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关于5G移动通信网络架构中SDN与NFV技术的应用论文
【摘要】在当前的移动通信网络之中，关键在于突破软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）的相关技术难题。在此之前，我们了解到如果在5G网络架构中运用SDN和NFV技术，将产生很大程度上的便利；再者，对国际上SDN与NFV技术最前沿的研究状况进行了阐述，对以SDN/NFV的网络架构为基础的设计理念进行了探究；最后，综合各种因素对在SDN/NFV技术之上的5G网络架构展开了试探性的探讨，并且对其中技术上的重难点进行了剖析，提出了相应的解决方案，希望能够为行业发展做出一定的贡献。
关键词 软件定义网络；网络功能虚拟化；5G网络架构
一些市场研究机构经过调研得出这样一个结论，第五代移动通信（以下简称为5G）网络大概会在2017年左右把相关协议确立下来，实现商业化的时间暂定为2020年。然而，近年来互联网流量消耗量不断升高，市场方面需求紧迫，再加之第五代移动通信技术在未来战略中占据着重要的位置，因此，市场上早已开始了对5G网络技术的研究，5G网络的需求正变得越来越迫切。
在国内市场，部分企业和组织也顺应时代的发展，接连开启了对5G网络的技术攻关。国际上更是如此，各国电信运营商争相提出自己的5G设想，并且都在对自己的方案进行技术论证。显然，不管是国外还是国内，无论是运营商还是设备商，都开始了对5G技术研究的漫漫长路。各组织之间的较量对达成行业内的技术共识是十分重要的，对于行业巨头来说，这是获取专利抢占技术高地，决胜未来的关键时期。现在的5G技术，还没有在关键领域达成技术共识。也正因如此，移动通信领域将迎来巨大的变革，这也将带来前所未有的机遇和挑战。
一、将SDN和NFV引入5G网络架构所带来的好处
SDN严格来说是一种网络创新架构，它有一些明显的特点：
1）控制部分与转发部分是隔离开的；
2）控制集中化；
3）用到的软件接口都是被广泛定义的。
核心要点在于，把控制面与数据面隔开，转发的功能仅由硬件设备的下层实现，其上层则分离，用于集中实现控制，从而实现网络应用与功能的可编程性。在集中化的控制系统中，可以掌握所有用户的网络使用情况，进而在全局上对网络流量进行宏观调控，合理配制网络资源，提高对资源的利用率。
在未来的网络中可以科学合理的利用SDN的这些优势，使其可以在网络通信行业大展拳脚。正是由于SDN技术的合理运用，才使得移动网络的基本功能得到更加有效地发挥，这也使其纵向融合变成现实，简化网络的同时可以适应逐渐增长的接入速率。追根溯源，SDN首创于斯坦福大学，而NFV的概念则来源于运营商联盟，他们的目的在于处理硬件设施笨重、传统与难以拓展等问题的同时，可以更好地使用现有的网络，使得投资利益最大化。
在不久前发布的NFV白皮书中可以了解到，他们对于SDN与NFV的关系是这样定义的：首先，这两者有着一种互补关系，他们是可以实现融合的，不过两者并没有依赖关系，换句话说，也就是NFV可以实现独立的布置，而不用考虑SDN的影响。但是两者是存在互补性的，其主要表现在SDN能使NFV具有更大的兼容性和操作简便的特点，反过来，NFV的虚拟化等技术则可以提升SDN的灵活性。
二、目标网络架构初探
就目前市场现状来看，阿朗及中国的华为、中兴等信息通讯公司、各大主要研究机构与论坛等争相提出自己设想的5G白皮书，这些白皮书分别承载了各大公司对5G网络时代的展望，对市场供需关系的理解。当今世界的5G网络架构并不成熟，几乎所有构想都处于刚刚提出，正在进行技术认证的阶段。
在SDN与NFV等基础思想的指导下，设计的5G移动通信网络架构主要有以下三种设计思路：
（1）对网元功能采用划分处理
当前的网络有着封闭且无序的特点，甚至部分功能存在相互冲突的情况，这就需要重新定义网络功能，进行更加清晰地梳理和划分。第一步要做的就是将控制端与转发端进行分离，以及实现软件与硬件的解耦。通过分离可以实现将控制功能全部置于SDN控制器之上的目的，在转发面使用合适的转发设备，一般都是标准件，其优势在于成本低廉，他们在同一接口实现连接。在控制面和转发面上均可以实现扩容或升级功能，这就使得设备愈发便捷高效。
（2）网络功能抽象
在对各部分网元功能进行分开处理之后，还需要做共性提取的工作，经过一定规律的封装，将具有不同功能的模块分离出来，对各模块之间使用的连接口均采用标准件。对比于未划分之前的网络功能，经过分解的网络功能模块将变得越来越多，这就将使得接口和协议变得极为复杂。
经过抽象处理实现网络功能的模块化，在各功能模块之间使用API接口，使得他们更加具有开放性，在相关标准的基础上对其进行重组，让重组后的网元功能具有全网视图，同时尽量满足用户的需求，为客户带来最佳的业务数据流传送与整合方法，进而实现网络资源的合理利用，强化互联网的服务能力。
当今的互联网技术发展日新月异，基于互联网行业的创新实践多如牛毛，这一切的一切都与其使用公共硬件平台，让客户使用开放的API接口，简化民众创新环节，减少创新要求有着极为重要的联系。故而，将API公布给开发者，使其随意使用，互联网的设计与开发突破传统的只针对运营商，转变为面向更为广大的用户群体，让运营商有着更加灵便的网络能力，进而解决已有的因硬件问题而引发的升级困难、扩展性差等缺点。
（3）网络功能重构
将已经开放接口的各功能子模块分选出来，按照一定的需求进行组合使用，这样一来不但可以拥有基础的现有网络的基本功能，更重要的是可以让各组件相互独立，甚至实现动态性的伸缩，与此同时，可以结合未来的发展趋势进行快速研发、调试和合理布置，体现全新的功能。因此，在这个基础之上网络资源就能够实现共享，而且还能在实际业务的要求下进行按需编排和故障隔离等。这其实也就是进行重新划分并抽象的目的所在。
众所周知，IT技术具有灵活快速的优点，這一点也被电信网络所学习，在即将到来的5G时代，其网络架构将不可能是以往的固定、封闭的架构，取而代之的将是一个全新的依托于虚拟化技术的构架。对现有的模块进行划分及重组之后，不但可以实现最为基本的现有的网络功能，而且更重要的是可以减持冗余。举例说明，比如一些模块的功能或业务已然超过了使用寿命，而且也达到了退出市场的条件。但实际真的如此吗？根据测算其现有电路交换机的两千余个功能使用率甚至不超过百分之一，在模块化的基础之上，运营商就能够根据自己的实际需求进行选择，在最大限度利用投资资源的同时做到省去无用花费的目标。
三、结束语
文章在SDN和NFV技术的基础上，实现现有网络的解耦、抽象和重构，提出了一些创造性的使用设想，比如控制面与转发面实现分离、控制集中化、可编程的未来移动通信网络架构，并对未来移动通信的网络架构采取了试探性的摸索。经过总结分析可以知道，基于SDN和NFV的新型网络架构，不但能解决传统架构固有的一些缺点，还能够满足未来不断增多的新业务对网络可编程和快速响应的要求。
【参考文献】
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