通信：5G介紹概述

thefifthgenerationmobilecommunicationnetworkWelcometo5G什么是5G？5G是面向2020年以后移動(dòng)通信需求而發(fā)展的新一代移動(dòng)通信系統(tǒng).根據(jù)移動(dòng)通信的發(fā)展規(guī)律,5G將具有超高的頻譜利用率和能效,在傳輸速率和資源利用率等方面較4G移動(dòng)通信提高一個(gè)量級(jí)或更高,其無(wú)線覆蓋性能、傳輸時(shí)延、系統(tǒng)安全和用戶體驗(yàn)也將得到顯著的提高。5G移動(dòng)通信將與其他無(wú)線移動(dòng)通信技術(shù)密切結(jié)合,構(gòu)成新一代無(wú)所不在的移動(dòng)信息網(wǎng)絡(luò),滿足未來(lái)10年移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量增加1000倍的發(fā)展需求.5G移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域也將進(jìn)一步擴(kuò)展,對(duì)海量傳感設(shè)備及機(jī)器與機(jī)器(M2M)通信的支撐能力將成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要指標(biāo)之一.未來(lái)5G系統(tǒng)還須具備充分的靈活性,具有網(wǎng)絡(luò)自感知、自調(diào)整等智能化能力,以應(yīng)對(duì)未來(lái)移動(dòng)信息社會(huì)難以預(yù)計(jì)的快速變化Theincreasinggrowthofdatatrafficandthepopularityoftheintelligentterminalsleadtothefactthatthefourthgenerationmobilecommunicationnetwork(4G)cannotmeetthedemandintermsofcapacity，speed，andthespectrum．Therebythefifthgenerationmobilecommunicationnetwork(5G)comesintobeing．VeryConvenient車聯(lián)網(wǎng)CoolDesign智能家居BestColor高清視屏GreatExperience虛擬現(xiàn)實(shí)5G與4G的性能比較頻譜效率端到端時(shí)延傳輸速率網(wǎng)絡(luò)容量5-10倍1/1010-100倍1000倍performancecomparison

5Gvs4G5G發(fā)展的3個(gè)維度01dimensionality02dimensionality03dimensionality2)通過(guò)引入新的體系結(jié)構(gòu)(如超密集小區(qū)結(jié)構(gòu)等)和更加深度的智能化能力將整個(gè)系統(tǒng)的吞吐率提高25倍左右;1)通過(guò)引入新的無(wú)線傳輸技術(shù)將資源利用率在4G的基礎(chǔ)上提高10倍以上;3)進(jìn)一步挖掘新的頻率資源(如高頻段、毫米波與可見光等),使未來(lái)無(wú)線移動(dòng)通信的頻率資源擴(kuò)展4倍左右5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)軟件定義無(wú)線網(wǎng)絡(luò)D2D通信信息中心網(wǎng)絡(luò)情境感知技術(shù)自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)M2M通信移動(dòng)云計(jì)算SDN/NFV超密集異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)01030507090204060810Prospectivenetworktechniquesfor5Gmobilecommunication:Asurvey走近SDN2006年SDN誕生于斯坦福大學(xué)的CleanSlate課題2007年網(wǎng)絡(luò)安全項(xiàng)目EthaneStart2009年1.首次提出SDN2.openflow1.0規(guī)范發(fā)布

2011.3ONF成立推動(dòng)SDN標(biāo)準(zhǔn)化

2011.5NEC推出第一臺(tái)可商用的OpenFlow交換機(jī)

2012.4Google骨干網(wǎng)實(shí)現(xiàn)SDN全面部署2012.7網(wǎng)絡(luò)虛擬化先驅(qū)nicira被VMware收購(gòu)2012.10NFV成立2013.3ODL成立2016-未來(lái)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)研究重點(diǎn)

