5G移动通信网络架构中SDN和NFV应用

摘要：随着5G通信技术的日渐成熟，给人们在网络通信方面带来全新的体验，但是在具体的应用中，5G通信技术还有很多技术进行研究。SDN和NFV技术在5G通信网络中的应用，提高了网络通信效率，还有利于系统数据转发功能的分离。通过对SDN和NFV技术在5G通信网络中的应用优势进行分析，提出了基于SDN和NFV技术技术的5G网络架构，深入分析了SDN和NFV技术在5G移动通信网络中的应用。

关键词：5G；移动通信；SDN；NFV

1SDN和NFV技术优势分析

1.1SDN技术的优势

（1）集中控制。SDN（SoftwareDefinedNetrork，软件定义网络的简写）具有软件控制与资源转移的等特征，并能将移动网络通信中控制逻辑有效地集中在一起。SDN技术的控制器，可以有效的捕捉整个移动网络的动态转发表、网络的全局静态拓扑、移动网络通信的故障状态以及移动通信网络中的资源利用效率等情况，并能结合网络通信的具体业务需求，可以对资源进行统一优化与配置。利用SDN的可编程技术，可以利用其来部署网络的通用硬件与高级软件来代替移动通信网络中的昂贵的通信设备，进而实现不同设备制造商之间的不兼容的状况。SDN技术实现网络功能的虚拟化，促进移动通信网络更加开放与可编程的能力，便于移动服务商在开发新业务时，只需要完成网络软件与应用的更新，而不需要硬件升级，不仅降低网络的运维成本与开销，其网络结构如图1所示：

（2）促进网络的虚拟化。SDN的网络结构具有一定的开发性与统一性，能有效的避免网络通信设备转发中存在的差异性，能快速的实现软件与硬件之间的解耦，提高网络的稳定性，在SDN处在网络结构的控制层，在物理网络与逻辑网络分隔之后，整个网络的逻辑结构能突破网络的束缚，根据移动通信网络的需求，自动对网络的资源进行迁移与调配，而且在网络通信的过程中，还可根据用户共享模式，提供个性化技术支持服务，有利于提高用户的网络体验服务。

（3）开放接口。SDN技术的通信结构具有规划的特点，有利于网络通信软件的集成，在通信接口开放的过程中，能根据网络资源与用户的需求，自动为网络用户调配相应的通信资源，而且采用SDN技术可以不受专用硬件设备的限制，便于网络用户根据需要自由开发新型的网络通信业务，不仅提高网络通信的效率，也极大的缩短了新型通信网络的业务开发适应时间。

1.2NFV技术优势

（1）业务的创新性。NFV（NetworkFunctionsVirtualization，网络功能虚拟化的简称）是移动网络通信中的核心技术，它所具备的网络功能具有一定的软件化优势，能快速地对新型网络提供技术支持服务，对5G移动通信网络、固定通信网络以及网络通信数据的全部平面化的控制，有利于强化移动网络通信的资源配置与网络带宽的自动化配置，提高了5G网络的灵活性。

（2）提升网络配置系统的工作效率。同样，利用NFV技术也可以实现移动通信硬件与软件的配合，实现硬件与软件功能解耦合，提高移动网络通信系统的弹性，可以有效的降低移动通信过程中硬件调配的损耗，使得系统能够根据用户通信的需求，自动为用户配置通信资源，提高了网络通信的效率。NFV技术利用虚拟化网元与软件通信技术，将不同的网络设备联系在一起，能快速的实现数据的有效传输与控制，从而也能动态的调整网络资源分配。

2SDN和NFV技术5G移动通信网络架构应用优势

2.1提高5G通信网络的业务开发效率

利用SDN和NFV技术的开放性，可以在5G通信网络中部署高级软件与硬件设备，从而可以提高网络的部署效率，降低5G网络的建设成本。利用SDN和NFV技术可以实现5G移动网络虚拟化技术，通过编程开发将同通信标准的网络硬件组合在一起，不仅便于5G服务商开发新的业务，实现网络软件的全面革新，使得5G网络摆脱了依赖传统软件的升级的方法，利用SDN和NFV技术提高了移动通信网络软件管理效率，也保证了5G移动通信网络架构创新的集中化管理。同时，针对5G移动网络中数据传输带宽的要求，利用SDN和NFV技术能实现对5G通信网络的全网流量的控制，提高5G通信网络的资源利用效率，而且使得5G网络资源的调用更加灵活、便捷、高效，并能缩短5G网络新型业务的设计、部署与开发的周期，能快速的实现5G移动通信网络架构的创新性。例如，在对网络数据通道的承载参数进行配置时，可以采用如表1所示的配置方式，来提高5G网络的数据通信效率。

