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5G通信系統(tǒng)中的SDN/NFV和云計算分析論文
未來的公有云將會結(jié)合5G中的SDN/NFV網(wǎng)絡(luò)技術(shù)出現(xiàn)一個向大數(shù)據(jù)中心靠攏的發(fā)展趨勢，大型化、規(guī)�；奶攸c也會在此過程中更加明顯，原有基礎(chǔ)上的技術(shù)整合會面臨新的挑戰(zhàn)，因此在分析當前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的前提下，對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展中的SDN、NFV及云計算進行技術(shù)架構(gòu)的邏輯分析，力求通過其資源優(yōu)化配置、無縫管理和高效對接實現(xiàn)技術(shù)融合應(yīng)用創(chuàng)新，促進云計算的技術(shù)發(fā)展，實現(xiàn)更便捷的網(wǎng)絡(luò)傳輸要求，為大數(shù)據(jù)中心帶來能量的飛躍。
1 引言
在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中，新型市場需求刺激著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展。當前，市場經(jīng)濟正朝多元化、信息化的縱深方向發(fā)展。IT領(lǐng)域如何應(yīng)對當前信息傳輸、安全保護等方面的發(fā)展需求，成為未來幾年網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的熱點問題。在云計算發(fā)展日益成熟的今天，如何將信息傳輸與資源存儲分離，實現(xiàn)靈活多變的轉(zhuǎn)發(fā)模式，這成為SDN(Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò))技術(shù)發(fā)展的趨勢。數(shù)據(jù)傳輸與資源解耦，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)信息架構(gòu)的多元化發(fā)展，也成為未來幾年發(fā)展的趨勢。本文基于當前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展基礎(chǔ)，對5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展中的SDN、NFV(Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化)及云計算進行技術(shù)架構(gòu)分析，并總結(jié)這些技術(shù)在應(yīng)用發(fā)展中的發(fā)展趨勢及核心優(yōu)勢。
2 移動核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢
移動互聯(lián)網(wǎng)不僅涵蓋了信息制作、傳輸、接受過程，而且還將應(yīng)用在智能制導(dǎo)領(lǐng)域，這也成為今后IT領(lǐng)域新的發(fā)展熱點，將在未來幾年內(nèi)引領(lǐng)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展。當前中國移動終端數(shù)量爆炸式的發(fā)展趨勢對于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及信息傳輸都是一種嚴峻的考驗，如何提高信息傳輸質(zhì)量、信息容量并保障信息傳輸?shù)陌踩c應(yīng)用成為5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中亟待解決的問題[1]。
隨著網(wǎng)絡(luò)用戶數(shù)量的激增，網(wǎng)絡(luò)資源傳輸與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)之間如何協(xié)調(diào)發(fā)展以保障資源的傳輸與利用，已成為關(guān)系著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵要素。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)關(guān)系著網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量，并從一定程度上制約著當前網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展。移動通信從2G、3G、4G到5G的跨越式發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的匹配和梳理都起著關(guān)鍵性的作用。在未來幾年內(nèi)，5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展將成為主流趨勢。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的革命，從接入到輸出都體現(xiàn)著技術(shù)的縝密程度。從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心技術(shù)發(fā)展角度來講，要優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、提升傳輸質(zhì)量及提高安全性能，從而滿足日益多元化的市場發(fā)展需求。但就目前的發(fā)展現(xiàn)狀來講，面臨著日益升高的成本壓力，包括材質(zhì)、技術(shù)升級及后續(xù)維護費用等，且在現(xiàn)如今多網(wǎng)并存的現(xiàn)實狀況下，要求更低的時延、靈活的帶寬配置、虛擬化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等。
