SDN在5G移動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的應(yīng)用

...wd......wd......wd...數(shù)字交換題目：SDN在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的應(yīng)用組員：黃志強、歷晶晶、焉慧敏、向天涯、蔡佶昊授課教師：岳猛分工情況：文獻綜述：黃志強、歷晶晶PPT制作：焉慧敏、向天涯演講展示：蔡佶昊SDN在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的應(yīng)用【摘要】現(xiàn)代信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的融合與開展對使得移動通信技術(shù)的覆蓋率與應(yīng)用率更高，逐漸深入人們的生活與工作中。當(dāng)前4G通信技術(shù)日益普及和廣泛，提高了信息的傳輸速度，信息存儲容量也更大。同時，用戶對移動通信的服務(wù)提供出了更高的要求，也可滿足人們多元化的通信需求?！?】軟件定義網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化是當(dāng)前業(yè)界研究的重點，為了實現(xiàn)移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的優(yōu)化，需要對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中存在的問題進展總結(jié)，充分發(fā)揮出SDN、NFV的技術(shù)優(yōu)勢，而基于SDN和NFV建設(shè)的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢，促進了通信技術(shù)的開展，為人們提供便利?！娟P(guān)鍵詞】:移動網(wǎng)絡(luò)；信息技術(shù)；SND；5G；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；SDN技術(shù)分析SDN是由斯坦福大學(xué)的研究者提出的，運營商希望在解決現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備復(fù)雜、笨拙、創(chuàng)新應(yīng)用困難及不利于擴展等問題的同時，能夠最大限度地利用他們已有的網(wǎng)絡(luò)，以保護投資。為此提出了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的概念，通過使用基于行業(yè)標準的x86服務(wù)器、存儲和交換機等通用性硬件，來取代通信網(wǎng)的那些私有專用的網(wǎng)元設(shè)備，基于這些通用設(shè)備，采用虛擬化技術(shù)，把多種網(wǎng)元設(shè)備的功能通過軟件來實現(xiàn)【2】。在SDR中網(wǎng)絡(luò)控制功能與編程軟件是相互獨立，所以底層根基設(shè)施可以將抽象地認定為應(yīng)用程序和網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，網(wǎng)絡(luò)是邏輯或者是虛擬存在的。如圖1-1所示SDN架構(gòu)，而網(wǎng)絡(luò)智能功能均集中于SDN控制器中。企業(yè)以及運營商在承受了SDN控制器的指令后便可對網(wǎng)絡(luò)進展管控，無需通過協(xié)議標準的接口進展控制。隨著SDN控制器和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的開展，API協(xié)議統(tǒng)一，應(yīng)用于商業(yè)時不會受到配置的限制，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)以及網(wǎng)絡(luò)性能可正常運營。圖1-1SND與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)SDN的進展在業(yè)界的共同參與下，以SDN/NFV為代表的云化網(wǎng)絡(luò)正面臨著日新月異的變化，下面從標準化、設(shè)備和解決方案、運營商實踐等幾個方面探討一SDN和NFV的進展。目前，我國的通信標準化協(xié)會(CCSA)也與時俱進，在國內(nèi)主導(dǎo)SDN/NFV標準化工作．已經(jīng)在多個TC開展了SDN/NFV的研究工作，主要涉及TCl、TC3、TC5、TC6等。其中在TC3下特設(shè)了SVN研究組，目前重點聚焦對于基于SDN的智能管道技術(shù)和基于虛擬化的核心網(wǎng)的研究，一方面從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上保持對全局的把握，另一方面從具體實現(xiàn)上找尋云化網(wǎng)絡(luò)的落地點。在SDN核心部件控制器的軟件實現(xiàn)上。目前呈現(xiàn)出多元化開展的勢頭。雖然多數(shù)廠商采用開源代碼，并基于通用硬件實現(xiàn)，但在軟件的功能上并不完全開放，只有少局部商業(yè)代碼(收費)才能提供完整的功能集，因此仍然存在一定的封閉性；同時，對于控制器性能的調(diào)優(yōu)(如底層硬件和開發(fā)代碼/語言的配合)。