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基于SDN的5G移動通信網(wǎng)絡架構研究①

2020-03-03 11:24黃宗偉
關鍵詞:網(wǎng)絡系統(tǒng)架構傳輸

黃宗偉

(廣東郵電職業(yè)技術學院,廣東 廣州 510630)

隨著科學技術的不斷發(fā)展,5G移動通信網(wǎng)絡也逐漸向商業(yè)化模式轉變,其具有低時延、高網(wǎng)速、大容納量、穩(wěn)定傳輸?shù)葍?yōu)勢,可應用于多服務場景中。5G移動通信網(wǎng)絡依據(jù)陣列技術、多址技術等可實現(xiàn)軟件定義網(wǎng)絡內數(shù)據(jù)信息的虛擬化運行,為網(wǎng)絡區(qū)域內數(shù)據(jù)信息提供傳輸保障。

一、SDN特性論述

(一)SDN框架

軟件定義網(wǎng)絡(SDN)作為一種虛擬化網(wǎng)絡的架構方式,主要是將控制面、數(shù)據(jù)面進行分離,進而實現(xiàn)網(wǎng)絡流量的分流處理,提升網(wǎng)絡渠道處理信息的速率。當前SDN網(wǎng)絡構架一般由應用層、控制層、設施層組成。SDN中的應用層通過開放接口對數(shù)據(jù)信息進行傳輸,其主要負責業(yè)務應用,一般包括訪問功能、決策功能、管理、分流等??刂茖右话阋钥刂破?、服務協(xié)議為主,其起到數(shù)據(jù)交互傳輸?shù)淖饔?,上位機為應用層,下位機為設施層,可將設施層的數(shù)據(jù)信息進行控制器和數(shù)據(jù)協(xié)議等,傳輸?shù)綉脤?,以保證系統(tǒng)可執(zhí)行正確指令,進而使信息完成周期型反饋。設施層則是以設備為主,在控制層的數(shù)據(jù)傳輸下,可實現(xiàn)數(shù)據(jù)指令的精準執(zhí)行。同時可針對用戶單元進行流量分化處理,以完成基層設備的各項操控,進而使網(wǎng)絡運行環(huán)境得到簡化。SDN網(wǎng)絡中,一般對模塊進行集成化處理,以將數(shù)據(jù)運行體系進行簡化,降低實際工作配置需求,提升系統(tǒng)運行的魯棒性,進而推動網(wǎng)絡虛擬化模塊的發(fā)展進程。

(二)SDN關鍵技術

SDN在應用過程中,一般以協(xié)議技術、控制器技術、擴展技術等為主。首先,協(xié)議技術是針對數(shù)據(jù)信息的傳輸進行控制,以保證數(shù)據(jù)可在控制層、傳輸層、應用層等精準傳輸,同時針對數(shù)據(jù)接口進行數(shù)據(jù)分流控制,提升數(shù)據(jù)協(xié)議之間的容錯性。其次,控制器技術數(shù)據(jù)在傳輸過程中,以SDN控制器對數(shù)據(jù)信息進行相關指令操控,以實現(xiàn)系統(tǒng)的集成化管理。同時SDN控制技術可實現(xiàn)拓撲網(wǎng)絡信息的高效率傳輸,使數(shù)據(jù)信息可進行單向傳輸、反饋式傳輸?shù)裙δ?,通過對網(wǎng)絡資源進行集成化處理,可實現(xiàn)虛擬化技術的特性,因此需不斷地完善SDN控制技術才可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準操控。最后,擴展技術可使數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)對接型傳輸,并可將數(shù)據(jù)信息分離出來,以提升數(shù)據(jù)信息的實際處理效率,并可有效避免網(wǎng)絡的負載運行,進而使網(wǎng)絡性能得到提升。

二、5G移動通信網(wǎng)絡模式

(一)應用模式

當前技術的不斷進步,為通信行業(yè)的發(fā)展帶來契機,同時也為互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字技術的發(fā)展帶來挑戰(zhàn)。移動通信網(wǎng)絡作為信號傳輸介質,使人們通過網(wǎng)絡實現(xiàn)相互交流,當前5G移動通信網(wǎng)絡技術已逐漸趨于完善,其可滿足使用者的不同需求,并具有覆蓋廣、密度大、低耗能、高時效性等特點,可提升數(shù)據(jù)信息的處理效率。