從現(xiàn)有耦合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及垂直網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)現(xiàn)狀來看，高質(zhì)量、高性能的傳輸架構(gòu)對于當前的性能匹配有著極高的存在價值。針對5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢，亟待提高的是控制與傳輸?shù)姆蛛x及靈活配置，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)資源的靈活控制傳輸，而且也能夠根據(jù)技術(shù)的升級來進行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的梳理整合，進一步降低優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置帶來的經(jīng)濟損失。整個網(wǎng)絡(luò)體系在實現(xiàn)內(nèi)部功能切換的同時，也進一步迎合了外部網(wǎng)絡(luò)資源的更新?lián)Q代。改進后的控制與傳輸體系架構(gòu)不僅將包括SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)技術(shù)，而且還有當前運用已經(jīng)較為成熟的云計算技術(shù)。在垂直封閉的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，管控分離不僅實現(xiàn)了信號傳輸?shù)淖杂汕袚Q，而且也降低了維護升級的成本，進一步滿足了日益發(fā)展起來的多元化網(wǎng)絡(luò)需求，也在一定程度上提高了互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的可靠性[2]。
3 5G網(wǎng)絡(luò)中SDN、NFV和云計算標準化進程分析
3.1 廣義的SDN及標準化進程
在2015年，SDN網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到初步的應(yīng)用實驗，這對于我國的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展是一次技術(shù)層面上質(zhì)的飛躍。這一關(guān)鍵技術(shù)的核心在于將傳統(tǒng)的垂直控制結(jié)構(gòu)分離開來，形成分成控制、應(yīng)用及轉(zhuǎn)發(fā)三個獨立的運行單元，在實現(xiàn)了管控分離的同時，也進一步降低了網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)維護的成本。在這一技術(shù)應(yīng)用過程中，通過運用網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的可編程性實現(xiàn)對于整個網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的整體控制。在之前標準化的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議架構(gòu)中，雖然ONF主導(dǎo)整個標準化進程，但是這本身并不完全等于SDN。在網(wǎng)絡(luò)核心技術(shù)層面，管控分離的核心在于通過編程的可操作性提高信心傳輸?shù)撵`活配置，提高網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的資源利用效率[3]。
在當前SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)協(xié)議的試運行階段，雖然網(wǎng)絡(luò)標準化協(xié)議還有待進一步放開，但是由幾大運營商主導(dǎo)的核心技術(shù)試驗應(yīng)用已經(jīng)到了初步商業(yè)化的階段。這不僅使得SDN技術(shù)的發(fā)展更加迅速，也對進一步調(diào)整互聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)、優(yōu)化資源配置提供了無限的可能。在SDN南向接口協(xié)議中，由運營商主導(dǎo)的Opendaylight可以說是一種互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展的嘗試和探索。這不僅對當前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)協(xié)議是一種很好的突破，而且也對進一步提升網(wǎng)絡(luò)安全打下了良好的基礎(chǔ)。當前階段，這一關(guān)鍵技術(shù)依然處在商業(yè)初步探索階段，但是其發(fā)展前景卻被普遍看好。
3.2 廣義的NFV及標準化進程
在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標準化進程中，要進一步降低硬件的維護成本，提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率，這不僅考驗著核心技術(shù)人員的技術(shù)開發(fā)能力，而且也對當前的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議架構(gòu)是一種考驗。NFV發(fā)展模式可以定義為通過優(yōu)化硬件配置資源，從而達到進一步提高資源利用效率的目的。在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，硬件配置維護由于成本很高，在資源整合過程中往往受限于硬件資源的配置而延長網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的升級跨度。而運用NFV發(fā)展模式后，會最終降低網(wǎng)絡(luò)資源對于硬件配置的依賴，從根本上解決目前網(wǎng)絡(luò)資源架構(gòu)遲滯化的現(xiàn)狀。軟件與硬件之間的解耦能在很大程度上降低兩者對彼此的依存程度。NFV發(fā)展模式是依托云計算及虛擬網(wǎng)絡(luò)配置發(fā)展起來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式[4]，在互聯(lián)標準化進程中，針對這一新興模式的發(fā)展，要不斷升級當前的核心技術(shù)，以優(yōu)化配置各發(fā)展階段的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。最終在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展模式升級后，可以實現(xiàn)虛擬架構(gòu)、云計算、硬件資源之間的合理化配置，以提高整個網(wǎng)絡(luò)的安全性和穩(wěn)定性。