也需要借助廠商自身的硬件系統(tǒng)實現(xiàn)，純粹基于標準x86的控制器往往難以到達電信級要求，暫時無法統(tǒng)一。在國內(nèi)，中國電信成立了集團級的云計算重點實驗室，以云數(shù)據(jù)中心為切入點，探索SDN技術(shù)，希望借此解決云平臺網(wǎng)絡(luò)資源池的功能、性能、安全性、擴展性等核心問題，針對營商數(shù)據(jù)中心需求設(shè)計控制器，可支持多租戶網(wǎng)絡(luò)、虛擬防火墻等典型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。中國移動和中國聯(lián)通也結(jié)合自身的需求，分別提出了SDN2.0和SCN(servicecustomizednetwork)的概念，將相關(guān)技術(shù)從實驗室推向現(xiàn)網(wǎng)。[3]SDN面臨的挑戰(zhàn)作為一個新興事物，SDN不可能是盡善盡美的。在其逐步研究和試驗部署的過程中，也發(fā)現(xiàn)了一些值得關(guān)注的問題，亟待研究解決。概括來說，SDN當(dāng)前面臨如下六大挑戰(zhàn)。接口／協(xié)議標準化的問題；安全性的問題；SDN設(shè)備的關(guān)鍵性能；SDN的集中控制理念；互操作性方面的問題；不能很好地滿足云計算服務(wù)網(wǎng)絡(luò)需求。SDN的優(yōu)勢在現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)框架中，IT技術(shù)根據(jù)不同的網(wǎng)絡(luò)需求進展不同的調(diào)整，路由器、交換機、防火墻等相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置步驟繁瑣，容錯率低，已經(jīng)滿足不了互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)瞬息萬變的的情況，需要更為靈活敏捷的網(wǎng)絡(luò)來進展相應(yīng)的反響。SDN技術(shù)可以別離出網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制權(quán)，集中控制，這樣就防止了對路由器、交換機等底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的依賴，也就消除了底層網(wǎng)絡(luò)設(shè)備對于網(wǎng)絡(luò)帶來的差異。用戶可以實現(xiàn)任意自定義的網(wǎng)絡(luò)路由與傳輸策略，對于集中控制的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進展管理，大大提高了靈活性?！?】而且網(wǎng)絡(luò)進展SDN技術(shù)升級后，網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的路由器可以不用再反復(fù)的進展配置，僅僅需要使用時制定好簡單的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用規(guī)則比方：如果不喜歡路由器本身自帶的內(nèi)置相關(guān)協(xié)議，就可以自己通過編程對其進展規(guī)則重寫，不用上階網(wǎng)絡(luò)設(shè)備無法識別的問題，從而可以更好的交換數(shù)據(jù)。另外，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，網(wǎng)絡(luò)的帶寬使一定的，但是經(jīng)過SDN技術(shù)處理后，可以將流量整理，臨時使網(wǎng)絡(luò)的“管道〞更粗一些，也就加大了帶寬，這就使作為“管道〞的網(wǎng)絡(luò)有了更大的開展余地。在以后的大數(shù)據(jù)時代，云存儲的業(yè)務(wù)模型可以簡單處理為“云端-管路-用戶端〞，那么SDN技術(shù)將是“管路〞這一環(huán)節(jié)的重要技術(shù)支撐。5G移動網(wǎng)絡(luò)技術(shù)概括5G網(wǎng)絡(luò)的開展現(xiàn)狀和存在的問題當(dāng)前移動通信網(wǎng)絡(luò)開展面臨的挑戰(zhàn)，主要是移動通信市場及用戶、業(yè)務(wù)需求的爆破式增長同當(dāng)前移動通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能力無法到達的矛盾。更高的用戶體驗速度及峰值速度，未來技術(shù)目標要求用戶體驗速度及峰值速度為當(dāng)前4G技術(shù)能力所能到達的用戶體驗速度的10倍以上。更低的時延及更高的可靠性，物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)等對網(wǎng)絡(luò)時延及可靠性提出了更加苛刻的要求，要求到達毫秒級的接人要求。低功耗大連接，面向車聯(lián)網(wǎng)、環(huán)境監(jiān)測、智慧城市、傳感器等物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，對移動終端的續(xù)航能力要求很高，要求低功耗大連接。