2.2促进网络功能全面编程化

SDN和NFV技术在5G通信网络中的应用，使得移动通信网络中的设备参数数据面与系统控制面的分离控制，而SDN技术在实施移动网络控制功能时，主要采用的独立编程的软件方式，通过对应用程序、网络参数的设置，并结合移动通信的网络逻辑控制，从而能实现虚拟网络的有效控制与调控，达到对通信网络资源的调配，通过网络智能功能的设计与分析，主要是以协议标准接口的方式，并采用API协议统一分配的方式，对网络性能的进行落实与调整。而NFV技术则采用虚拟化技术在5G移动通信网络设备连接在一起，并利用大容量的服务器、交换机等网络设备，实现移动通信数据的传输与控制。因此，利用SDN技术和NFV技术的结合，对移动通信网络的运行状态进行控制，实现通信网络的智能化数据控制与管理。

2.3SDN技术与NFV技术具有互补性

SDN技术的编程功能可以实现5G网络通信系统的软件控制，而NFV技术可以实现对通信网络的硬件控制，二者之间较强的互补性，实现了5G通信网络的软件与硬件功能的融合，同时还能有效的保证网络通信的独立性。在二者联合使用时，可以将传统移动通信网络中的业务从而专用位置与通信硬件设备中分离出，提高了网络通通信的效率。例如，云数据统计的状态下，利用NFV技术对网络的路由器、防火墙、负载均衡器处理等网络设备进行控制，并利用SDN和NFV技术的互补性，可以有效降低投资成本，而且SDN和NFV之间可以相互补充，以相互融合的方式，可以有效的对服务器架构进行处理。

3基于SDN与NFV技术的5G移动通信网络架构

3.1基于SDN与NFV技术的网络架构分析

（1）利用SDN和NFV技术的编程控制功能与虚拟化控制的能力，将它们融入到5G移动通信网络结构中，利用SDN技术的分离转发功能，优化5G网络的结构调整，实现移动通信网络资源的自动化配置，并提高网络自动化及动态资源的重新配置，以提高网络通信的效率。

（2）在强化控制平台及用户平面的前提下，利用SDN和NFV技术促使网络通信的数据与网络设备的分离，并充分利用云计算系统，对5G通信移动中的数据进行控制，进而实现独立部署的有效落实，便于对整个通信网络中的用户数据进行动态控制，实现通信系统软件功能的加载与提升，实现数据处理的自动化控制功能。

（3）在对5G移动通信网络数据传输与控制中，利用SDN和NFV技术对网络通信的物理实体进行控制，实现网络通信架构中的物理功能，并从网络功能的软件化、模块化等出发，综合对网络硬件设备进行控制，实现网络资源与通信服务的优化配置。

（4）针对5G通信网络中的大容量数据的传输，利用SDN与NFV技术的分层结构优势，对网络功能与各个功能模块，进行动态化的调整。在对网络结构服务进行设计需要从动态网络资源配置来控制网络通信资源，灵活的调配网络冗余控制以及降低数据传输的延时性，以提高5G移动通信的网络带宽，从而达到提高网络通信的信息吞吐量与网络数据传输的效率。