5G移動通信網(wǎng)絡可對覆蓋范圍內的用戶單元進行精準數(shù)據(jù)銜接,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪B續(xù)性,為用戶提升流暢的操作體驗。同時在5G覆蓋區(qū)域,可實現(xiàn)網(wǎng)絡的透明化運營,即在覆蓋區(qū)域內的任何一個地點(屏蔽區(qū)除外),都可使網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸速率達到100M/s,以滿足用戶的數(shù)據(jù)使用需求。5G網(wǎng)絡的高密度性可對網(wǎng)絡覆蓋范圍內的用戶提供等量數(shù)據(jù)傳輸,使數(shù)據(jù)傳輸速率不在受用戶單元個數(shù)限制,進而滿足用戶的實際使用需求。5G網(wǎng)絡系統(tǒng)低能耗的特性,可作為構建智能網(wǎng)絡的載體,將其應用到農業(yè)、林業(yè)、環(huán)境監(jiān)測中,利用數(shù)據(jù)的多點位傳輸模式、低能耗的特性,可對網(wǎng)絡系統(tǒng)內的運行數(shù)據(jù)進行精準傳輸,進而為系統(tǒng)運行提供安全保障。5G網(wǎng)絡高時效性的優(yōu)勢,可應用到工業(yè)生產(chǎn)、互聯(lián)網(wǎng)控制中,將數(shù)據(jù)信息進行時效性反饋,為工業(yè)生產(chǎn)設備的操控系統(tǒng)提供節(jié)點型信息,以提升設備的運行的精準性,進而促進工業(yè)的精度化發(fā)展。

(二)技術特性

5G移動通信網(wǎng)絡采用天線陣列技術,利用天線之間對信號進行傳輸,以實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)流的運轉,進而提升網(wǎng)絡覆蓋范圍內用戶單元的接收頻率。當前5G技術以華為公司為先進主導,以多為調制、擴頻技術為主,可令數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾食銎胀ňW(wǎng)絡構架下的三倍,同時無差別共享技術可使用戶單元接收到的數(shù)據(jù)信息處于均衡狀態(tài)。其他技術部門提出的多元碼、疊加編碼、圖樣多址技術,可有效提升數(shù)據(jù)的時效性處理速率等。密度組網(wǎng)技術可提升網(wǎng)絡區(qū)域內熱點的密度集,提升熱點效率的兼容性與共享性,使頻率可進行疊加使用,同時密度型組網(wǎng)技術可通過頻率、頻譜的精準辨別,提升頻譜資源的傳輸效率、系統(tǒng)容量等。

5G移動通信網(wǎng)絡在對數(shù)據(jù)進行處理時,需通過無線接口技術、集成處理技術等,對網(wǎng)絡區(qū)域內的多樣化通信業(yè)務進行處理,以保證網(wǎng)絡的異型傳輸介質的兼容性。同時5G網(wǎng)絡通過在架構區(qū)域內布置蜂窩型數(shù)據(jù)小區(qū),可降低建設成本,并可以蜂窩小區(qū)為傳輸節(jié)點實現(xiàn)小范圍區(qū)域內的數(shù)據(jù)傳輸,降低用戶單元之間的信息干擾,以提升網(wǎng)絡區(qū)域內傳輸性能。

三、基于SDN的5G移動通信網(wǎng)絡架構研究

(一)5G云架構

當前云技術、SDN技術得到快速發(fā)展,5G移動通信網(wǎng)絡作為前沿性技術,其可對依賴于網(wǎng)絡技術生存的企業(yè)等做出巨大貢獻。在對5G網(wǎng)絡進行構建時,將SDN技術融合到系統(tǒng)的組網(wǎng)過程中,可簡化通信網(wǎng)絡的傳輸流程,并可實現(xiàn)拓展型管理。此種模式下的網(wǎng)絡組成一般為接入云、局域云、本地云。

接入云(AC)在網(wǎng)絡系統(tǒng)中應用時,依托于AP接口、交換器、路由器、控制器等協(xié)調工作模式來完成數(shù)據(jù)信息的傳輸。數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡內進行傳輸時,通過AP接口將數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)浇粨Q器內,此時控制器利用集成化模塊對交換器、AP等進行處理,并以此作為的網(wǎng)絡策略點。當用戶單元在網(wǎng)絡系統(tǒng)內要完成漫游通信協(xié)議時,可利用系統(tǒng)內的業(yè)務處理模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸,此過程無須進行局域網(wǎng)絡的傳輸,進而提升數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸?,降低運營成本。

局域云 (D-EPC)是對數(shù)據(jù)流量進行分化管理,一般包括數(shù)據(jù)中心庫、疏導模塊、路由器等。其中路由器是針對局域網(wǎng)絡內的三層信息傳輸而設立的,可實現(xiàn)網(wǎng)絡區(qū)域內的數(shù)據(jù)轉換與傳輸,在疏導模塊的作用下,使數(shù)信息的傳輸途徑與用戶單元通信通道進行精準對接,同時可保證數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)臅r效性。在D-EPC的分化管理模式下,可為5G通信網(wǎng)絡內的信道進行邏輯性排組,以保證用戶通信協(xié)議的執(zhí)行力度,并可實現(xiàn)通信IP接通速率。

本地云(C-EPC)一般以數(shù)據(jù)信息的存儲于運算為主,在集中模塊、控制模塊、功能模塊、服務模塊的作用下,對5G通信網(wǎng)絡內用戶單元的數(shù)據(jù)傳輸與接入量進行精準監(jiān)控。同時可對跨網(wǎng)絡節(jié)點、目標動態(tài)切換的用戶進行集成化管控。集中模塊可對流量、承載量等進行控制,功能模塊主要針對流量的傳輸幀率計算費用,服務模塊將數(shù)據(jù)信息進行存儲,并針對用戶的存儲信息進行通信確認,以保證用戶單元可隨時對數(shù)據(jù)信息進行管理。