移動寬帶需求，熱點高容量，虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、超高清3D視頻等。連續(xù)廣域覆蓋，如廣域覆蓋、高鐵、快速路等，目前的移動通信網(wǎng)絡(luò)在移動速度上存在技術(shù)瓶頸。【5】應(yīng)對不同場景，更高體驗速率、更低端到端時延、海量連接終端、更低單位比特本錢，4G技術(shù)已經(jīng)無法到達相關(guān)應(yīng)用指標。需要基于顛覆性的技術(shù)以解決，5G網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)運而生。根據(jù)對5G的需求分析，NGMN給出了5G網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計原則，具體可歸結(jié)為以下幾點：采用本錢高效的密集布置；支持動態(tài)的無線拓撲；簡單化核心網(wǎng)絡(luò)，例如采用SDN技術(shù)；采用網(wǎng)絡(luò)分片提高系統(tǒng)的柔性功能和能力；鼓勵價值創(chuàng)造，降低新業(yè)務(wù)部署的復(fù)雜度；保護用戶的隱私；簡化運維和管理?；谶@些設(shè)計原則。NGMN提出了基于SDN、NFV〔網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化〕和云計算等先進技術(shù)的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實現(xiàn)了以用戶為中心的更靈活、智能、高效和開放的5G新型網(wǎng)絡(luò)。【6】5G網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)為應(yīng)對未來移動互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)開展導(dǎo)致的數(shù)據(jù)流量及移動終端數(shù)量指數(shù)級增長趨勢，解決當(dāng)前移動通信網(wǎng)絡(luò)針對未來需求所面臨的問題和挑戰(zhàn)，對5G網(wǎng)絡(luò)及其關(guān)鍵技術(shù)的研究迫在眉睫，主要包括超密集組網(wǎng)技術(shù)、大規(guī)模天線技術(shù)、終端直通技術(shù)(D2D)、云基站架構(gòu)等，實現(xiàn)熱點高容量覆蓋、低時延高可靠、定功耗大連接、連續(xù)廣覆蓋的新型移動通信網(wǎng)絡(luò)。場景應(yīng)用技術(shù)超密集組網(wǎng)技術(shù)，主要基于超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，宏微協(xié)同和上下頻段協(xié)作組網(wǎng)，利用宏站與微站，低頻與高頻的各自優(yōu)勢，提升系統(tǒng)性能；多個節(jié)點形成虛擬小區(qū)；混合分層部署，樓層內(nèi)形成虛擬小區(qū)，宏站提供樓層間、樓宇間移動性管理。高頻通信技術(shù)。移動通信不斷開展，而用于移動通信的頻段資源現(xiàn)狀是，低頻段通信帶寬資源有限，趨近飽和。未來用于移動通信網(wǎng)絡(luò)的無線頻譜資源需要顯著增加，并將主要聚焦于獲得新的授權(quán)型頻譜、開展基于非授權(quán)頻譜的移動通信、并需要大力開展高頻段(比方毫米波)移動通信。高頻段資源豐富的可用頻譜資源，帶寬可到達1G以上，容易實現(xiàn)極高速短距離通信，能夠滿足5G容量和傳輸速率的需求。但高頻段信道傳播特性也決定了其路徑損耗大，隨著頻率的增高，路徑損耗隨之增加，如60GHZ路徑損耗比5GHZ高出20多dB。同時，空氣吸收造成額外的損耗。這些都是5G通信需要解決的問題。無線傳輸技術(shù)大規(guī)模MIMO技術(shù)是使用數(shù)量龐大的天線組成天線陣列來進展無線信號的發(fā)送和接收，由于天線數(shù)目的顯著增加，形成3DMIMO天線。通過天線數(shù)目的增加，可以成倍提升系統(tǒng)頻譜效率;新增垂直維度可以降低小區(qū)間干擾，通過水平和垂直維度區(qū)分更多用戶，同時同頻服務(wù)更多用戶，提升系統(tǒng)性能及容量，部署靈活，3D-MIMO下傾角度可以動態(tài)調(diào)整，實現(xiàn)覆蓋范圍的動態(tài)調(diào)整。大規(guī)模MIMO技術(shù)是無線傳輸技術(shù)開展的又一里程碑，是應(yīng)對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)爆炸性增長的有效手段。它可廣泛應(yīng)用于高樓場景、室內(nèi)分布系統(tǒng)場景、城市覆蓋等。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)5G的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)獲得了廣泛認同，一個是接人網(wǎng)采用異構(gòu)接人混合組網(wǎng)方式，另一個是轉(zhuǎn)發(fā)面扁平化，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流從接人側(cè)就近轉(zhuǎn)發(fā)。