淺談基于SDN的5G移動通信網絡架構

陳柱

摘 要：本文對5G移動通訊系統、SDN和其相關技術進行簡要概述，主要闡述了基于SDN的5G移動通訊網絡架構中的云架構和多控制器架構。與此同時，本文還分析了基于SDN的5G移動通信網絡架構存在的問題以及基于SDN的5G移動通信網絡架構的未來發展趨勢。

關鍵詞：SDN；5G移動通信；網絡架構

中圖分類號：TN929.5 文獻標識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0327-02

1 引 言

伴隨著社會經濟和科技的迅速發展，人們對移動通訊網絡的需求越來越大，要求也越來越高。4G移動通訊網絡系統的覆蓋范圍之大體現了人們對移動通訊網絡的需求。但是4G移動通訊網絡系統逐漸不能滿足人們更高的需求，因此5G移動通訊網絡系統的研究顯得極為重要與迫切。目前的5G移動通訊網絡系統逐漸得到發展。基于SDN的5G移動通信網絡架構的發展有足夠的優勢進入人類未來的生活。

2 SDN與5G移動通訊概述

2.1 SDN概述

軟件定義網絡（SDN）是Emulex網絡的一種新型網絡創新架構。它并不是一個具體的技術而是一種網絡設計理念，它是網絡虛擬化的一種實現方法。SDN規劃了網絡的各個組成部分（包括轉發面、控制面、軟件和硬件）及它們之間的關系，關系如圖1所示。

網絡設備的控制平面和數據面分開是通過其核心技術OpenFlow實現的，進而實現對網絡流量的靈活控制，使網絡更加智能化。SND技術主要包括了交互協議技術、網絡控制器技術以及可擴展技術。

網絡控制器技術應用程序廣泛，它可以有效地發揮控制作用。網絡控制器是基于SDN的5G移動通訊的網絡構架中的一個核心部分。傳輸控制設備信息是通過它的大隊集群技術完成的，與此同時，它還充分發揮SDN網絡的集中管理的作用。

交互協議技術與技術優勢相比更具有優勢，這主要是由于SDN技術本身的優越性。對控制面板和數據之間的交互協議的研究是目前的主要研究，SDN網絡架構涉及數據轉發與控制平面的交互以及應用平面與控制平面與的交互。

可擴展技術在基于SDN的5G移動通訊的網絡架構起到了積極的作用。在運用此項技術的時候可以實現負載平衡。主動流標安裝方法和被動流標安裝方法在很大程度上提升了交互性。任何事情在發展自身優勢的同時都盡可能避在不足之處，在靈活的網絡應用程序的應用中存在很多交叉存在的問題，控制器的重負荷就是其中一個，可擴展技術剛好解決這一問題，幫助避開不足。

實際上，針對5G移動通信技術支持的不同的應用場景，不同的應用場景之間在實質上是存在差異的，不同應用場景下用戶業務指標也存在一定差異。因此，人們也越來越關注如何將目前的現有技術通過優化、提升轉變為新型技術。

2.2 5G移動通訊

5G移動通訊即第五代移動通訊技術，5G網絡的理論下行速度為10Gb/s（相當于下載速度1.25GB/s）。5G通過系列相關新技術可提供10Gbps、端到端1ms超低時延和1000億海量鏈接。5G移動通訊的革命性技術包括全雙工技術、MassiveMIM0技術以及超密集異構結構關鍵技術。5G采用0.1msTTI將時延降低到1ms，可變寬帶子載波支持鏈接數1000億以上，對應未來ICT行業巨大變化，實現萬物互聯。5G與4G和4.5G的對比如表1所示，展現出5G移動通訊的革新。

3 基于SDN的5G移動通訊網絡構架

3.1 5G網絡架構

5G新型網絡架構涉及接入平面，控制平面和轉發平面。接入平面指的是統一的多無限接入技術融合，無限資源調度與共享。控制平面包括將控制集中化、簡單化，將服務差異化、開放化。轉發平面則包括用戶面下沉分布式網關，移動邊緣內容與計算。

3.2 云架構

信息化進程的迅速發展使得云計算技術以及SDN也獲得了巨大的發展機遇。最近幾年云計算和SDN取得了突破性的進展，SDN和云計算技術已經有效地融入了開發和設計5G移動通信技術網絡架構的過程中。這種構架通過將分組核心網絡進一步高效簡化來達到高效的管理網絡。它主要由集中式本地云，訪問云和分布式本地云組成。基于SDN的5G云架構網絡組成包括AC、D-EPC和C-EPC等部分。

