SDN在5G移动网络架构中的应用

...wd......wd......wd...数字交换题目：SDN在5G移动通信网络架构中的应用组员：黄志强、历晶晶、焉慧敏、向天涯、蔡佶昊授课教师：岳猛分工情况：文献综述：黄志强、历晶晶PPT制作：焉慧敏、向天涯演讲展示：蔡佶昊SDN在5G移动通信网络架构中的应用【摘要】现代信息技术和网络技术的融合与开展对使得移动通信技术的覆盖率与应用率更高，逐渐深入人们的生活与工作中。当前4G通信技术日益普及和广泛，提高了信息的传输速度，信息存储容量也更大。同时，用户对移动通信的服务提供出了更高的要求，也可满足人们多元化的通信需求。【1】软件定义网络以及网络功能虚拟化是当前业界研究的重点，为了实现移动通信网络架构的优化，需要对当前网络中存在的问题进展总结，充分发挥出SDN、NFV的技术优势，而基于SDN和NFV建设的5G移动通信网络架构发挥其技术优势，促进了通信技术的开展，为人们提供便利。【关键词】:移动网络；信息技术；SND；5G；网络架构；SDN技术分析SDN是由斯坦福大学的研究者提出的，运营商希望在解决现有网络硬件设备复杂、笨拙、创新应用困难及不利于扩展等问题的同时，能够最大限度地利用他们已有的网络，以保护投资。为此提出了网络功能虚拟化的概念，通过使用基于行业标准的x86服务器、存储和交换机等通用性硬件，来取代通信网的那些私有专用的网元设备，基于这些通用设备，采用虚拟化技术，把多种网元设备的功能通过软件来实现【2】。在SDR中网络控制功能与编程软件是相互独立，所以底层根基设施可以将抽象地认定为应用程序和网络设施，网络是逻辑或者是虚拟存在的。如图1-1所示SDN架构，而网络智能功能均集中于SDN控制器中。企业以及运营商在承受了SDN控制器的指令后便可对网络进展管控，无需通过协议标准的接口进展控制。随着SDN控制器和网络应用的开展，API协议统一，应用于商业时不会受到配置的限制，网络服务以及网络性能可正常运营。图1-1SND与传统网络架构SDN的进展在业界的共同参与下，以SDN/NFV为代表的云化网络正面临着日新月异的变化，下面从标准化、设备和解决方案、运营商实践等几个方面探讨一SDN和NFV的进展。目前，我国的通信标准化协会(CCSA)也与时俱进，在国内主导SDN/NFV标准化工作．已经在多个TC开展了SDN/NFV的研究工作，主要涉及TCl、TC3、TC5、TC6等。其中在TC3下特设了SVN研究组，目前重点聚焦对于基于SDN的智能管道技术和基于虚拟化的核心网的研究，一方面从网络架构上保持对全局的把握，另一方面从具体实现上找寻云化网络的落地点。在SDN核心部件控制器的软件实现上。目前呈现出多元化开展的势头。虽然多数厂商采用开源代码，并基于通用硬件实现，但在软件的功能上并不完全开放，只有少局部商业代码(收费)才能提供完整的功能集，因此仍然存在一定的封闭性；同时，对于控制器性能的调优(如底层硬件和开发代码/语言的配合)。也需要借助厂商自身的硬件系统实现，纯粹基于标准x86的控制器往往难以到达电信级要求，暂时无法统一。在国内，中国电信成立了集团级的云计算重点实验室，以云数据中心为切入点，探索SDN技术，希望借此解决云平台网络资源池的功能、性能、安全性、扩展性等核心问题，针对营商数据中心需求设计控制器，可支持多租户网络、虚拟防火墙等典型网络服务。中国移动和中国联通也结合自身的需求，分别提出了SDN2.0和SCN(servicecustomizednetwork)的概念，将相关技术从实验室推向现网。[3]SDN面临的挑战作为一个新兴事物，SDN不可能是尽善尽美的。在其逐步研究和试验部署的过程中，也发现了一些值得关注的问题，亟待研究解决。概括来说，SDN当前面临如下六大挑战。接口／协议标准化的问题；安全性的问题；SDN设备的关键性能；SDN的集中控制理念；互操作性方面的问题；不能很好地满足云计算服务网络需求。SDN的优势在现在的网络框架中，IT技术根据不同的网络需求进展不同的调整，路由器、交换机、防火墙等相应的网络设备配置步骤繁琐，容错率低，已经满足不了互联网业务瞬息万变的的情况，需要更为灵活敏捷的网络来进展相应的反响。SDN技术可以别离出网络设备的控制权，集中控制，这样就防止了对路由器、交换机等底层网络设备的依赖，也就消除了底层网络设备对于网络带来的差异。用户可以实现任意自定义的网络路由与传输策略，对于集中控制的网络设备进展管理，大大提高了灵活性。【4】而且网络进展SDN技术升级后，网络节点的路由器可以不用再反复的进展配置，仅仅需要使用时制定好简单的网络应用规则比方：如果不喜欢路由器本身自带的内置相关协议，就可以自己通过编程对其进展规则重写，不用上阶网络设备无法识别的问题，从而可以更好的交换数据。