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浅谈SDN与NFV在5G网络中的应用

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·218·科技与应用经济与社会发展研究

浅谈SDN与NFV在5G网络中的应用

专利审查协作江苏中心电学部 吴瑶裔

摘要：SDN和NFV都是目前新兴的前沿技术，其中SDN实现了控制与转发的分离，有效解决了网络资源的灵活配置问题，而NFV是对网元设

备结构的重新定义，将网络服务从与专用硬件及位置的紧耦合关系中分离出来。这两项技术的重要特征保证了它们在5G技术中能有广泛的应

用空间，本文结合典型的业务场景，简述了它们在移动通信网络中的应用。关键词：SDN；NFV；网络切片；5G

一、SDN与NFV

（一）定义

ＳＤＮ，即软件定义网络（Ｓｏｆｔｗａｒｅ　Ｄｅｆｉｎｅｄ　

Ｎｅｔｗｏｒｋ），是一种新型网络创新架构，是网络

虚拟化的一种实现方式，其核心思想是将网络

设备的控制面与数据面分离开来，从而实现了

网络流量的灵活控制，使网络设计和实现变得

更加智能。

ＮＦＶ，即网络功能虚拟化（Ｎｅｔｗｏｒｋ　

Ｆｕｎｃｔｉｏｎ　Ｖｉｒｔｕａｌｉｚａｔｉｏｎ），通过使用Ｘ８６等通用

硬件以及虚拟化技术，来承载专用硬件的软件

功能，从而降低昂贵的设备成本。利用软硬件

解耦及功能抽象，与虚拟化技术相结合，使得

网络设备功能不再依赖于专用硬件，实现新业

务的快速开发和部署，并基于实际业务需求进

行自动部署、弹性伸缩、故障隔离和自愈等。

（二）区别和联系

由以上的定义中可以初步看出，两者并不

互相依赖，而是一种相互互补的关系，ＮＦＶ实

现的网络功能可以在没有ＳＤＮ的情况下进行

虚拟化和部署，然而这两个理念和方案结合可

以产生潜在的、更大的价值。ＮＦＶ的软件设备

快速部署以及ＶＮＦ之间网络快速建立，需要

ＳＤＮ技术提供网络自动化和虚拟化能力。而

ＳＤＮ业务场景中的一些网络诉求，比如能够快

速提供虚拟网络、快速部署增值业务和网络功

能设备等这些快速业务上线需求，需要ＮＦＶ

的软件网络设备（ｖＦＷ、ｖＬＢ、ｖＲｏｕｔｅｒ）的支撑。

二、5G与5G关键技术

５Ｇ技术，即第五代移动电话行动通信标

准，是４Ｇ技术向后的延伸。作为新一代信息

通讯发展的主要方向，５Ｇ将渗透到未来社会

的各个领域，以用户为中心构建全方位的信息

生态系统。

５Ｇ能提供比４Ｇ更高的指标，主要体现在

高带宽、低时延和大连接三个方面。相比前几

代通信技术，无线传输技术和网络技术的创新

是５Ｇ的关键技术，无线传输技术本文先不展开。

对于网络技术的创新点，主要表现在网络切片

技术、边缘计算技术和面向服务的网络体系架构。

（１）网络切片是基于ＮＦＶ和ＳＤＮ技术

对网络资源进行虚拟化演进，可以对不同用户

不同业务打包提供资源，优化端到端服务体验，

具备更好的安全隔离特性。

（２）边缘计算技术提供在网络边缘电信

级的运算和存储资源，并通过业务处理本地化，降低回传链路负荷的方式减小业务传输时延。

（３）５Ｇ核心网采用面向服务的网络体系

架构设计，因其资源粒度更小，更适合虚拟化，

同时定义基于服务的接口，使网络形态更加开

放并能融合更多的业务形态。

三、基于SDN和NFV的网络切片技术

５Ｇ的三个主要业务应用场景，分别是

ｅＭＢＢ（增强型移动宽带）、ｕＲＬＬＣ（高可靠低

