5G网络架构中SDN和NFV的应用策略

支敏慧，元 鑫，张华伟

（中移（苏州）软件技术有限公司，江苏 苏州 215600）

1 SDN和NFV技术概述

1.1 SDN技术概述

SDN又叫作软件定义网络，它属于转型网络的一种，通过SDN的应用，可以让网络管理更加简单、应用部署更加快捷，同时也可以实现网络的自动化。借助于SDN，用户可在云服务中进行各种所需资源的选择和功能应用，以此来实现网络、储存以及计算机等资源的智能化控制和利用，使其达到最佳配置，并实现更具直观性的服务部署。图1为SDN技术应用中的整体网络结构示意图。

图1 SDN技术应用中的整体网络结构示意图

1.2 NFV技术概述

NFV又叫作网络虚拟化，其主要功能是以网络优势为依托，实现通信商服务的有效简化。借助于互联网中的自动系列处理器，实现压缩负荷、加密、虚拟化硬件加速以及多核计算性能的集成，再借助以太网接口，便可对一个软件定义框架进行设计，并确保其坚实可靠[1]。在当今的网络信息领域中，借助NFV可实现虚拟环境的良好创建，从而确保虚拟机的可靠运行。

2 SDN和NFV在5G网络架构中的主要应用优势

2.1 实现5G网络业务开发效率的提升

将SDN及NFV技术应用到5G网络架构中，借助其开放性特征，可对高级软件设备和硬件设备进行高效部署，以此来实现5G网络建设成本的进一步降低。在具体部署中，借助于SDN与NFV技术，可让5G移动通信网络达到良好的虚拟化效果，并采用编程开发的形式对通信目标相同的网络硬件进行组合，从而为新的5G业务开发以及软件革新等工作提供足够便利。同时，通过SDN与NFV技术的合理应用，也可以让5G网络软件达到集中化管理的效果，使其管理效率得以显著提升。另外，通过SDN与NFV，能够控制5G网络中的全网流量，充分满足其数据传输过程中的带宽需求，从而实现5G网络资源的高效、便捷、灵活调用，使其利用效率显著提升[2]。在这样的情况下，5G网络中的各项业务开发也将会具有更高的效率。比如，在配置5G网络通道中的承载参数时，为保障其通信效率，就需要对其通信隧道中的传输参数进行合理设置。表1为基于SDN与NFV的5G隧道传输配置要求。

表1 基于SDN与NFV的5G通信隧道传输配置要求

2.2 在5G网络架构中达到良好的互补效果

借助SDN的编程功能，可对5G网络中的软件进行合理控制，而借助NFV技术，则可以对其硬件进行合理控制。由此可见，在5G网络中，SDN和NFV技术可以达到良好的互补效果，从而让网络通信在具有独立性的同时，实现软硬件之间的功能融合。在对这两种技术进行联合应用时，可让传统形式的移动通信网络在专用位置和通信硬件中被分离出来，从而实现其通信效率的显著提升。比如，在对5G网络中的云数据进行统计时，借助于NFV技术便可对负载均衡器、防火墙以及路由器等设备进行良好控制；然后再以此为基础，借助SDN技术实现系统软件的进一步优化与升级。通过这样的方式，优化5G移动通信网络中的服务器架构。

2.3 实现5G网络功能的全面编程

将SDN与NFV技术合理应用到5G网络架构中，可使其设备参数数据面以及系统控制面得到分离控制。在通过SDN进行5G网络控制的过程中，主要是通过独立编程软件对其网络参数以及应用程序进行设置，并根据5G网络的实际逻辑控制需求来有效调整和控制其虚拟网络，从而实现5G网络资源的合理调配。在对其网络智能功能进行设计的过程中，主要通过协议准接口配合DPA协议统一分配的形式进行网络性能的落实和调整。而通过NFV技术的应用，则可以用虚拟化技术实现5G网络中各项设备的良好连接，并通过大容量交换机与服务器等设备控制和传输移动通信数据[3]。这样不仅可实现5G网络的高效、稳定运行，同时也可以使其数据达到智能化的控制和管理效果。

3 SDN和NFV在5G网络架构中的主要应用策略

3.1 以SDN与NFV为基础进行5G网络架构的构建

当今，SDN及NFV技术已经被广泛应用到了5G网络中，并在其网络架构的构建中发挥了显著的优势。就目前来看，以SDN和NFV为基础的5G网络架构主要包括五个层次：一是应用层，其主要功能是对网络实施一系列的管理，包括移动管理、用户管理、策略管理以及SON等。二是控制器层，其主要功能是通过控制器来实现5G移动通信网络的虚拟化控制，包括无线控制器以及SDN控制器。三是转发层，其主要功能是对5G网络中的数据信息进行转发，包括C-RAN、RRH、UDN、Macro Cell、Massive MIMO等[4]。四是无线层，其主要功能是通过5G技术对系统中的数据进行传输。五是终端层，其主要功能是实现5G移动通信网络中的信息获取与展示，从而实现系统和用户之间的良好交互，主要包括智能终端、传感器、D2D、M2M、V2X等。图2是以SDN和NFV为基础建设的5G网络架构示意图。