(二)控制器架構

5G移動通信網(wǎng)絡具有融合性、多網(wǎng)性、覆蓋性等優(yōu)勢,在SDN技術支持下,可使網(wǎng)絡系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)信息實現(xiàn)效率傳輸。當前5G網(wǎng)絡架構一般以雙層架構、分層架構、控制架構、無線架構為主。雙層式是指我網(wǎng)絡架構以網(wǎng)絡云、無線網(wǎng)為主,在兩者的作用下,將通信網(wǎng)絡系統(tǒng)內的蜂窩節(jié)點傳輸模式進行融合,以提升數(shù)據(jù)幀的傳輸數(shù)量和異構融合度。同時此種架構模式可對數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行分層,以其簡便的邏輯運行模式,可對網(wǎng)絡系統(tǒng)內的控制層與用戶層進行分離,以提升系統(tǒng)的運行效率。在雙層式網(wǎng)絡架構中,可對數(shù)據(jù)信息的傳輸進行動態(tài)展示,以降低數(shù)據(jù)傳輸層中的冗余能力,進而使系統(tǒng)得到簡化型協(xié)議棧。同時在控制層與用戶層進行分離時,通過嵌套技術的應用,將資源引進到集成系統(tǒng)以提升數(shù)據(jù)信息的容錯性處理,以保證網(wǎng)絡系統(tǒng)內,網(wǎng)絡業(yè)務處理的時效性。

分層架構則是以用戶控制模塊、基層控制模塊、網(wǎng)絡控制模塊組成。在用戶控制模塊的作用下,可使無線接入設備、D2D調制、協(xié)議訪問等,同時基層控制模塊可對局域網(wǎng)絡內蜂窩傳輸節(jié)點的數(shù)據(jù)資源進行分化,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的處理速率和處理精度。網(wǎng)絡控制模塊是對網(wǎng)絡系統(tǒng)進行綜合控制,并對各控制模塊發(fā)送相應的指令,以保證數(shù)據(jù)管理、通信協(xié)議、費率計算等進行精準運算。

控制架構是以5G異構網(wǎng)絡為基準構建起來的,其包括基層控制層、中間監(jiān)管層、高層控制層為主?;鶎涌刂茖又饕且?G網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內的用戶單元為主,對用戶的數(shù)據(jù)信息初始狀態(tài)進行控制;中間監(jiān)管層則是對網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內的虛擬環(huán)境進行監(jiān)管,確保數(shù)據(jù)信息傳輸信道可在監(jiān)管范圍內,其建構的虛擬網(wǎng)絡傳輸信息還可為高層控制層提供精準的信息服務;高層控制層主要控制局域區(qū)圖,針對網(wǎng)絡協(xié)議的傳輸路徑進行算法控制,以精準分辨出網(wǎng)絡覆蓋區(qū)域內的信息對接模式。此種關聯(lián)性監(jiān)管的方式,可對數(shù)據(jù)信息在各階層內的傳輸模式進行研究,同時可對數(shù)據(jù)的傳輸方向進行跟蹤,并可將信息反饋到控制層中,以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r效性和精準性。

無線架構可為局域網(wǎng)絡區(qū)域內的數(shù)據(jù)信息提供適應性傳輸模式,使數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡維度內將終端設備與無線網(wǎng)絡進行連接,以此來實現(xiàn)無線網(wǎng)絡區(qū)域內核心數(shù)據(jù)傳輸、接入數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài),進而提升設備在網(wǎng)絡區(qū)域內的適用性。無線架構的控制模塊,一般采用集成化管理的模式,將各類數(shù)據(jù)信息集成到內部處理模塊中,使數(shù)據(jù)信息完成高速分析與預算,在設備開放式接口的作用下,使局域網(wǎng)絡內的數(shù)據(jù)信息傳輸實現(xiàn)以核心網(wǎng)為載體的開放式傳輸,以保證數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡區(qū)域內的協(xié)議傳輸、業(yè)務傳輸?shù)?。同時無線接口傳輸也可實現(xiàn)多功能拓展模式,提升數(shù)據(jù)傳輸效率,以保證在信號干擾下,仍可完成以5G為基礎的局域網(wǎng)絡定點傳輸,以此來滿足網(wǎng)絡的開放性、智能性傳輸原則。

四、結語

綜上所述,文章對SDN概念及特性進行分析,其在5G移動通信網(wǎng)絡中應用時,依托于系統(tǒng)內部的控制模塊,可將局域網(wǎng)絡內的數(shù)據(jù)層與用戶層分離,使數(shù)據(jù)信息可進行精準傳輸。同時針對5G移動通信網(wǎng)絡組成進行云架構和控制器架構進行研究,進而使通信網(wǎng)絡實現(xiàn)兼容性、拓展性等,以滿足用戶的使用需求。

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