延时通信）和ｍＭＴＣ（海量机器通信），根据

３个业务场景的应用要求，对５Ｇ技术提出了

网络、时延、连接数、峰值、容量等不同的要求，

特别是在物联网万物互联构想中，在不同场景

应用时的网络和时延要求有很大差异。运营商

要开展物联网业务，涉及到与物联网服务提供

商的合作和定制化，如何为合作伙伴提供一张

按需定制、独立运维、稳定高效的网络，也就

成了亟需解决的技术需求。

基于以上需求，在５Ｇ的技术架构设计了

网络切片功能，将整个网络切成多个子网络，

针对子网络应用不同的服务质量，网络资源通

过虚拟化动态调整策略以满足特定的需求，技

术上通过ＮＦＶ和ＳＤＮ技术来实现。

（１）ＳＤＮ一般通过ＯｐｅｎＦｌｏｗ协议实现控

制面和数据面分离，将网络控制面整合于一体。

网络控制面对网络数据面有全面的统筹，如路

由协议交换、路由表生成等路由功能均在统一

的控制面完成。控制面初始化网络拓扑后，实

时更新网络拓扑，向每个转发节点发送转发表，

每个节点根据转发表在网络内传送用户数据。

此外，５Ｇ网络由ＳＤＮ控制器执行映射关系下

发，通过ＳＤＮ技术连接边缘云和中心云里的

虚拟机，实现虚拟机间的逻辑连接，构建承载

信令和数据流的通路，最终实现接入网和核心

网功能单元动态连接，配置端到端的业务链，

实现灵活组网。

（２）通过ＮＦＶ技术将５Ｇ网络中的专用

电信设备的软硬件功能（如核心网中的网元，

无线接入网中的数字单元ＤＵ等）转移到虚拟

机（ＶＭｓ）上，在通用的商用服务器上通过软

件来实现网元功能。实现底层物理资源到虚拟

化资源的映射，构造虚拟机（ＶＭｓ）加载网络

逻辑功能（ＶＮＦ），虚拟化系统实现对虚拟化

基础设施平台的统一管理和资源的动态重配置。

（３）网络切片主要包括的切片管理和切

片选择两项功能，是ＳＤＮ和ＮＦＶ应用于５Ｇ

阶段的关键特征。一个网络切片将构成一个端到端的逻辑网络，按业务需求方的需求灵活地

提供一种或多种网络服务。

四、网络架构设计

移动通信网络基本可以分为无线网、承载

网和核心网，通过ＳＤＮ／ＮＦＶ的技术进行统一整

合后，５Ｇ网络架构的设计思路也在向前推进。

当前的主要思路是对网元功能进行分解，采用

标准通用的设备实现，更加灵活高效；另外通

过将网络功能抽象化，网络功能模块化和组件

化，以提供开放的接口兼容更多的业务需求。

从设计实现上，５Ｇ组网逻辑上由接入平

面、控制平面和转发平面组成，以控制功能为

核心，以网络接入和转发功能为基础资源，向

上提供管理编排和网络开放的服务，形成了管

理编排层、网络控制层、网络资源层的三层网

络功能视图。

借助于模块化的功能设计和高效的ＮＦＶ／

ＳＤＮ平台。在５Ｇ组网实现中，上述组网功能

元素部署位置无需与实际地理位置严格绑定，

而是可以根据每个运营商的网络规划、业务需

求、流量优化、用户体验和传输成本等因素综

合考虑，对不同层级的功能加以灵活整合，实

现多数据中心和跨地理区域的功能部署。

五、小结

本文基于ＳＤＮ和ＮＦＶ技术，对５Ｇ网络

切片技术和网络功能设计进行了阐述，针对控

制转发分离和虚拟化应用特征，分析认为通过

ＳＤＮ和ＮＦＶ技术不仅能克服现有网络的部分

缺点，同时还能满足未来不断丰富的新业务对

网络可编程和快速响应的要求。

参考文献

[1]赵明宇.SDN和NFV在5G移动通信

网络架构中的应用[J].研移动通

信,2015,39(14):64-68.