另外，在传统网络中，网络的带宽使一定的，但是经过SDN技术处理后，可以将流量整理，临时使网络的“管道〞更粗一些，也就加大了带宽，这就使作为“管道〞的网络有了更大的开展余地。在以后的大数据时代，云存储的业务模型可以简单处理为“云端-管路-用户端〞，那么SDN技术将是“管路〞这一环节的重要技术支撑。5G移动网络技术概括5G网络的开展现状和存在的问题当前移动通信网络开展面临的挑战，主要是移动通信市场及用户、业务需求的爆破式增长同当前移动通信网络技术能力无法到达的矛盾。更高的用户体验速度及峰值速度，未来技术目标要求用户体验速度及峰值速度为当前4G技术能力所能到达的用户体验速度的10倍以上。更低的时延及更高的可靠性，物联网、车联网等对网络时延及可靠性提出了更加苛刻的要求，要求到达毫秒级的接人要求。低功耗大连接，面向车联网、环境监测、智慧城市、传感器等物联网应用，对移动终端的续航能力要求很高，要求低功耗大连接。移动宽带需求，热点高容量，虚拟现实、增强现实、超高清3D视频等。连续广域覆盖，如广域覆盖、高铁、快速路等，目前的移动通信网络在移动速度上存在技术瓶颈。【5】应对不同场景，更高体验速率、更低端到端时延、海量连接终端、更低单位比特本钱，4G技术已经无法到达相关应用指标。需要基于颠覆性的技术以解决，5G网络及其关键技术应运而生。根据对5G的需求分析，NGMN给出了5G网络的设计原则，具体可归结为以下几点：采用本钱高效的密集布置；支持动态的无线拓扑；简单化核心网络，例如采用SDN技术；采用网络分片提高系统的柔性功能和能力；鼓励价值创造，降低新业务部署的复杂度；保护用户的隐私；简化运维和管理。基于这些设计原则。NGMN提出了基于SDN、NFV〔网络功能虚拟化〕和云计算等先进技术的5G网络架构，实现了以用户为中心的更灵活、智能、高效和开放的5G新型网络。【6】5G网络关键技术为应对未来移动互联网及物联网开展导致的数据流量及移动终端数量指数级增长趋势，解决当前移动通信网络针对未来需求所面临的问题和挑战，对5G网络及其关键技术的研究迫在眉睫，主要包括超密集组网技术、大规模天线技术、终端直通技术(D2D)、云基站架构等，实现热点高容量覆盖、低时延高可靠、定功耗大连接、连续广覆盖的新型移动通信网络。场景应用技术超密集组网技术，主要基于超密集异构网络，宏微协同和上下频段协作组网，利用宏站与微站，低频与高频的各自优势，提升系统性能；多个节点形成虚拟小区；混合分层部署，楼层内形成虚拟小区，宏站提供楼层间、楼宇间移动性管理。高频通信技术。移动通信不断开展，而用于移动通信的频段资源现状是，低频段通信带宽资源有限，趋近饱和。未来用于移动通信网络的无线频谱资源需要显著增加，并将主要聚焦于获得新的授权型频谱、开展基于非授权频谱的移动通信、并需要大力开展高频段(比方毫米波)移动通信。高频段资源丰富的可用频谱资源，带宽可到达1G以上，容易实现极高速短距离通信，能够满足5G容量和传输速率的需求。但高频段信道传播特性也决定了其路径损耗大，随着频率的增高，路径损耗随之增加，如60GHZ路径损耗比5GHZ高出20多dB。同时，空气吸收造成额外的损耗。这些都是5G通信需要解决的问题。无线传输技术大规模MIMO技术是使用数量庞大的天线组成天线阵列来进展无线信号的发送和接收，由于天线数目的显著增加，形成3DMIMO天线。通过天线数目的增加，可以成倍提升系统频谱效率;新增垂直维度可以降低小区间干扰，通过水平和垂直维度区分更多用户，同时同频服务更多用户，提升系统性能及容量，部署灵活，3D-MIMO下倾角度可以动态调整，实现覆盖范围的动态调整。大规模MIMO技术是无线传输技术开展的又一里程碑，是应对数据业务爆炸性增长的有效手段。它可广泛应用于高楼场景、室内分布系统场景、城市覆盖等。网络架构技术5G的网络架构获得了广泛认同，一个是接人网采用异构接人混合组网方式，另一个是转发面扁平化，业务数据流从接人侧就近转发。NFV/SDN驱动网元功能和网络连接的变革与创新，促进形成满足5G需求的全新网络根基环境。基于SDN的5G移动通信网络架构设计基于SDN、NFV建设的5G通信网络架构如图3-1所示，其设计思路如下：图3-1SND/NFV网络架构图网元功能分解当前的通信网络较为封闭，局部功能重复，需要对现有的通信网络架构进展优化，并对网络功能进展梳理。为了实现控制与转发的别离，并进展软件与硬件的解耦，将控制功能设置与SDN控制器上，转发面依据当前标准的通用转发设备进展信息传送，从而降低本钱。控制面板和转发面需要进展扩容以及升级，网路架构功能运行更加高效，调控更加灵活。