图2 以SDN和NFV为基础建设的5G网络架构示意图

3.2 通过SDN和NFV进行5G网络中的网元功能分解

传统形式的移动通信网络中的很多都处于无序状态，且一些功能也存在重复、冲突等问题。基于此，在5G网络的建设和发展中，就需要对其功能做好梳理与划分。为达到这一目标，就需要在5G网络架构中对SDN及NFV技术加以合理应用。在此过程中，一项关键内容就是让控制和转发之间达到良好的分离效果，并实现软件和硬件之间的科学解耦，为此，可在SDN控制器上将各种控制功能都集中到一起，将标准通用转发设备用作转发面，这样便可在满足转发面实际应用需求的同时进一步节约成本。借助于南向接口，可实现SDN控制器和转发面之间的有效连接，控制面与转发面都可以分别达到扩容升级效果，这样便可让5G网络架构更加灵活高效。

而通过软件和硬件之间的解耦，可以让网元设备中的各项功能划分出专有的区域，以此达到良好的虚拟化效果。在具体设置中，此项功能可通过NFV技术实现，通过该技术与软件的结合，可实现网元设备接口的标准化，并使其在以x86为基础且性能足够优越的硬件平台上良好运行[5]。因为通用设备的造价成本十分低廉，所以通过这样的设计方式，可以让运营商的投资成本得到大幅降低。

3.3 通过SDN和NFV进行5G网络中的功能抽象

在分解了5G网络架构中的各个网元功能之后，还需要对其共性进行科学提取，然后通过逻辑化的方式对其进行抽象概括与封装处理，对不同的子功能模块进行科学划分，并实现各个模块支架接口的标准化，这对于后续的功能重构非常有利。相比较移动通信网络中的原有功能而言，在分解之后，整体架构中会具有更多的功能模块，其协议与接口复杂度也可能会进一步提升。但是通过组件化、软件化以及私有化的功能模块创建，则可以让运营商相应的业务部署更加灵活、便利。

基于此，运营商需要通过SDN与NFV进行5G通信中的功能抽象。比如，在不同形式的接入系统中，其移动性管理依然有很多的共同特征存在，如果通过SDN及NFV技术对这些具有共同特征的网络边缘设备选择、呼唤与跟踪、合法侦听、切换管理等功能进行重组，便可让一个面向异构接入系统的移动性融合流管理功能得以实现。这对于5G网络架构的建设、应用及其发展都将提供极大的便利。

3.4 通过SDN和NFV进行5G网络功能重构

将SDN及NFV技术合理应用到5G网络架构中，对其开放接口中的各个功能子模块加以灵活组合，便可让网络中的每一个功能、每一个组件都达到相对独立的运行效果。同时也可以5G网络未来的性能需求以及业务创新需求为依据，对其进行快速地开发与测试，并实现网络功能的灵活部署，以此来促进5G网络中各项新功能的实现，如故障隔离、故障自愈、弹性伸缩、自动部署以及按需编排等。通过这样的方式，可以让5G网络的功能重构需求得以良好实现。

在通过SDN及NFV技术对5G网络进行功能重构的过程中，不应该再使其被传统的固定式、封闭式架构所束缚，而是应该将虚拟化技术作为基础，对模块化的功能组件与开放性的API接口加以合理应用，并以实际的业务需求作为依据进行网络架构的灵活组合。比如，可将某一类的业务、某一个用户乃至于某一种业务中的数据流需求作为依据，通过SDN及NFV技术为其提供相应的网络资源以及网络功能[6]。在此过程中，也应该设法减少5G网络中的各种功能冗余情况，对于一些已经达到了生命周期的网络功能，应及时将其从5G网络中剔除。通过这样的方式，不仅可以实现5G网络中的各项功能重构，从而充分满足当今社会对于5G网络的实际应用需求，而且也能够使其网络资源得到最大化利用，从而节约现5G网络功能重构投资约。

4 结束语

综上所述，在对5G网络进行开发设计和优化升级的过程中，SDN及NFV技术所具有的优势都十分显著。因此，相关单位、研究者和技术人员应高度注重SDN与NFV技术在5G网络架构中的应用优势，结合5G网络架构的实际建设、应用及发展需求，对SDN及NFV技术加以合理应用，包括以SDN和NFV为基础进行5G网络架构的构建、通过SDN和NFV进行5G移动通信网络中的网元功能分解、进行5G网络中的功能抽象、进行5G网络功能重构等。充分发挥SDN与NFV技术应用优势，推动5G网络架构的良好应用与发展。■