[2]ETSI ISG NFV. Network Functions

Virtualisation(NFV): Uses Cases,2013.图1 三层网络功能图

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sdn和nfv在5g移动通信网络架构中的运用探讨

sdn和nfv在5g移动通信网络架构中的运用探讨

TECHNOLOGY AND INFORMATIONIT技术论坛

38 科学与信息化2019年12月中SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的运用探讨

王丽

中移铁通甘肃分公司 甘肃 兰州 730030

摘 要 本文针对5G移动通信技术发展需求进行有效分析，并简要介绍了SDN和NFV技术优势，如提升网络系统的

虚拟化水平、实现集中控制目标、提升网络业务创新水平、提高了网络配置系统的整体运行效率等等，提出5G移动

通信网络架构当中SDN和NFV技术的具体应用，希望能够为相关学者提供良好借鉴。

关键词 SDN；NFV；5G移动通信网络架构

由于新型业务的不断出现，对无线移动通信技术要求越来

越高，5G移动通信网络的出现，有效满足了无线移动通信要

求。在5G移动通信网络架构之中，通过运用SDN和NFV技术，

不仅可以提升通信网络容量，而且显著提高了通信网络系统的

总体运行效率。基于此，本文深入探讨5G移动通信网络架构当

中SDN和NFV技术的应用要点。

1 5G移动通信技术发展需求分析

移动互联网的飞速发展，传统的运营商语言与短信等业务

逐渐被各类互联网应用所取代，移动运营商需要运用先进的优

化措施，对既有的业务进行创新。在5G移动通信网络架构当

中，应用SDN和NFV技术，可以保证各项移动通信业务创新水

平得到显著提升。在5G移动通信网络时代背景之下，海量数据

实现相互交换，用户的各项难题得到有效解决，提高网络的自

动化水平，保证网络资源得到高效配置。此外，由于用户数量

的逐年增多，控制平面和用户平面实现了独立运行，对5G移动

通信网络提出了更高的要求，网络功能实现模块化，提高用户

的满意度[1]。

2 SDN和NFV技术优势2.1 SDN技术优势

第一，实现集中控制目标。SDN具备控制软件与资源转发

特点，表明此项技术可以控制逻辑，并将各项资源进行集中处

理。SDN技术所包含的控制器，可以捕捉网络动态，包括网络

静态拓扑等一系列信息，显著提升资源利用率，进而实现网络

SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的应用路径

SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的应用路径

龙源期刊网

SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的应用路径

作者：马碧波

来源：《科学大众》2019年第12期

摘; ;要：5G技术的出现，在很大程度上为移动通信技术的发展提供了新的思路，与此同时，相关技术的研究与优化也成为各个技术人员以及科研人员重点关注的问题。SDN和NFV技术作为5G技术的核心，其在通信网络架构中的应用在一定程度上决定着5G技术应用的稳定性。所以，文章针对SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的应用路径进行了简要的分析。

关键词：软件定义网络;网络功能虚拟化;网络架构

在5G技术应用过程中，软件定义网络（Software Defined Network，SDN）和网络功能虚拟化（Network Functions Virtualization，NFV）技术具有相当明显的优势，并且这些技术的应用，能够进一步促进5G技术的发展。具体来说，两种技术的应用大大提高了网络的灵活性以及运行效率，并提升了网络设备的容量，时延性能也得到了有效的改善。所以，对于SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的应用路径进行分析是十分必要的。

1; ; SDN的技术优势

在集中控制上，SDN表现出良好的技术优势，并且具有转发资源、控制软件的技术特点，能够有效集中控制逻辑。另外，运用该技术的设备能够实现全网络动态转发表的捕捉，还能捕捉到故障状态、全局静态拓扑等信息，能够根据实际的需求完成资源的优化与调配[1]。传统网络与SDN网络链路负载情况如图1所示。

SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的应用分析

SDN和NFV在5G移动通信网络架构中的应用分析

ＳＹＳ　ＰＲＡＣＴＩＣＥ　系统实践　

ＳＤＮ和ＮＦＶ在　移　网　中的应用分析　

摘要：５Ｇ移动通信网络的主要目标就是让终端客户始终处于联网的状态。对于５ＧＮ络不再只支　持智能手机，还会有一些智能手表、健身腕表等，这些都是在４Ｇ网络的基础上进行加工和升级，它　具有较高的数据传播速度，也能有效地解决目前移动通信波段资源枯竭的问题。而在５Ｇ移动网络运　行中，利用的是ＳＤＮ和ＮＦＶ，这两种都是网络的主要架构组成部分，结合这两个组成部分．从而实现　网络流量的灵活控制，资源可以充分灵活共享，使网络作为管道变得更加智能。　关键词：ＳＤＮ；ＮＦｖ；５Ｇ移动通信网络　

