基于SDN技术分析5G移动通信网络架构

杨松朔 何海浪

摘 要：针对以SDN技术为基础的5G通信网络，先介绍了云架构与多控制架构的特点与不足，在此基础上，从实现更多业务要求出发，指出了5G通信网络的未来发展方向及SDN技术等关键组成的改进途径。

关键词：5G通信网络；网络架构；SDN技术；现状与发展

历经近四十年跳跃式发展，移动通信已变成促进国民经济建设、发展，提高社会整体信息化、数字化水平的核心动力。5G通信网络是指在4G基础上，通过对关键技术与网络架构的有效改进，大幅提升通信容量及数据传输速率，它作为异构融合网络系统，各项功能的实现离不开SDN、NFV、云计算等关键技术。

1 SDN 5G通信网络架构现状

1.1 云架构

在SDN（Software Defined Network，软件定义网络）、NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）及云计算（Cloud Computing）等飞速发展的推动下，将SDN与云计算用于5G通信网络得到了业界学者高度重视。比如，提出了以SDN和云计算为基础的以太网5G网络架构，降低演进EPC复杂程度，提升运行效率，实现可扩展性的网络管理。这一网络主要由AC、D-EPC和C-EPC等部分组成，不同组成部分具有各自的功能：

AC主要由接入点、交换机、路由器、控制器和本地疏导等构成。其中，接入点借助无线端口向交换机传输以太网帧；控制器对PEPs的APs与交换机实施集中式管理；本地疏导对用户业务数据通过相应的拜访网络传输至目标地点，无需使用归属网络即可完成转发，能为用户提供最佳体验，并且还能节约电信运营商的贷款，便于成本控制；接入路由器则当做网关连接接入点与5G网络其余部分[ 1 ]。

来源于不同接入点的业务流量汇集在由数据中心、L3路由器与局域疏导构成的D-EPC云。在该局域云当中，L3路由器是网关组成，负责执行各项管理功能。局域疏导可为用户提供低时延连接互联网的功能；D-MME采用分布式的方法实现各项管理功能；时延业务借助D-IMS系统在数据分析平台的分布式处理可以完成低时延的IP网络接入承载。

C-EPC由C-MME、C-IMS、策略控制、PCRF与HSS等构成。在这些部分中，C-MME作用在于进行集中式管理，管理对象有跟踪区域列表、节点移动等；C-IMS具有QoS控制、业务流量控制及多媒体承载等功能；PCRF及其组件主要完成负责策略控制决策；HSS是提供数据管理功能的组件。

1.2 多控制器架构

充分考虑5G网络对应的广域覆盖、多蜂窝异构融合及多网特性的可操作性，对此相关人员提出分层网络架构。比如，将网络云与无线网络为两大组成部分的网络架构，借助该网络架构，可实现对蜂窝异构的良好融合，适应MIMO系统应用要求。

该网络架构包含两层逻辑网络，支持RN网络及具有更高层实际作用的网络云。架构特征有：在网络云方面，将SDN与NFV为基础可以实现功能扩展及动态部署；借助于冗余的消除功能和AS、NAS之间的集成可获取最简形式的协议栈；充分使用分离架构可为RN覆盖提供充足容量；合理应用嵌套技术，并结合现有的中继技术，为不同设备、热点与业务提供良好支持；可推动网络结构的优化与简化，并在最短时间内进行业务布控[ 2 ]。

考虑到移动通信网络将来大量的内容分发业务要求，还提出了一套将SDN为基础的智能化内容分发网络架构。此网络架构由两大部分构成，分别为业务的分发阶段和控制器。通过对来源于路由器上的信息进行接收，核心控制器能够获取相应的状态数据，再进行数据分析确定是否有必要进行路由更新，或调用信令重定向客户至具有更高网络性能的内容分别分发节点，进而实现具有一定自适应特征的动态化、流化控制，提升服务品质。

2 SDN 5G通信网络架构发展

现有的5G通信网络架构偏重于设计、功能界定、业务的支撑能力与流程描述等方面，而且还有很多网络架构是局限于某些用户的，所分析的终端特性与应用环境十分简单，只可以对现有固定的功能集合提供支持，性能优化也被限制在某个特定的环境。在异构融合网络当中，怎样分析不同场景复杂程度、各种蜂窝与接入技术自身异构性，对SDN控制器的集中管理、用户终端自主分布管理之间的良好协作进行优化设计，给出更具开放性、通用性和高效性的网络架构设计方案，是未来SDN 5G通信网络架构发展主要方向。

在5G通信网络架构设计过程中应用SDN还要充分考虑技术的标准化与兼容性。SDN在当前是一项十分新颖的技术，其指标与应用还不够成熟，很多标准尚处在研究阶段。此外，5G通信网络还具有极高的网络复杂性与终端多样性，能提供的业务也极具特点，这对网络架构，尤其是占据核心技术地位的SDN提出了巨大的挑战。所以，怎样在网络架构的设计过程中，对技术兼容与标准化问题进行充分考虑是亟需得到解决的重要问题。

另外，SDN核心控制器对应的管理机制可在逐步提高网络传输效率的同时，出现更多的可扩展性问题，而5G通信网络以期独特的性质，在广域范围内提供覆盖或支持大规模业务流量是整个系统的关键要素。基于以上要求，以SDN为基础的5G通信网络必须处理好SDN自身可扩展性问题，从而实现在广域范围或大规模业务要求条件下的系统性能保障[ 3 ]。对于这一重点问题，可将现有的研究成果为依据，考虑5G通信网络在局域分布控制融合、管理复杂程度、全局集中控制等要求中进行折中，从而在稳定、高效与灵活传输业务的同时，提高网络自身可扩展性，为解决以上发展问题指明方向。

3 结语

在5G通信网络中引入SDN技术已在业界达成共识，在明确这一基本要求的前提下，对云架构、分层架构进行了分析总结，并提出其中存在的不足，为未来发展提供指导。此外，还提出了后续研究应重视业务特性、网络设计与终端设计的观点，认为技术兼容性及网络的可扩展性是满足日益增长的业务需求的重要前提。因此，需要在认清现状与要求的基础上，找到突破点，采取必要措施，早日实现广域和大规模业务的需求。

参考文献：

[1] 赵明宇，嚴学强.SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的应用研究[J].移动通信，2015，10（14）：64-68.

[2] 柴蓉，胡恂，李海鹏，蒋桂香.基于SDN的5G移动通信网络架构[J].重庆邮电大学学报（自然科学版），2015，11（05）：569-576.

[3] 张臻.基于SDN的5G移动通信网络架构分析[J].电信快报，2016，12（08）：24-26.

作者简介：杨松朔（1994-），男，天津人，邵阳学院信息工程系通信工程专业学生。