AC的基本組成包括控制器、路由器、接入點等。它可以自動發現設備并實時監控設備的當前狀態。HSS和PCRF，策略控制，C-MME，C-IMS構成C-EPC。C-IMS對業務流進行控制，它也是多媒體的載體；PCRF及其組件主要執行戰略控制決策；數據管理功能則是由HSS來提供；C-MME的用處是集中管理，管理對象具有跟蹤區域列表和節點移動性。來自不同接入點的流量匯聚在數據中心，D-EPC云由局域疏導和L3路由器構成。在這個局域云中，通過D-MME實現管理功能，同時它們為使用者提供低時延連接。

3.3 多控制器架構

SDN技術可以實現集中和高效的控制，5G移動通信網絡的覆蓋范圍可以進一步擴大，在綜合考慮兩者的優點和特點后，相關人員提出了基于SDN的5G多控制器體系結構。在5G多控制器網絡架構設計中，基站充當控制器，虛擬切片信息資源是它的主要作用，然后優化這些虛擬切片網絡資源的調度，使資源的傳輸更加高效。這種網絡架構主要由云架構和網絡傳輸組成。它可以實現不同容量之間的動態信息傳輸和接入，特別是在高頻信息密集的地區。無線接入網絡控制器有助于確保信息傳輸的穩定性，可以防范信息錯亂。其中分層網絡架構由兩個支持RN網絡和網絡云的邏輯網絡組成，具有更高級別的實用性。

考慮到未來移動通信網絡對內容分發服務的大量需求，相關人員還提出了一種基于SDN的智能內容分發網絡體系結構。該網絡體系結構由服務的分配階段和控制器兩部分組成。

4 基于SDN的5G移動通信網絡架構存在的問題

集中的網絡架構和分布的網絡架構的不同發展方向實際上是由于設備處理水平和業務發展的限制所導致的。集中還是分布的網絡架構更好一直是一個存在爭議的問題。谷歌的Andromeda項目使用集中控制來提供虛擬網絡服務。它的組網結構如圖2所示。谷歌的工程師表明他們相信通過明智地構建而不是分布式管理，可以構建一個本質上上更高效的系統。所以谷歌的GFS數據處理平臺以及其他一些關鍵的服務系統都使用這樣的網絡架構。

無論5G網絡架構采用集中式架構還是采用分布式架構，它都需要考慮到集中控制的程度或分布到什么程度，這都是5G架構設計中需要考慮的問題。除了集中或分布的網絡架構問題，核心網和接入網的存在形式；協議定制和網絡定制的選擇等多個問題都是需要進一步考慮的。只有解決了這些問題，基于SDN的的5G移動通信網絡架構才能得到更快的發展。

5 基于SDN的5G移動通信網絡架構發展趨勢

人們的生活在4G網絡的廣泛使用時發生了改變，5G移動通信網絡時代正在悄悄到來，它即將進入人們的生活。5G移動通信技術的應用可以增加無線覆蓋范圍，確保網絡系統的安全，提升傳輸速度以及改善消費者體驗。然而，如果5G網絡想要在4G的基礎上取得全面進展，它們需要做出更大的努力去分析現存的通訊頻率資源的問題以及其他問題，通過不斷的改善不足來促進技術的成熟和全面發展。

6 小 結

軟件定義網絡（SDN）是Emulex網絡的一種新型網絡創新架構，5G移動通訊是第五代移動通訊技術。這兩者的結合生成了基于SDN的5G移動通信網絡。5G新型網絡架構涉及接入平面，控制平面和轉發平面。云架構與多控制器架構是基于SDN的5G移動通信網絡架構的重要組成部分。雖然基于SDN的5G移動通信網絡架構的技術處于領先地位，但是它仍然存在不足之處。基于SDN的5G移動通信網絡在不斷完善技術之后將會得到全面的發展。

參考文獻

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

[2]王胡成，徐 暉，程志密，等.5G網絡技術研究現狀和發展趨勢[J].電信科學，2015，31（9）：149～155.

[3]李 平，王 雪，于大吉.5G網絡演進方案及運營思路探討[J].郵電設計技術，2017（03）.

[4]鄒 瑩.基于SDR、SDN技術的5G網絡功能虛擬化技術[J].廣東通信技術，2016，36（7）：51～53.

[5]李 淼.SDN下的5G移動通信網絡架構設計.中國新通信，2017（06）.

收稿日期：2018-6-20