3.3 廣義的云計算及標準化進程
目前階段，云計算技術(shù)已經(jīng)在互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域運用較為成熟。以美國為代表的西方國家將云計算的發(fā)展模式定義為按需計費。通過虛擬化的資源配置實現(xiàn)遠程訪問的個性化定制，這樣不僅提高了資源傳輸?shù)男�，而且也�?yōu)化了各種資源配置。針對未來的個性化發(fā)展訴求，各大運營商之間正在進行新型互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式的技術(shù)研發(fā)和使用。在傳統(tǒng)的封閉化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，各大運營平臺都是獨立的網(wǎng)絡(luò)平臺，這樣不僅使用成本高，而且也造成了硬件資源配置的極大浪費。隨著開放性互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展，以云計算發(fā)展模式為代表的互聯(lián)技術(shù)發(fā)展形式贏得市場的普遍認可。針對當前互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將在此基礎(chǔ)上提供更為開放、更為兼容的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展平臺，最終實現(xiàn)平臺間的資源共享，降低資源傳輸與整合的效率[5]。
4 5G中SDN、NFV和云計算的關(guān)系
近年來，隨著移動終端設(shè)備的不斷升級，對于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及信號傳輸均提出了更高的要求。如何在提高信號傳輸質(zhì)量的同時有效提高信號傳輸?shù)娜萘砍蔀楫斍?G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問題。在虛擬化的網(wǎng)絡(luò)平臺建設(shè)中，基于云計算的網(wǎng)絡(luò)擴容不僅實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源對于客戶需求的有效適配，而且也進一步提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩墑e。隨著市場經(jīng)濟的深入發(fā)展，對于5G網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)會愈發(fā)普遍，將會有更多的網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)商加入到技術(shù)開發(fā)的浪潮中來。從另一種角度來理解，當前的移動網(wǎng)絡(luò)發(fā)展將更為開放，在不斷滿足安全需求的前提下，有效提高資源多樣化形式，才是各大供應(yīng)商更為關(guān)注的網(wǎng)絡(luò)運營問題。
在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展過程中，云計算、SDN及NFV將成為未來網(wǎng)絡(luò)機構(gòu)發(fā)展的核心趨勢。5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的個性化、多樣化發(fā)展在未來幾年內(nèi)將成為趨勢。如何迎合網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展成為當前互聯(lián)技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。NFV關(guān)鍵技術(shù)可以通過硬件配置和資源傳輸?shù)慕怦顚崿F(xiàn)管控分離，這可以比喻為網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的每個單元;SDN技術(shù)通過升級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及優(yōu)化硬件資源，實現(xiàn)信息的快速整合;云計算利用虛擬化的網(wǎng)絡(luò)空間，將資源進行優(yōu)化整合，根據(jù)客戶的需求來按需分配網(wǎng)絡(luò)資源。其中，NFV、SDN、和云計算可以比喻成5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的點、線、面，這三項技術(shù)的協(xié)調(diào)配合最大程度上保障了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量，在一定程度上也進一步提高了網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)馁|(zhì)量，從根本上滿足了客戶需求多樣化對于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的要求。
5 結(jié)束語
隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，NFV和SDN兩項關(guān)鍵技術(shù)對于5G網(wǎng)絡(luò)的成功與否至關(guān)重要。由本文的分析可知，通過在云計算基礎(chǔ)上發(fā)展起來的網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)，利用解耦、重構(gòu)的形式將資源儲存與傳輸進行有效地剝離，可最大程度上滿足移動終端用戶多樣化的網(wǎng)絡(luò)傳輸需求。采用可分離的控制形式不僅能降低網(wǎng)絡(luò)升級中對于硬件設(shè)備的依賴程度，而且能夠更加靈活地進行軟件的探究與實踐，在縮短研發(fā)時間的同時有效提高了網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的開發(fā)水平，從而最大程度上契合時代的發(fā)展。
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