SDN与 NFV在 5G移动通信网络架构中的创新应用

SDN与 NFV在 5G移动通信网络架构中的创新应用

阮世瑶

广西华南通信股份有限公司 530007

【摘要】伴随5G技术的开发以及在当前越来越广泛的应用，软件定义网络和网络功能虚拟化得到越来越多人的关注，SDN与NFV的引入必然给5G网络架构带来不少好处，本文结合笔者多年的工作实践及研究成果探讨SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的创新应用。

【关键词】SDN;NFV;5G移动通信网络架构;创新应用

有研究显示，5G早在2017年时就已确定具体的标准，而在当前2020年投入商用领域，但迫于网络流量产生的巨大压力，5G在国际的发展也存在战略思维的思量，因此产业界正在平衡5G技术及其需求量之间的关系。伴随国际竞争的加剧，要在5G的竞争中赢得先机，不但需要政府的支持与推动，还要加大力度研发，巩固5G专利地位。相比于之前应用的4G系统，其核心已逐渐跳脱出多输入输出技术和正交频分复用技术，在核心层面技术上有了新的开拓，由此可见，5G的发展市场非常广阔，在竞争压力下也将有更多创新的发展机遇。

1.移动核心网络架构的现状及发展趋势

当前我国移动用户的总量大幅度提升，与此同时资源存在紧缺，增长需求增大，资源消耗量扩大等问题，5G网络急需不断优化，但同时频谱资源稀缺，空口技术频谱效率的提升空间也受到限制，这也一定程度影响5G系统的研发工作。移动通信系统从2G、3G逐渐演变为当前的LTE，技术上的革新无疑是重要的推动力。我国有专家学者认为5G最为关键的技术能力是实现100增速的巨量连接数和1000倍以上的增长流量，如果从运营需求的角度来分析，这样的改变也将耗费更多的能量与成本，产生运营压力，很难实现升级，另外，扩展性更差，难以有效利用所有资源优势，还将存在多网并存而引发的管理上的难题，影响客户的体验感。若再从业务员需求上来分析，网络服务的优化升级无疑需要更高的宽带和更低的时延，引入虚拟运营后还需有更细致的划分和灵活的策略达到有效控制的目的，这时也要引入第三方进行合作实现共同管理。

由此可见，网络性能虽然得到了提升，但流量却大幅度增加，客户的网络性能要求越来越高，网络适应性难以符合标准，各种缺点也将会暴露出来。比如移动网络体系的结构日趋复杂化，设备臃肿前提下性能得以提升的几率变小，网络设备增加后运营商升级就更困难，影响扩展性。应用当前的接入技术还无法真正实现无缝切换，而数据过于集中的问题直接影响资源配置的效率。5G移动通信网络架构中垂直封闭的网络体系与耦合私有网元架构也将使得流量、路由、传输性能这些存在更多不确定性因素，无法真正支持QoS，扩展性与安全性受到威胁，可管控的要求压力更大。所以对现有的网络必须进行改革，采用更有效的控制器控制全网络，此外还要借助虚拟化技术和软件定义网络技术发挥其优势，全面提高网络的效率，降低网络CAPEX/OPEX，确保移动网络高效性、扩容性和后续的运营，才能真正强化新业务拓展的能力。

2.应用SDN与NFV的优势分析

SDN是一种新型的网络创新架构，其具备有控制转发分离、控制集中化以及应用广泛定义下的软件接口等优势。应用SDN核心在于将网络设备控制面分离对应的数据，只需要保留网络硬件设备的转发功能，通过上层集中控制功能发挥，将网络应用与功能可编程化。应用开放且可编程的SDN技术进行操作，不但很好地应用高级软件替代了传统昂贵的设备，还能摆脱各种繁杂厂商设备应用要求上的束缚。在硬件标准化和网络虚拟化技术的支撑下，网络的开放性和可编程能力更强，操作上不需要对硬件进行升级来提高革新能力，于是对应的资本支出与运行维护成本也降低，这是运营商网络架构创新的重要契机。集中化控制能够获取全网统一的视图，确保网络流量得以更灵活地掌控，资源的分配也保持动态化，增强网络资源整体的使用效率，也缩短开发业务的周期，系统的创新之路难度降低。SDN的特点可有效定位未来网络，那么在通信领域和互联网中应用范围将更广。将其在互联网中应用，网络基本功能的实现也更为简单和高效，网络实现纵向的融合与利用，于是对应的接入速率将增长。

