基于SDN技術分析5G移動通信網絡架構

楊松朔 何海浪

摘 要：針對以SDN技術為基礎的5G通信網絡，先介紹了云架構與多控制架構的特點與不足，在此基礎上，從實現更多業務要求出發，指出了5G通信網絡的未來發展方向及SDN技術等關鍵組成的改進途徑。

關鍵詞：5G通信網絡；網絡架構；SDN技術；現狀與發展

歷經近四十年跳躍式發展，移動通信已變成促進國民經濟建設、發展，提高社會整體信息化、數字化水平的核心動力。5G通信網絡是指在4G基礎上，通過對關鍵技術與網絡架構的有效改進，大幅提升通信容量及數據傳輸速率，它作為異構融合網絡系統，各項功能的實現離不開SDN、NFV、云計算等關鍵技術。

1 SDN 5G通信網絡架構現狀

1.1 云架構

在SDN（Software Defined Network，軟件定義網絡）、NFV（Network Function Virtualization，網絡功能虛擬化）及云計算（Cloud Computing）等飛速發展的推動下，將SDN與云計算用于5G通信網絡得到了業界學者高度重視。比如，提出了以SDN和云計算為基礎的以太網5G網絡架構，降低演進EPC復雜程度，提升運行效率，實現可擴展性的網絡管理。這一網絡主要由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、控制器和本地疏導等構成。其中，接入點借助無線端口向交換機傳輸以太網幀；控制器對PEPs的APs與交換機實施集中式管理；本地疏導對用戶業務數據通過相應的拜訪網絡傳輸至目標地點，無需使用歸屬網絡即可完成轉發，能為用戶提供最佳體驗，并且還能節約電信運營商的貸款，便于成本控制；接入路由器則當做網關連接接入點與5G網絡其余部分[ 1 ]。

來源于不同接入點的業務流量匯集在由數據中心、L3路由器與局域疏導構成的D-EPC云。在該局域云當中，L3路由器是網關組成，負責執行各項管理功能。局域疏導可為用戶提供低時延連接互聯網的功能；D-MME采用分布式的方法實現各項管理功能；時延業務借助D-IMS系統在數據分析平臺的分布式處理可以完成低時延的IP網絡接入承載。

C-EPC由C-MME、C-IMS、策略控制、PCRF與HSS等構成。在這些部分中，C-MME作用在于進行集中式管理，管理對象有跟蹤區域列表、節點移動等；C-IMS具有QoS控制、業務流量控制及多媒體承載等功能；PCRF及其組件主要完成負責策略控制決策；HSS是提供數據管理功能的組件。

1.2 多控制器架構

充分考慮5G網絡對應的廣域覆蓋、多蜂窩異構融合及多網特性的可操作性，對此相關人員提出分層網絡架構。比如，將網絡云與無線網絡為兩大組成部分的網絡架構，借助該網絡架構，可實現對蜂窩異構的良好融合，適應MIMO系統應用要求。

該網絡架構包含兩層邏輯網絡，支持RN網絡及具有更高層實際作用的網絡云。架構特征有：在網絡云方面，將SDN與NFV為基礎可以實現功能擴展及動態部署；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議棧；充分使用分離架構可為RN覆蓋提供充足容量；合理應用嵌套技術，并結合現有的中繼技術，為不同設備、熱點與業務提供良好支持；可推動網絡結構的優化與簡化，并在最短時間內進行業務布控[ 2 ]。

考慮到移動通信網絡將來大量的內容分發業務要求，還提出了一套將SDN為基礎的智能化內容分發網絡架構。此網絡架構由兩大部分構成，分別為業務的分發階段和控制器。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的狀態數據，再進行數據分析確定是否有必要進行路由更新，或調用信令重定向客戶至具有更高網絡性能的內容分別分發節點，進而實現具有一定自適應特征的動態化、流化控制，提升服務品質。

2 SDN 5G通信網絡架構發展

現有的5G通信網絡架構偏重于設計、功能界定、業務的支撐能力與流程描述等方面，而且還有很多網絡架構是局限于某些用戶的，所分析的終端特性與應用環境十分簡單，只可以對現有固定的功能集合提供支持，性能優化也被限制在某個特定的環境。在異構融合網絡當中，怎樣分析不同場景復雜程度、各種蜂窩與接入技術自身異構性，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作進行優化設計，給出更具開放性、通用性和高效性的網絡架構設計方案，是未來SDN 5G通信網絡架構發展主要方向。

在5G通信網絡架構設計過程中應用SDN還要充分考慮技術的標準化與兼容性。SDN在當前是一項十分新穎的技術，其指標與應用還不夠成熟，很多標準尚處在研究階段。此外，5G通信網絡還具有極高的網絡復雜性與終端多樣性，能提供的業務也極具特點，這對網絡架構，尤其是占據核心技術地位的SDN提出了巨大的挑戰。所以，怎樣在網絡架構的設計過程中，對技術兼容與標準化問題進行充分考慮是亟需得到解決的重要問題。

另外，SDN核心控制器對應的管理機制可在逐步提高網絡傳輸效率的同時，出現更多的可擴展性問題，而5G通信網絡以期獨特的性質，在廣域范圍內提供覆蓋或支持大規模業務流量是整個系統的關鍵要素。基于以上要求，以SDN為基礎的5G通信網絡必須處理好SDN自身可擴展性問題，從而實現在廣域范圍或大規模業務要求條件下的系統性能保障[ 3 ]。對于這一重點問題，可將現有的研究成果為依據，考慮5G通信網絡在局域分布控制融合、管理復雜程度、全局集中控制等要求中進行折中，從而在穩定、高效與靈活傳輸業務的同時，提高網絡自身可擴展性，為解決以上發展問題指明方向。

3 結語

在5G通信網絡中引入SDN技術已在業界達成共識，在明確這一基本要求的前提下，對云架構、分層架構進行了分析總結，并提出其中存在的不足，為未來發展提供指導。此外，還提出了后續研究應重視業務特性、網絡設計與終端設計的觀點，認為技術兼容性及網絡的可擴展性是滿足日益增長的業務需求的重要前提。因此，需要在認清現狀與要求的基礎上，找到突破點，采取必要措施，早日實現廣域和大規模業務的需求。

參考文獻：

[1] 趙明宇，嚴學強.SDN和NFV在5G移動通信網絡架構中的應用研究[J].移動通信，2015，10（14）：64-68.

[2] 柴蓉，胡恂，李海鵬，蔣桂香.基于SDN的5G移動通信網絡架構[J].重慶郵電大學學報（自然科學版），2015，11（05）：569-576.

[3] 張臻.基于SDN的5G移動通信網絡架構分析[J].電信快報，2016，12（08）：24-26.

作者簡介：楊松朔（1994-），男，天津人，邵陽學院信息工程系通信工程專業學生。