過來，NFV的虛擬化等技術則可以提升SDN的靈活性。

二、目標網絡架構初探

就目前市場現狀來看，阿朗及中國的華為、中興等信息通訊公司、各大主要研究機構與論壇等爭相提出自己設想的5G白皮書，這些白皮書分別承載了各大公司對5G網絡時代的展望，對市場供需關系的理解。當今世界的5G網絡架構并不成熟，幾乎所有構想都處于剛剛提出，正在進行技術認證的階段。

在SDN與NFV等基礎思想的指導下，設計的5G移動通信網絡架構主要有以下三種設計思路：

（1）對網元功能采用劃分處理，當前的網絡有著封閉且無序的特點，甚至部分功能存在相互沖突的情況，這就需要重新定義網絡功能，進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發端進行分離，以及實現軟件與硬件的解耦。通過分離可以實現將控制功能全部置于SDN控制器之上的目的，在轉發面使用合適的轉發設備，一般都是標準件，其優勢在于成本低廉，他們在同一接口實現連接。在控制面和轉發面上均可以實現擴容或升級功能，這就使得設備愈發便捷高效。

（2）網絡功能抽象

在對各部分網元功能進行分開處理之后，還需要做共性提取的工作，經過一定規律的封裝，將具有不同功能的模塊分離出來，對各模塊之間使用的連接口均采用標準件。對比于未劃分之前的網絡功能，經過分解的網絡功能模塊將變得越來越多，這就將使得接口和協議變得極為復雜。

經過抽象處理實現網絡功能的模塊化，在各功能模塊之間使用API接口，使得他們更加具有開放性，在相關標準的基礎上對其進行重組，讓重組后的網元功能具有全網視圖，同時盡量滿足用戶的需求，為客戶帶來最佳的業務數據流傳送與整合方法，進而實現網絡資源的合理利用，強化互聯網的服務能力。

當今的互聯網技術發展日新月異，基于互聯網行業的創新實踐多如牛毛，這一切的一切都與其使用公共硬件平臺，讓客戶使用開放的API接口，簡化民眾創新環節，減少創新要求有著極為重要的聯系。故而，將API公布給開發者，使其隨意使用，互聯網的設計與開發突破傳統的只針對運營商，轉變為面向更為廣大的用戶群體，讓運營商有著更加靈便的網絡能力，進而解決已有的因硬件問題而引發的升級困難、擴展性差等缺點。

（3）網絡功能重構

將已經開放接口的各功能子模塊分選出來，按照一定的需求進行組合使用，這樣一來不但可以擁有基礎的現有網絡的基本功能，更重要的是可以讓各組件相互獨立，甚至實現動態性的伸縮，與此同時，可以結合未來的發展趨勢進行快速研發、調試和合理布置，體現全新的功能。因此，在這個基礎之上網絡資源就能夠實現共享，而且還能在實際業務的要求下進行按需編排和故障隔離等。這其實也就是進行重新劃分并抽象的目的所在。

眾所周知，IT技術具有靈活快速的優點，這一點也被電信網絡所學習，在即將到來的5G時代，其網絡架構將不可能是以往的固定、封閉的架構，取而代之的將是一個全新的依托于虛擬化技術的構架。對現有的模塊進行劃分及重組之后，不但可以實現最為基本的現有的網絡功能，而且更重要的是可以減持冗余。舉例說明，比如一些模塊的功能或業務已然超過了使用壽命，而且也達到了退出市場的條件。但實際真的如此嗎？根據測算其現有電路交換機的兩千余個功能使用率甚至不超過百分之一，在模塊化的基礎之上，運營商就能夠根據自己的實際需求進行選擇，在最大限度利用投資資源的同時做到省去無用花費的目標。

三、結束語

文章在SDN和NFV技術的基礎上，實現現有網絡的解耦、抽象和重構，提出了一些創造性的使用設想，比如控制面與轉發面實現分離、控制集中化、可編程的未來移動通信網絡架構，并對未來移動通信的網絡架構采取了試探性的摸索。經過總結分析可以知道，基于SDN和NFV的新型網絡架構，不但能解決傳統架構固有的一些缺點，還能夠滿足未來不斷增多的新業務對網絡可編程和快速響應的要求。

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