浅谈基于SDN的5G移动通信网络架构

陈柱

摘 要：本文对5G移动通讯系统、SDN和其相关技术进行简要概述，主要阐述了基于SDN的5G移动通讯网络架构中的云架构和多控制器架构。与此同时，本文还分析了基于SDN的5G移动通信网络架构存在的问题以及基于SDN的5G移动通信网络架构的未来发展趋势。

关键词：SDN；5G移动通信；网络架构

中图分类号：TN929.5 文献标识码：A 文章编号：1004-7344（2018）21-0327-02

1 引 言

伴随着社会经济和科技的迅速发展，人们对移动通讯网络的需求越来越大，要求也越来越高。4G移动通讯网络系统的覆盖范围之大体现了人们对移动通讯网络的需求。但是4G移动通讯网络系统逐渐不能满足人们更高的需求，因此5G移动通讯网络系统的研究显得极为重要与迫切。目前的5G移动通讯网络系统逐渐得到发展。基于SDN的5G移动通信网络架构的发展有足够的优势进入人类未来的生活。

2 SDN与5G移动通讯概述

2.1 SDN概述

软件定义网络（SDN）是Emulex网络的一种新型网络创新架构。它并不是一个具体的技术而是一种网络设计理念，它是网络虚拟化的一种实现方法。SDN规划了网络的各个组成部分（包括转发面、控制面、软件和硬件）及它们之间的关系，关系如图1所示。

网络设备的控制平面和数据面分开是通过其核心技术OpenFlow实现的，进而实现对网络流量的灵活控制，使网络更加智能化。SND技术主要包括了交互协议技术、网络控制器技术以及可擴展技术。

网络控制器技术应用程序广泛，它可以有效地发挥控制作用。网络控制器是基于SDN的5G移动通讯的网络构架中的一个核心部分。传输控制设备信息是通过它的大队集群技术完成的，与此同时，它还充分发挥SDN网络的集中管理的作用。

交互协议技术与技术优势相比更具有优势，这主要是由于SDN技术本身的优越性。对控制面板和数据之间的交互协议的研究是目前的主要研究，SDN网络架构涉及数据转发与控制平面的交互以及应用平面与控制平面与的交互。

可扩展技术在基于SDN的5G移动通讯的网络架构起到了积极的作用。在运用此项技术的时候可以实现负载平衡。主动流标安装方法和被动流标安装方法在很大程度上提升了交互性。任何事情在发展自身优势的同时都尽可能避在不足之处，在灵活的网络应用程序的应用中存在很多交叉存在的问题，控制器的重负荷就是其中一个，可扩展技术刚好解决这一问题，帮助避开不足。

实际上，针对5G移动通信技术支持的不同的应用场景，不同的应用场景之间在实质上是存在差异的，不同应用场景下用户业务指标也存在一定差异。因此，人们也越来越关注如何将目前的现有技术通过优化、提升转变为新型技术。

2.2 5G移动通讯

5G移动通讯即第五代移动通讯技术，5G网络的理论下行速度为10Gb/s（相当于下载速度1.25GB/s）。5G通过系列相关新技术可提供10Gbps、端到端1ms超低时延和1000亿海量链接。5G移动通讯的革命性技术包括全双工技术、MassiveMIM0技术以及超密集异构结构关键技术。5G采用0.1msTTI将时延降低到1ms，可变宽带子载波支持链接数1000亿以上，对应未来ICT行业巨大变化，实现万物互联。5G与4G和4.5G的对比如表1所示，展现出5G移动通讯的革新。

3 基于SDN的5G移动通讯网络构架

3.1 5G网络架构

5G新型网络架构涉及接入平面，控制平面和转发平面。接入平面指的是统一的多无限接入技术融合，无限资源调度与共享。控制平面包括将控制集中化、简单化，将服务差异化、开放化。转发平面则包括用户面下沉分布式网关，移动边缘内容与计算。