NFV/SDN驅(qū)動網(wǎng)元功能和網(wǎng)絡(luò)連接的變革與創(chuàng)新，促進形成滿足5G需求的全新網(wǎng)絡(luò)根基環(huán)境?；赟DN的5G移動通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計基于SDN、NFV建設(shè)的5G通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖3-1所示，其設(shè)計思路如下：圖3-1SND/NFV網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖網(wǎng)元功能分解當(dāng)前的通信網(wǎng)絡(luò)較為封閉，局部功能重復(fù)，需要對現(xiàn)有的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進展優(yōu)化，并對網(wǎng)絡(luò)功能進展梳理。為了實現(xiàn)控制與轉(zhuǎn)發(fā)的別離，并進展軟件與硬件的解耦，將控制功能設(shè)置與SDN控制器上，轉(zhuǎn)發(fā)面依據(jù)當(dāng)前標準的通用轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進展信息傳送，從而降低本錢?？刂泼姘搴娃D(zhuǎn)發(fā)面需要進展擴容以及升級，網(wǎng)路架構(gòu)功能運行更加高效，調(diào)控更加靈活。對軟硬件進展解耦，可以使得網(wǎng)元設(shè)備的功能模塊更加獨立，實現(xiàn)了虛擬化。各功能可以通過軟件予以實現(xiàn)，接口標準化，運行高性能，可以建設(shè)在X86通用硬件平臺上對設(shè)備進展優(yōu)化組合，減少設(shè)備的投入金額。網(wǎng)絡(luò)功能抽象對當(dāng)前個網(wǎng)元功能進展分解，需要進展共性提取和總結(jié)，對邏輯架構(gòu)進展抽象的概括與封裝處理，細化功能模塊，但是經(jīng)過分解后處理后的接口以及協(xié)議也會更加復(fù)雜，對于現(xiàn)有網(wǎng)元內(nèi)部各接口進展合理部署，而接口的私有化、軟件化和組件化，也使得運營商的業(yè)務(wù)部署更加的便利。網(wǎng)絡(luò)功能抽象，各功能模塊可以采用API接口并按照現(xiàn)行的標準進展重組，將新的網(wǎng)元功能以全網(wǎng)視圖的形勢進展展示，并結(jié)合全部的上下文，對業(yè)務(wù)需求進展綜合考量，為用戶提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流傳輸服務(wù)，可對網(wǎng)絡(luò)終端的數(shù)據(jù)流進展合理處理，提高網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，發(fā)揮資源的利用價值。例如，不同的接入系統(tǒng)，移動性管理也存在共同之處，主要功能有切換管理、合法偵聽、跟蹤與尋呼、網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備選擇，為面向異構(gòu)接入系統(tǒng)的融合流移動性管理功能的實現(xiàn)奠定了根基。網(wǎng)絡(luò)功能重構(gòu)對于開放接口的各功能子模塊進展重新組合，實現(xiàn)功能、組件的獨立運行，對于新增加的業(yè)務(wù)進展深度開發(fā)，并對功能模塊進展性能檢測，實現(xiàn)功能的拓展。此類資源共享并且基于現(xiàn)有業(yè)務(wù)需求進展重新組合，對業(yè)務(wù)需求進展部署，彈性伸縮，對故障進展隔離，實現(xiàn)故障的自動處理。移動通信網(wǎng)絡(luò)可以充分發(fā)揮出IT技術(shù)的優(yōu)勢，5G時代的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不能局限于傳統(tǒng)架構(gòu)的約束，可通過虛擬化技術(shù)進展分析。模塊化的功能組件、開放的API接口，可以依據(jù)業(yè)務(wù)的實際要求進展模塊組合，可以針對某類業(yè)務(wù)或者是某個用戶的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的特殊要求提供相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源。模塊的劃分和重構(gòu)實現(xiàn)了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的功能，同時也具有減持冗余功能。例如，某些功能模塊以及業(yè)務(wù)到達了一定的使用期限，可以及時退市?，F(xiàn)有電路交換機具有2000多個功能，而實際使用中只發(fā)揮出1%的作用，模塊化的運行模式下，運營商可以依據(jù)個性化的開展需求以及經(jīng)營策略對投資進展優(yōu)化配置，減少本錢，并減少冗余。將SDN和NFV引入5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)所帶來的好處SDN作為一種網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新架構(gòu)，具有以下顯著特點：控制與轉(zhuǎn)發(fā)別離；控制集中化；使用廣泛定義的軟件接口。