SDN產(chǎn)生背景歸結(jié)以上問(wèn)題，實(shí)際上是網(wǎng)絡(luò)缺乏統(tǒng)一的"大腦"。一直以來(lái)，網(wǎng)絡(luò)的工作方式是：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間通過(guò)各種交互機(jī)制，獨(dú)立的學(xué)習(xí)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，自行決定與其他節(jié)點(diǎn)的交互方式；當(dāng)流量過(guò)來(lái)時(shí)，根據(jù)節(jié)點(diǎn)間交互做出的決策，獨(dú)立的轉(zhuǎn)發(fā)相應(yīng)報(bào)文；當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)發(fā)生變化時(shí)，其他節(jié)點(diǎn)感知變化重新計(jì)算路徑。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的這種分散決策的特點(diǎn)，在此前很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)滿足了互聯(lián)互通的需要，但由于這種分散決策機(jī)制缺少全局掌控，在需要流量精細(xì)化控制管理的今天，表現(xiàn)出越來(lái)越多的問(wèn)題。在此背景之下，SDN應(yīng)運(yùn)而生。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作模式是靜態(tài)的，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備是決定性的因素，控制單位和轉(zhuǎn)發(fā)單位緊密耦合。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的連接產(chǎn)生了不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，不同廠商的交換機(jī)模型也各不相同，導(dǎo)致目前的網(wǎng)絡(luò)非常復(fù)雜。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備所依賴的協(xié)議由于歷史原因，存在多樣化、不統(tǒng)一、靜態(tài)控制和缺少共性的問(wèn)題，這進(jìn)一步加大了網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性。在網(wǎng)絡(luò)中增刪一臺(tái)中心設(shè)備是非常復(fù)雜的，往往需要多臺(tái)交換機(jī)、路由器、Web認(rèn)證門戶等等。這些因素都導(dǎo)致傳統(tǒng)的通信網(wǎng)絡(luò)適合于一種靜態(tài)的、不需要管理者太多干預(yù)的狀態(tài)。大數(shù)據(jù)應(yīng)用依賴于兩點(diǎn)，即海量數(shù)據(jù)處理和預(yù)先定義好的計(jì)算模式，分布式的數(shù)據(jù)中心和集中式的控制中心，必然導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)批量傳輸及相關(guān)的聚合劃分操作，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)的性能提出了非常高的要求，為了更好的利用網(wǎng)絡(luò)資源，大數(shù)據(jù)應(yīng)用需要按需調(diào)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源。關(guān)于SDNThesoftware-definednetwork(SDN)tech-nologywhichappliesnewarchitectureofnetworkcentralizedcontrol，separatesthefunctionsofdataforwardingandlogiccontrolandachievesthedecoupleofdatalayerandcontrollayer，thusiscapableofeffectivelysolvingtheproblemsoftradi-tionalnetworkssuchasrigidandclosedarchitecture，highlyrestrictedperformanceofdatatransmissionandforward，andlowresourceutilization，meetingthedifferentrequirementsofuserservices，andenhancingtheefficiencyofservicedeploy-ment．?dāng)?shù)據(jù)控制SDN將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)平面和控制平面兩個(gè)功能模塊相分離，通過(guò)集中式的控制器（controller）以標(biāo)準(zhǔn)化的接口對(duì)各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行管理和配置。這種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為網(wǎng)絡(luò)資源的設(shè)計(jì)、管理和使用提供更多的可能性，從而更容易推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的革新與發(fā)展。

SDN三大架構(gòu)01ONF架構(gòu)ONF在SDN中的地位自然是不需要懷疑的，一方面是它對(duì)SDN的發(fā)展所作出的貢獻(xiàn)，一方面也是因?yàn)樗膮⑴c者涵蓋當(dāng)今大部分知名企業(yè)。