一、８ＤＮ和ＮＦＶ两大技术的优势　

（一）ＳＤＮ技术的优势。ＳＤＮ即软件定义网络，它是一　种转型的网络，而该技术对企业具有重大意义的三要素是指：　

自动化、快速应用部署，以及简单的网络管理。　在公有云环境内运行应用的企业通常会使用一个白助门　

户来手动提供所需的资源。这不仅耗时费财，还会让企业因　

为人为导致的错误配置而容易受到攻击。通过ＳＤＮ，客户只　

需要选择自己想要在云中运行的应用和必要的资源。通过编　排，智能控制平面利用计算、存储和网络资源的最佳配置而　

直观地部署服务。如果员Ｔ不必手动配置交付应用所需的计　

算、存储和网络资源，那么企业就能够更快上线并运行新服　

务　。除了让员丁易于访问，ＳＤＮ还可增强公司的竞争优势，　因为它能够快速响应不断变化的业务，并缩短新产品进入市　

场的时间。　（二）ＮＦｖ技术的优势。ＮＦＶ即网络虚拟化，它的主要　

功能是依赖于网络的优势，简化了通信服务提供商服务。采　崩互联网自动系列处理器，通过ＤＮＡ可集成多核计算性能、　

虚拟化硬件加速、加密、压缩负荷，以及以太网端口，就可　

以设置一个坚实可靠的软件定义架构，也就是说，服务实现　

灵活的服务扩展，适用家庭办公，中小企业的用户。它可以　创建虚拟机运行可靠的虚拟环境。利用英特尔虚拟化技术，　

ＤＮＡ可以有效地分配硬件资源来处理内存密集型虚拟化Ｔ作　负载，支持Ｉ／Ｏ虚拟化，同时保留虚拟网络功能的计算能力，　

软件定义网络(sdn)和网络功能虚拟化(nfv)在5g中的应用

软件定义网络(sdn)和网络功能虚拟化(nfv)在5g中的应用

5G Lecture5G讲座DCW

5数字通信世界2019.121 SDN在5G网络中的应用1.1 SDN的基本概念和原理图1是一个简单的通信网络示意图。为了实现用户之间的互联通，需要有中间（交换）节点和连接链路。这些节点的主要功就是转发，它们可以是路由器，网关，交换机或子网等。图1 简单的通信网络示意图在互联网的OSI分层中，网络层处于第3层，其主要功能有：（1）传输路径确定：网络层必需确定信息数据包（分组）从发送用户到接收用户所流经的路径，即路由的选择。（2）交换：以路由器作为交换节点为例，当某一数据分组到达一路由器的入口时，路由器必需将它送到适当的输出端口和链路，也即将来自某一链路的数据包交换输出到另一链路去，最终转发到目的地。（3）建立呼叫：一般，在数据实际发送之前，发方与收方之间应先“握手”，以建立所需状态信息（如序列号和初始流控制窗口的大小等）。交换节点设备的组成包括硬件与软件，仍以路由器为例，它包含一中央处理器（CPU），是路由器的核心；此外，还有多种内存，用作存储配置，路由器操作系统，路由协议软件等内容。路由协议的核心是路由算法，用来确定所转发分组的传送路径。对于给定的一组路由器，通过路由算法找到一条从源到目的地“好”的路径，“好路径”普遍公认的一条标准，是“成本最低”。当所有链路成本相同时，最低成本的路径也就是最短路径，即源与目的地之间的链路数最少。当然，考虑到网络运行的动态变化，以及数据流转发的优先等级等，还有其他一些路由准则和算法。一旦路由确定之后，便要指令数据（包）沿指定的路径传送，因此需要有一套控制功能。于是在网络层中形成了控制与数据平面。通常，控制平面与数据平面是捆绑在一起的。对于规模很大、种类繁多的复杂网络而言，会给制造商、运营商或来诸多挑战，如为了扩展和增加新的业务，必需补充新的硬件和软件，这就要增加资金和时间的投入。为有效应对诸如此类的挑战，软件定义网络（SDN，Software Defi ned Networking）便应运而生。按照ONF（Open Networking Foundstion）的定义，SDN是动态的、可管理的、高性价比的和适用性强的技术，这里，控制与数据转发和基本的基础设施分离（去耦），对于网络业务和应用是直接可编程的。SDN的基本架构概念如图2所示[1]。图2 SDN的基本架构概念图2中，管理平面包含功能，如路由、业务工程，利用该平面功能和应用程序接口（API）来管理和控制基础设施；控制平面是控制数据的平面，逻辑上集中在控制器内；数据平面是由互联的转发设备组成的网络基础设施，转发设备是用于数据转发的硬件或软件；北边接口是由控制平面开发网络控制和管理应用提供的应用接口；南边接口是（对数据平面程序的指令集）+（控制与数据平面之间的协议）。据报导，Open Flow是较早推出的一种用于南边接口的软件工具。图3给出了SDN与传统（常规）网络基本组成的比较[2]。图3 传统网络与SDN网络基本组成的比较由图3可见，传统网络是基于硬件构成的，不同网络种类的交换节点的硬件配备不同的支持软件，这样，就限制了运作的通用性。在SDN中，用软件来调度和管理网络，其核心是控制平面与数据平面分离（去耦），将复杂的控制逻辑功能集中到控制平面。进一步比较SDN与传统网络之间的差别如表1所示[2]。软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）在5G中的应用钟　旻摘要：在本讲座中，介绍了SDN和NFV的基本概念和原理，并阐述了其在5G中的应用。关键词：软件定义网络；网络功能虚拟化；5Gdoi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.12.002中图分类号：TN929.53 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）12-0005-03The Duplex Mode for 5G Mobile CommunicationsZhong MinAbstract：In this lecture，basic concept and principle of SDN & NFV are introdeced，its applications in 5G are elaborated.Keywords：software defi nd network（SDR）；network functions virtualization（NFV）；5G讲座5G LectureDIGITCW5G