文档介绍：1 基于软件定义网络的 5G网络架构摘要:第五代移动通信系统 5G 对移动互联网和物联网的功能和业务需求提出了许多新的挑战。软件定义网络 SDN 基于控制和转发相分离的思路, 实现了网络和业务的可编程, 给网络带来了极大的灵活性, 使资源利用率低、网络传输转发性能受限、传统网络结构封闭僵化等问题得以有效地解决。将 SDN 引入 5G 网络构架已成为研究热点。该文介绍了两种基于 SDN 的 5G 网络架构,分别阐述了它们的结构构成,每个部分的主要功能及相关技术。最后在所提架构的基础上对未来研究方向进行了展望。关键词: 5G 网络体系架构软件定义网络 SDN 三朵云中图分类号: 文献标识码:A 文章编号: 1674-098X ( 2016 ) 02(a) -0067-04 1 简介随着 4G 进入规模商用阶段,面向 2020 年及未来的第五代通信( 5G) 已成为全球研发热点。根据中国 IMT-2020 5G 推进组颁发的《 5G 网络技术架构白皮书》, 5G 将主要解决业务方面和网络性能这两个方面的问题。业务方面, 主要解决多样化业务场景下差异化性能指标带来的挑战, 其中用户体验速率、流量密度、时延、能效和连接数都可能成为不同场景的挑战性指标。网络性能, 从移动互联网和物联网主要应用场景、业务需求及挑战出发,可归纳出连续广域覆盖、热点高容量、低功耗大连接和高可靠 4 个 5G 主要技术场景。不同技术场景面临不同的挑战。连续广域覆盖场景 2 的主要挑战是随时随地( 包括小区边缘、高速移动等恶略环境) 为用户提供 100 Mbps 以上的用户体验速率;热点高容量场景的主要挑战是 1Gbp s 用户体验速率、数十 Gbps 峰值速率和数十 Tbps/ 的流量需求密度; 低功耗大连接场景的挑战不仅要求网络满足 100 万/km2 连接数密度指标要求,而且还要保证终端的超低功耗和超低成本; 低时延高可靠场景需要为用户提供毫秒级的端到端时延和接近 100% 的业务可靠性保证[1] 。综上可以总结出, 5G 网络系统功能的需求和用户体验随着用户场景的不同也大不相同。因此, 5G 的网络架构因该具有灵活性、可调能力、可编程能力以适应各种场景。同时 5G 网络架构的部署还用满足 ITU-R 描述的 5G 场景的 3 个基本要求: 提高移动带宽, 超可靠低时延通信, 多种设备类型通信。因此,5G 网络架构要求和设计原则总结如下。(1 )控制平面和用户平面要进一步地分开,而且能够被独立部署。(2 )网络结构设计应该更注重网络功能的实现而不是物理实体,网络功能应该模块化,网络架构应该支持按需调整。(3 )网络架构支持根据服务要求动态、灵活地分配网络资源。(4 )网络架构拥有向后兼容的能力以支持多网络/多 RAT 协调。(5 )具有更广泛更深入的网络功能[2] 。现有的无线网络架构中, 基站、服务网、分组网关除完成数据平面的功能外, 还需要参与一些控制平面的功能, 形成分布式的控制功能, 网络没有中心式的控制, 使得与无线相关的优化难以完成。同时各厂商的网络设备往往配备制造商自己定义的配置接口, 不仅需要通过复杂的控制协议来完成其配置功能, 而且其配置参数也很多, 配置、优化和网络管理都很 3 复杂[3] 。这种控制方式,使得运营商对自己部署的网络难以做到智能控制,业务创新方面能力受到限制。因此, SDN 的概念被引入网络,软件定义无线网络将成为无线网络发展的重要方向。 SDN 是斯坦福大学于 2009 年正式提出的, 它是为解决传统网络架构及操作模式暴露出的问题所提出来的一个计算机网络范例。目前开放式网络基金会( ONF )提出的 SDN 架构图已得到学术界和产业界的广泛认可,该结构主要由 3 层构成,自上而下分别为应用层、控制层和设施层,如图 1 所示。 SDN 架构中,最上层是应用层,包含了各种不同的业务和应用。中间是控制层包含各类 SDN 控制器, 主要负责处理平面资源的编排, 维护网络拓扑、状态信息等。在整个体系中, 信息都集中在基于软件的 SDN 控制器, 该控制器拥有网络整体视角, 能够以一种独立于供应商的方式控制网络终端[4] 。网络设备不再需要应用和理解不同网络协议标准,网络行为可以通过对集中控制器编程而实现, 而不需再使用分散在网络中不同设备的自定义配置, 这省去了许多时间和资源。最下层是基础设施层, 该层的主要功能是数据处理、转发和状态收集, 通过开放的标准接口为控制层提供服务。除了上述 3 个层次之外, 控制层与基础设施层、应用层之间的接口也是 SDN 架构中两个重要组成部分[5] 。控制层与基础设施层之间的接口称为南向接口, 控制器通过南向接口与基础设施设备进行交互, 获取设备状态信息,产生全局网络拓扑视图,并向