其核心是將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制面與數(shù)據(jù)面別離，只在網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備的底層保存轉(zhuǎn)發(fā)功能，上層則可進展集中的控制功能，進而將網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用和功能都可編程化，即所謂的軟件定義。運營商借助開放的、可編程的SDN技術(shù)，可以部署通用的硬件和高級軟件來替代昂貴的專業(yè)設(shè)備，令企業(yè)和運營商得以擺脫不同廠商種類繁雜的設(shè)備束縛。硬件設(shè)備的標準化，網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化，使得網(wǎng)絡(luò)更加開放和更具可編程能力，令運營商不再需要硬件升級即可進展網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的革新，這極大地降低了運營商的資本支出和運維本錢，也為運營商的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)創(chuàng)新和轉(zhuǎn)型提供了良好的契機?？刂频募谢?，可以獲得全網(wǎng)統(tǒng)一視圖，從而實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)流量的靈活控制，網(wǎng)絡(luò)資源的動態(tài)分配，大大增強了網(wǎng)絡(luò)資源的使用效率，縮短了業(yè)務(wù)的開發(fā)部署周期，為系統(tǒng)級應(yīng)用的創(chuàng)新及業(yè)務(wù)擴展提供了良好的平臺?！?】SDN的這些突出特點，可以用來有效地定義未來網(wǎng)絡(luò)，使得SDN在互聯(lián)網(wǎng)和通信領(lǐng)域的應(yīng)用前景被廣泛看好。SDN技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)中使用，也必將使得移動網(wǎng)絡(luò)根本功能的實現(xiàn)變得更加合理和高效，也使得網(wǎng)絡(luò)的縱向融合成為可能，從而進一步簡化網(wǎng)絡(luò)，使其適應(yīng)不斷增長的接入速率。SDN技術(shù)是圍繞將網(wǎng)絡(luò)功能與業(yè)務(wù)處理抽象化為中心，通過設(shè)置控制器來控制這些抽象化的功能與業(yè)務(wù)，5G網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)討論都在無線領(lǐng)域，虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能與業(yè)務(wù)可以通過5G網(wǎng)絡(luò)進展快速加工處理，極大的提高了網(wǎng)絡(luò)的辦事效率，使資源得到靈活的運用與共享。在SADN對網(wǎng)絡(luò)功能與業(yè)務(wù)進展控制與轉(zhuǎn)發(fā)，別離成控制面板與轉(zhuǎn)發(fā)面板，在控制面板與轉(zhuǎn)發(fā)面板之間有著一個標準接口，也方便對其進展控制。雖然類似于路由器的架構(gòu)設(shè)計，但是SDN并不是簡單的控制轉(zhuǎn)發(fā)，在外置設(shè)備中更加靈活的處理網(wǎng)絡(luò)功能與業(yè)務(wù)。5G網(wǎng)絡(luò)的實現(xiàn)將少不了SDN技術(shù)的支撐?！?】SDN的架構(gòu)特點有著開放性高、靈活性大并且還可自主編程，利用處于網(wǎng)絡(luò)最底層的根基設(shè)施層的大量根基網(wǎng)絡(luò)設(shè)備根據(jù)控制層所指定的規(guī)則處理、應(yīng)用各類數(shù)據(jù)。而控制層主要進展數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層面的資源排序，進展網(wǎng)絡(luò)信息收集，反響給應(yīng)用層面的應(yīng)用服務(wù)，從而調(diào)用網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資源。SDN別離出網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中的控制層面，將其放置于網(wǎng)絡(luò)控制功能的控制器中進展集中控制，通過開放的API被應(yīng)用程序調(diào)用，消除了大量手動配置的過程，簡化網(wǎng)絡(luò)管理流程，提高了業(yè)務(wù)辦理、升級等運用的效率。在未來的5G網(wǎng)絡(luò)中需要將控制面板與轉(zhuǎn)發(fā)面板別離，來實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化處理，所以可以運用SDN技術(shù)驅(qū)動整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。結(jié)語1000倍流量增長的核心技術(shù)之一。因此，超