对软硬件进展解耦，可以使得网元设备的功能模块更加独立，实现了虚拟化。各功能可以通过软件予以实现，接口标准化，运行高性能，可以建设在X86通用硬件平台上对设备进展优化组合，减少设备的投入金额。网络功能抽象对当前个网元功能进展分解，需要进展共性提取和总结，对逻辑架构进展抽象的概括与封装处理，细化功能模块，但是经过分解后处理后的接口以及协议也会更加复杂，对于现有网元内部各接口进展合理部署，而接口的私有化、软件化和组件化，也使得运营商的业务部署更加的便利。网络功能抽象，各功能模块可以采用API接口并按照现行的标准进展重组，将新的网元功能以全网视图的形势进展展示，并结合全部的上下文，对业务需求进展综合考量，为用户提供业务数据流传输服务，可对网络终端的数据流进展合理处理，提高网络服务质量，发挥资源的利用价值。例如，不同的接入系统，移动性管理也存在共同之处，主要功能有切换管理、合法侦听、跟踪与寻呼、网络边缘设备选择，为面向异构接入系统的融合流移动性管理功能的实现奠定了根基。网络功能重构对于开放接口的各功能子模块进展重新组合，实现功能、组件的独立运行，对于新增加的业务进展深度开发，并对功能模块进展性能检测，实现功能的拓展。此类资源共享并且基于现有业务需求进展重新组合，对业务需求进展部署，弹性伸缩，对故障进展隔离，实现故障的自动处理。移动通信网络可以充分发挥出IT技术的优势，5G时代的网络架构不能局限于传统架构的约束，可通过虚拟化技术进展分析。模块化的功能组件、开放的API接口，可以依据业务的实际要求进展模块组合，可以针对某类业务或者是某个用户的业务数据流的特殊要求提供相应的网络资源。模块的划分和重构实现了现有网络的功能，同时也具有减持冗余功能。例如，某些功能模块以及业务到达了一定的使用期限，可以及时退市。现有电路交换机具有2000多个功能，而实际使用中只发挥出1%的作用，模块化的运行模式下，运营商可以依据个性化的开展需求以及经营策略对投资进展优化配置，减少本钱，并减少冗余。将SDN和NFV引入5G网络架构所带来的好处SDN作为一种网络创新架构，具有以下显著特点：控制与转发别离；控制集中化；使用广泛定义的软件接口。其核心是将网络设备控制面与数据面别离，只在网络硬件设备的底层保存转发功能，上层则可进展集中的控制功能，进而将网络的应用和功能都可编程化，即所谓的软件定义。运营商借助开放的、可编程的SDN技术，可以部署通用的硬件和高级软件来替代昂贵的专业设备，令企业和运营商得以摆脱不同厂商种类繁杂的设备束缚。硬件设备的标准化，网络功能的虚拟化，使得网络更加开放和更具可编程能力，令运营商不再需要硬件升级即可进展网络和应用的革新，这极大地降低了运营商的资本支出和运维本钱，也为运营商的网络架构创新和转型提供了良好的契机。控制的集中化，可以获得全网统一视图，从而实现了网络流量的灵活控制，网络资源的动态分配，大大增强了网络资源的使用效率，缩短了业务的开发部署周期，为系统级应用的创新及业务扩展提供了良好的平台。【7】SDN的这些突出特点，可以用来有效地定义未来网络，使得SDN在互联网和通信领域的应用前景被广泛看好。SDN技术在移动网络中使用，也必将使得移动网络根本功能的实现变得更加合理和高效，也使得网络的纵向融合成为可能，从而进一步简化网络，使其适应不断增长的接入速率。SDN技术是围绕将网络功能与业务处理抽象化为中心，通过设置控制器来控制这些抽象化的功能与业务，5G网络的相关讨论都在无线领域，虚拟化的网络功能与业务可以通过5G网络进展快速加工处理，极大的提高了网络的办事效率，使资源得到灵活的运用与共享。在SADN对网络功能与业务进展控制与转发，别离成控制面板与转发面板，在控制面板与转发面板之间有着一个标准接口，也方便对其进展控制。虽然类似于路由器的架构设计，但是SDN并不是简单的控制转发，在外置设备中更加灵活的处理网络功能与业务。5G网络的实现将少不了SDN技术的支撑。【8】SDN的架构特点有着开放性高、灵活性大并且还可自主编程，利用处于网络最底层的根基设施层的大量根基网络设备根据控制层所指定的规则处理、应用各类数据。而控制层主要进展数据转发层面的资源排序，进展网络信息收集，反响给应用层面的应用服务，从而调用网络相关资源。SDN别离出网络设备中的控制层面，将其放置于网络控制功能的控制器中进展集中控制，通过开放的API被应用程序调用，消除了大量手动配置的过程，简化网络管理流程，提高了业务办理、升级等运用的效率。在未来的5G网络中需要将控制面板与转发面板别离，来实现对网络的优化处理，所以可以运用SDN技术驱动整个网络系统。结语1000倍流量增长的核心技术之一。因此，超