3.25G移动通信网络中SDN与NFV的功能分析

（1）网元功能分解。SDN与NFV技术在5G移动通信网络中应用，将网络分为标准化与虚拟化等关键部分，在进行通信数据传输的过程中，为了实现网络通信中的控制分析、数据集中转发等功能，以创建网络切片的方式，实现对数据处理、技术标准构建等功能。5G通信网络实现功能重复、通信网络架构优化主要将数据的传输分为管理节点、数据面节点、控制面节点来实现网络资源的调配与动态化管理，并以此实现数据转发及控制分离等功能，也能实现虚拟通信的功能。在对移动通信系统的软件、硬件进行解耦时，需要利用SDN对控制功能进行调整，解决通信接口传输问题，并依照通用转发的标准数据，结合网络资源及时对数据信息进行处理及调整，优化网络通信资源的控制，从而能实现网元功能的分解与调整。在对移动网络的控制面板、转发面等功能等进行升级与扩容时，利用SDN与NFV技术对移动通信网络架构、功能模块设计等功能进行优化，不仅有利于促进网络通信系统的软硬件解耦，还有利于对网络通信的接口标准与运行性能等进行优化处理，在实现对网络通信优化组合的同时，还能降低网络通信系统建设的成本，提高系统资源的利用效率。

（2）网络功能重构。在5G通信网络中，利用SDN与NFV技术实现网络的重构，主要在对开放接口的各个功能子模块等进行重组与分析，采用封闭的框架、虚拟化的技术与开放的API技术，按照通信网络的业务需求进行灵活的组合，实现网络通信功能的快速重构，例如可以针对用户某项业务，某个用户的某一个业务流的特定需求来提供网络资源与优化网络通信效率。SDN与NFV技术从功能组件、业务开发、网络控制转发等角度出发，改善了5G通信网络的数据模式，并完善了通信功能模块的检测，实现相对数据功能的业务拓展，在系统的业务需求、资源共享等方面进行重新组合，能自动隔离网络通信的故障，从而能实现网络通信故障的自动化处理。在5G通信网络的使用过程中，利用NFV技术的虚拟化功能，可以对网络架构进行功能化组件的架构，并采用API接口，实现网络通信数据业务的控制与转发，从而实现了不同数据模块之间调整与转换，根据业务系统的能力需求，对网络资源的划分、重构进行调整，在提高网络通信的效率同时，还能减少网络系统中的冗余功能。

3.3SDN与NFV技术在5G通信中的创新应用

（1）无线网络资源动态配置。5G移动通信网络架构，利用SDN技术与NFV技术也能将无线网络资源融合在一起，实现资源的实时调动，无线通信网络在分片的基础上，保证RAN网络、通信传输业务的正常通信，如果网络容量、传输数据出现大容量时，容易发生网络拥挤，影响网络通信的效率，利用SDSN技术控制，通过提前对网络通信环境进行预测，设置网络通信的传输规则，从而能有效对网络通信的无线资源与网络资源进行配置，不仅抑制了网络通信的拥挤，还能优化网络资源，降低网络通信的安全事故。

（2）实现网路功能的虚拟化。为了保证5G网络通信的开放性，利用VFV技术的虚拟化功能来解决网络的冲突，在传统的网络系统中，由于网络设备的运行具有一定的封闭性，往往容易导致网络通信出现无序的情况，给网络通信带来冲突。通过使用NFV技术中的X86硬件以及网络虚拟化技术，优化了网络通信的功能，而且利用SDN技术的功能抽象以及软硬件解耦，使得网络硬件与软件之间的联合变得灵活，突破传统网络通信的限制，从而能有效的提高网络架构的灵活性与拓展性。例如，在对C-RAN架构进行虚拟化设计时，采用轻量化的移动、IP承载与数据分离的方式来设计网络切片，在实现网络匹配的基础上，需要利用切片模型，可以有效地对信息数据的传输、虚拟化网络的功能以及网络管理软件进行编排控制，从而能提高网络传输的效果，以及网络资源的控制，构建如图2所示5G网络切片模型。

4结语

通过对SDN和NFV技术，探究了它们在5G网络通信中的应用，并对现有网络采用解耦、抽象和重构的方法进行分析，详细地探究了5G通信网络中SDN和NFV技术技术的具体应用与实施途径，并对未来移动通信的网络架构进行了初步的探索，提出网络通信的系统构建，认为基于SDN和NFV的新型网络架构，克服了网络通信的不足，提高了网络通信的效率。

参考文献：

[1]杨军.软件定义网络及网络功能虚拟化技术发展趋势及运营商应用[J].广东通信技术,2019(5):12-16.

[2]王志国,李向诚.软件定义网络和网络功能虚拟化技术的探讨[J].广西通信技术,2020(4):9-12.

作者:张小容 单位:中通服建设有限公司