3.2 云架构

信息化进程的迅速发展使得云计算技术以及SDN也获得了巨大的发展机遇。最近几年云计算和SDN取得了突破性的进展，SDN和云计算技术已经有效地融入了开发和设计5G移动通信技术网络架构的过程中。这种构架通过将分组核心网络进一步高效简化来达到高效的管理网络。它主要由集中式本地云，访问云和分布式本地云组成。基于SDN的5G云架构网络组成包括AC、D-EPC和C-EPC等部分。

AC的基本组成包括控制器、路由器、接入点等。它可以自动发现设备并实时监控设备的当前状态。HSS和PCRF，策略控制，C-MME，C-IMS构成C-EPC。C-IMS对业务流进行控制，它也是多媒体的载体；PCRF及其组件主要执行战略控制决策；数据管理功能则是由HSS来提供；C-MME的用处是集中管理，管理对象具有跟踪区域列表和节点移动性。来自不同接入点的流量汇聚在数据中心，D-EPC云由局域疏导和L3路由器构成。在这个局域云中，通过D-MME实现管理功能，同时它们为使用者提供低时延连接。

3.3 多控制器架构

SDN技术可以实现集中和高效的控制，5G移动通信网络的覆盖范围可以进一步扩大，在综合考虑两者的优点和特点后，相关人员提出了基于SDN的5G多控制器体系结构。在5G多控制器网络架构设计中，基站充当控制器，虚拟切片信息资源是它的主要作用，然后优化这些虚拟切片网络资源的调度，使资源的传输更加高效。这种网络架构主要由云架构和网络传输组成。它可以实现不同容量之间的动态信息传输和接入，特别是在高频信息密集的地区。无线接入网络控制器有助于确保信息传输的稳定性，可以防范信息错乱。其中分层网络架构由两个支持RN网络和网络云的逻辑网络组成，具有更高级别的实用性。

考虑到未来移动通信网络对内容分发服务的大量需求，相关人员还提出了一种基于SDN的智能内容分发网络体系结构。该网络体系结构由服务的分配阶段和控制器两部分组成。

4 基于SDN的5G移动通信网络架构存在的问题

集中的网络架构和分布的网络架构的不同发展方向实际上是由于设备处理水平和业务发展的限制所导致的。集中还是分布的网络架构更好一直是一个存在争议的问题。谷歌的Andromeda项目使用集中控制来提供虚拟网络服务。它的组网结构如图2所示。谷歌的工程師表明他们相信通过明智地构建而不是分布式管理，可以构建一个本质上上更高效的系统。所以谷歌的GFS数据处理平台以及其他一些关键的服务系统都使用这样的网络架构。

无论5G网络架构采用集中式架构还是采用分布式架构，它都需要考虑到集中控制的程度或分布到什么程度，这都是5G架构设计中需要考虑的问题。除了集中或分布的网络架构问题，核心网和接入网的存在形式；协议定制和网络定制的选择等多个问题都是需要进一步考虑的。只有解决了这些问题，基于SDN的的5G移动通信网络架构才能得到更快的发展。

5 基于SDN的5G移动通信网络架构发展趋势

人们的生活在4G网络的广泛使用时发生了改变，5G移动通信网络时代正在悄悄到来，它即将进入人们的生活。5G移动通信技术的应用可以增加无线覆盖范围，确保网络系统的安全，提升传输速度以及改善消费者体验。然而，如果5G网络想要在4G的基础上取得全面进展，它们需要做出更大的努力去分析现存的通讯频率资源的问题以及其他问题，通过不断的改善不足来促进技术的成熟和全面发展。

6 小 结

软件定义网络（SDN）是Emulex网络的一种新型网络创新架构，5G移动通讯是第五代移动通讯技术。这两者的结合生成了基于SDN的5G移动通信网络。5G新型网络架构涉及接入平面，控制平面和转发平面。云架构与多控制器架构是基于SDN的5G移动通信网络架构的重要组成部分。虽然基于SDN的5G移动通信网络架构的技术处于领先地位，但是它仍然存在不足之处。基于SDN的5G移动通信网络在不断完善技术之后将会得到全面的发展。

参考文献

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收稿日期：2018-6-20