03OpenDayLight項(xiàng)目架構(gòu)OpenDayLight項(xiàng)目在各大公司的參與和推動(dòng)下，僅充分體現(xiàn)了SDN的魅力，也體現(xiàn)了各大企業(yè)的防御戰(zhàn)術(shù)。02ETSINFV架構(gòu)ETSI是歐共體委員會(huì)批準(zhǔn)的一個(gè)在網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域極具影響力的標(biāo)準(zhǔn)化組織，早年它便因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的各種不合理因素而提出了NFV架構(gòu)草案，利用軟件技術(shù)來(lái)彌補(bǔ)現(xiàn)存網(wǎng)絡(luò)中的不足。thethreemajornetworkingarchitectureONF架構(gòu)ONF定義的SDN框架層次簡(jiǎn)單而且明晰：應(yīng)用層，是由用戶按需主導(dǎo)的業(yè)務(wù)和應(yīng)用的集合；控制層，主要是SDN的核心——控制器，不僅對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜唾Y源進(jìn)行監(jiān)控和管理，也需要對(duì)上提供一個(gè)完整的交互平臺(tái)；基礎(chǔ)設(shè)施層，由OpenFlow交換機(jī)為核心而組成的通信基礎(chǔ)，向上提供服務(wù)并執(zhí)行命令。在ONF定義的SDN框架中，南向接口即控制層與基礎(chǔ)設(shè)施層的接口，ONF定義了其標(biāo)準(zhǔn)為OpenFlow，北向接口即控制層與應(yīng)用層的接口，接口要求并未統(tǒng)一。Feature1Feature2Feature3Feature4ETSINFV架構(gòu)NFV的重點(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化，以網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)底層（第1-3層）技術(shù)為基礎(chǔ)，重點(diǎn)分析網(wǎng)絡(luò)中第4-7層的業(yè)務(wù)應(yīng)用，從NFV的草案中可以很明顯的看出ONF提出的三層SDN框架的影子，轉(zhuǎn)發(fā)層面和控制層面都是分離的，并且其虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理/編排系統(tǒng)類似于SDN應(yīng)用層的虛擬化架構(gòu)的管理和編排。NFV體現(xiàn)的是運(yùn)營(yíng)商的角度的SDN架構(gòu)，在南向接口上并不單一的限定OpenFlow標(biāo)準(zhǔn)，因?yàn)橄馞orCES等都已經(jīng)在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中得到了認(rèn)可，如果只采用OpenFlow是不現(xiàn)實(shí)的。此外，NFV將控制層進(jìn)行了細(xì)分，充分體現(xiàn)了運(yùn)營(yíng)商在部署時(shí)避免廠商依賴，實(shí)現(xiàn)高效管理和按需交付業(yè)務(wù)的商業(yè)化需求。因此，NFV是SDN框架應(yīng)用的典范，充分體現(xiàn)了SDN作為一種框架理念，而不是一種技術(shù)的概念。這對(duì)SDN的應(yīng)用給予了寶貴的參考意見。另外，NFV只是采用了SDN而成為SDN的應(yīng)用創(chuàng)新典范，但是并不表示NFV一定要采用SDN才能實(shí)現(xiàn)。虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理/編排系統(tǒng)E2E網(wǎng)絡(luò)控制器--多數(shù)據(jù)中心/多數(shù)據(jù)融合網(wǎng)絡(luò)控制器(SDN)網(wǎng)絡(luò)控制器(ForCES)網(wǎng)絡(luò)控制器(PCE)網(wǎng)絡(luò)控制器控制通路OpenFlow控制通路ForCES控制通路PCE控制通路.......數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路數(shù)據(jù)通路OpenDayLight項(xiàng)目架構(gòu)ODL架構(gòu)的控制器采用的是Cisco的OnePK架構(gòu)，對(duì)比OnePK架構(gòu)和OpenDayLight系統(tǒng)平臺(tái)的架構(gòu)就可以看出兩者的相似點(diǎn)了。思科的OnePK采用多層次的實(shí)現(xiàn)方案，中間層是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)層，然后向下層提供網(wǎng)絡(luò)接口，向上層提供業(yè)務(wù)開放接口。通過(guò)思科操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)進(jìn)行深入的編程訪問(wèn)才實(shí)現(xiàn)了OnePK，用來(lái)輔助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)OpenFlow在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)備等方面帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)和沖擊。而相對(duì)的，OpenDayLight系統(tǒng)平臺(tái)共有三個(gè)部分，北向接口及內(nèi)置的應(yīng)用程序和服務(wù)、中間核心的網(wǎng)絡(luò)和平臺(tái)服務(wù)部分，以及最下層的南向接口。這與OnePK在層次結(jié)構(gòu)上幾乎是相同的。OpenDayLight在南向接口方面體現(xiàn)了一個(gè)事實(shí)：交換機(jī)上并不僅僅運(yùn)行轉(zhuǎn)發(fā)面的軟件，同樣有協(xié)議在運(yùn)行。盡管SDN的本質(zhì)是管理面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離，但是協(xié)議控制面可以和管理面一起，也可以和控制面一起，具有非常大的機(jī)動(dòng)性，這也為SDN框架的擴(kuò)展提供了更多的可能性。

OpenDayLight項(xiàng)目架構(gòu)ODL架構(gòu)的控制器采用的是Cisco的OnePK架構(gòu)，對(duì)比OnePK架構(gòu)和OpenDayLight系統(tǒng)平臺(tái)的架構(gòu)就可以看出兩者的相似點(diǎn)了。思科的OnePK采用多層次的實(shí)現(xiàn)方案，中間層是系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)層，然后向下層提供網(wǎng)絡(luò)接口，向上層提供業(yè)務(wù)開放接口。通過(guò)思科操作系統(tǒng)和硬件平臺(tái)進(jìn)行深入的編程訪問(wèn)才實(shí)現(xiàn)了OnePK，用來(lái)輔助網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)對(duì)OpenFlow在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和設(shè)備等方面帶來(lái)的巨大挑戰(zhàn)和沖擊。而相對(duì)的，OpenDay