基于 SDN 的 5G 移动通信网络架构

李国栋

天元瑞信通信技术股份有限公司，陕西 西安 710075

【摘 要】：为了满足用户实际需求，移动通信逐步向5G方向演变，本文首先对5G网络进行了探讨，其次对SDN的网络架构、在SDN基础上的5G云架构以和5G多控制器进行了阐述。

【关键词】：5G移动通信、5G云架构、多控制器架构

1 前言

第五代移动通信技术（5th Generation Mobile Communication Technology,简称5G）是具有高速率、低时延和大连接特点的新一代宽带移动通信技术，是实现人机物互联的网络基础设施。

2 5G 移动通信系统概述

国际电信联盟(itu)定义了3种5 g 应用场景: 增强移动宽带(embb)、超高可靠的低延迟通信(urllc)和大规模机器通信(mmtc)。增强的移动宽带主要针对移动互联网流量的爆炸性增长，为移动互联网用户提供更极端的应用体验；超高可靠性和低延迟通信(urllc)主要应用于垂直工业，如工业控制、远程医疗、自动驾驶等。大规模机器通信(mmtc)主要用于智能城市、智能家居、环境监测等应用领域，以传感器和数据采集为目标。为了满足5g 多样化应用场景的需求，5g 的关键性能指标更加多样化。ITU定义了5G八大关键性能指标，其中高速率、低时延、大连接成为5G最突出的特征，用户体验速率达1Gbps，时延低至1ms，用户连接能力达100万连接/平方公里。

3 SDN概述

3.1 SDN 简介

2006年，一个由斯坦福大学教授领导的团队提出了 openflow 的概念，它基于开放流技术来实现网络的可编程性(open flow 只是一个实现 sdn 的协议)。Sdn 的定义是控制与转发分离，管理与控制分离只是满足 sdn 的一种手段，open flow 只是满足 sdn 的一种协议，是 emulex 网络的一种新的网络创新体系结构，是一种实现网络虚拟化的方式，负责控制面和数据面的分离，整合网络控制面。

3.2 SDN网络架构

Sdn 是传统网络体系结构的重构，从原有的分布式控制网络体系结构到集中式控制网络体系结构。

Sdn 应用程序层主要是反映用户意图的各种顶级应用程序。这样的应用程序被称为协作层。

Sdn 控制层是系统的控制中心，主要负责生成网络边界业务路由和内部交换路径，处理网络状态变化事件。

Sdn 转发层由连接器和转发器组成，负责转发数据，转发控制层生成的表项为转发过程提供必要的文件。

接口: 北部接口是控制层和应用层之间的接口。应用层通过控制开放 api 来控制设备转发功能。南向接口是数据层和控制层之间的接口，控制器通过 openflow 或其他协议分配流量表。

4 在SDN基础上的 5G 网络架构

4.1 基于SDN 5G 云架构

随着 sdn、 nfv 和云计算等新技术的发展，sdn 和云计算技术被集成到5g 移动通信网络体系结构中。基于 sdn 和云计算的5g 无线网络体系结构降低了核心网络的复杂性，实现了高效、可扩展的网络管理。该架构主要是由接入云、分布式的核心局域云以及集中式的核心本地云组成。

2015年，中国 imt-20205g 推进集团发布了《5g 网络技术体系白皮书》 ，提出了基于 sdn 的5g 网络云体系结构。此架构由无线接入云、转发云以及控制云3部分组成，其中，接入云支持包括Wi-Fi，LTE 和Mesh 网络等多种无线方式的接入，控制云在逻辑上实现集中控制网络功能，且支持开放网络能力，极大的提升了业务部署的效率，满足业务差异化需求，转发云是基于控制云的资源统一调度和控制下，来实现高可靠和低时延业务数据流。

4.2 基于SDN 5G 多控制器

由网络云和无线网络组成的两层5G 网络架构，已实现蜂窝异构融合，支持大规模多进多出系统、控制平面/用户平面分离、NFV 和SDN。此架构内包括三个平面，分别为高层控制平面、中层监管平面和底层控制平面组成，其中底层控制具体负责控制各自小区；中层负责全部小区状态的监管，然后向高层传送虚拟区域的视图; 上层通过虚拟网络区域视图获取网络状态，并向控制应用程序提供控制算法。

5 结论

基于5g 通信系统的应用场景和 sdn 网络体系结构，描述了基于 sdn 的5g 云体系结构和基于 sdn 的5g 分层体系结构，指出今后的研究应充分考虑5g 移动通信系统的 sdn 特点和网络、终端及业务特点，优化开放、通用、高效的5g 网络体系结构的设计。

参考文献

[1] IMT- 2020(5G) 推进组. 5G 愿景与需求白皮书[R/OL].(2014- 05- 28) [2016- 06- 22]

[2] IMT-2020(5G)推进组. 5G 网络技术架构白皮书[R/OL].（2015- 05- 28）[2016- 06- 22].

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