NFV是建立在运营商解决现有网络硬件复杂、笨拙基础上实现创新与拓展的概念，主要应用X86服务器、交换机和存储设备并结合虚拟化技术，将多种网元设备功能在软件的支持下实现，降低OPEX与CAPEX的基础上实现资源灵活共享和按需部署。当前的网络架构在SDN中作了重新定义，有助于控制面和用户面的解耦，真正将网络服务由专用硬件和位置紧耦合关系进行了分离。

3.目标网络构架创新应用

在SDN与NFV应用下，初步设计的5G移动通信网络架构思路如下：

首先是分解网元功能。当前我们应用的网络处于封闭无序的状态，还有部分功能冲突或重合的问题，因此首要工作在于重新梳理划分网络功能，通过控制和转发分离软硬件解耦来达到。控制与转发分离，其功能将集中于SDN控制器上，转发面采用标准通用转发设备，这样的优势较为显著，可以直接通过南向接口进行连接，对应的控制面与转发面都能扩容和升级，与原来的相比更灵活更高效。软硬件解耦后，网元设备的功能就将从硬件中进行分离，虚拟化得以实现。其他功能则需要通过软件来实现。

其次是网络功能抽象。分解现有各网元功能后，还要进行共性提取，进行逻辑抽象概括与封装，将不同子功能模块进行划分，实现各接口的标准化，于是功能重构。与现有的网络功能相比，进行分解后网络功能的模块增多，协议接口都会更为复杂，但各接口私有化与软件化的目标得以实现，便利性与灵活性也将大大提高。网络功能抽象是要实现网络组件化和模块化，通过开放的API接口衔接功能模块，再进行重新组织，那么新网元功能就以全网视图呈现。综合各个用户多样的业务需求考虑，业务数据流传输和处理也能更优化，全网资源的利用率将大大增加。比如将不同系统接入移动性管理后，所有的功能都能切换管理并进行跟踪充足，那么面向异构接入系统的融合管理功能就很好地实现了。当前互联网技术快速发展，越来越多的创新理念被提出，这需要硬件平台支撑，将API接口开放给客户。那么抽象网络功能开放API后，网络设计开发相比以往更多地面向客户进行操作，运营商也能从中获益，有助于克服受到众多网络设备影响而难以升级以及扩展性差的问题。

再者是网络功能重构。开放接口的功能子模块进一步灵活组合后，现有网络的功能组件独立且可以动态伸缩，结合未来新业务创新和更多功能的需求发展态势，该功能在测试上有助于更灵活地进行部署，新的功能再被发现。进入资源后不但可以共享，还能根据实际的业务需求进行编排、伸缩甚至隔离，这也证实网络功能重新进行划分和抽象的目标。电信网络从IT技术应用快速灵活性上吸收了优势，5G应用时其网络架构已不再为2G、3G和4G固定的模式，而是应用了虚拟化技术，根据实际业务需求灵活组合，快速重构。比如针对具体业务和用户需求提供网络资源与功能。模块的划分与重构是现今网络功能的展示，过去冗余的功能被缩减，如一些业务或功能没能达到生命周期，就会在循环下退市。有数据显示，现有电路交换机超过两千的功能使用率还不到1%，在模块化的应用下，运营商就能根据实际需求，在确保最低投资的基础上避免不必要的浪费和无效。

4.结束语

在当前5G移动通信网络技术更深入研究和广泛推广的趋势下，其对应的网络架构和网络传输容量也得到强化，广大网络用户不但能享受到更高质量的体验，其需求也将得以满足。就目前移动通信网络的发展来看待5G技术的应用，其出现必然给人们更便利地生活带来期待，具有非常重要的意义，在未来的发展也将成为流行化、受到大众欢迎和认可的技术之一。另外，人们在应用5G移动通信网络技术过程中，真正实现了控制和分离数据存储与传输的目标，这反映出网络设备的利用率在原有基础上得到大幅度的提升，还能大大延长网络设备的使用寿命，为今后更多技术的应用和功能的实现创造机会。

参考文献

[1]杨松朔,何海浪.基于SDN技术分析5G移动通信网络架构[J].科技风,2017,2(6)

[2]徐凌泽.基于SND的5G移动通信网络架构[J].通信电源技术,2017,11(1)

[3]张梅.SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的创新应用[J].浙江水利水电学院学报,2018,30(6)