当SDN遇上NFV虚拟化5G核心网络掀起革命【韦德(中国)体育-伟大始于1946】

2024-11-20点击量：299

本文摘要：自第一代行动通讯(1G)到第四代行动通讯(4G)的发展过程中，在无线ISP网络(RAN)技术上，自FDMA、TDMA、CDMA、到OFDMA，每一世代都显著地被视作一项革命性技术；但是在核心网络(CoreNetwork)技术上，革命性就不那么贞着。

自第一代行动通讯(1G)到第四代行动通讯(4G)的发展过程中，在无线ISP网络(RAN)技术上，自FDMA、TDMA、CDMA、到OFDMA，每一世代都显著地被视作一项革命性技术；但是在核心网络(CoreNetwork)技术上，革命性就不那么贞着。约只在3G世代几经过一次从电路互相交换到封地互相交换的一次根本性变革。

　　考虑到全球运营商在之前的核心网络技术上投放了可观的资金，大幅度转变不会影响服务持续性及收益，因此在3G阶段的核心网络技术革命，还很体贴地容许两种互相交换模式并存分段了一整个世代，也就是运营商可以自由选择使用电路抑或封地互相交换的技术，直到4G世代才月互通到全IP简化的封地互相交换核心网络体系。　　SDN/NFV为5G网络革命关键　　这个革命性进程的意义是，核心网络需再行用于便宜且简单的专属软硬件设备，只要使用一般标准化目的服务器(一般来说是x86Server)和IP路由器、以太网络交换器才可构成，使得核心网络部署更进一步降低成本，也增加了对单一解决方案提供商的依赖或被捆绑。

也因此，产业界普遍认为无线ISP网络每一代完全都是一场革命(Revolution)，而核心网络技术被确认是大大的演变(Evaluation)。　　面临2020年以后人类间甚至万物间信息联网社会的无线行动通讯市场需求，第五代行动通讯(5G)被业界视作一项寄以首肯地革命性技术，在无线ISP技术面上的革新理所当然，但是在核心网络上的面向上，不会会有称作革命性的改良呢？5G行动通讯系统将是一个全方位服务多技术融合的网络，通过ICT技术的演变和创意，来符合未来包括普遍数据和相连的各种业务的较慢发展必须，最后符合以客户端为中心的无线联网市场需求，其中一个最重要关键就在于软件定义网络(Software-DefinedNetworking,SDN)以及配上网络功能虚拟化(Network-FunctionVirtualization,NFV)两项技术的发展。

　　传统4G电信核心网络设计与挑战　　在转入正题之前，我们再行总结一下传统电信核心网络是如何运作的？以及它有什么缺点必须改良？　　首先请求参照图1，这是早已全IP化传统4G电信核心网络运作架构及转身，它是一套封闭式网络系统，偏向单一设备负责管理单一专属功能，网络拓扑类似于大型数据中心网络的设计，最上层是核心路由器(CoreRouter)层，中间为边缘或ISP交换器(Edge/AccessSwitch)层，下层是服务器数组(ServerFarm)或储存媒体网络(StorageNetwork)，所有EPC的网络组件(NetworkEnteritis)譬如管理用户注册和移动性的MME、纪录用户帐户就是在这些服务器上运营。　　图1传统上LTEEPC核心网络运作在基于肥树(Fat-Tree)的数据中心。

　　为防止单一节点或链路的损毁中断整个网络，因此使用肥树(FATTree)为核心流形结构，这是一个两层(2-Level)肥树的示例，每给定网络节点间都有四条路径，确实在运作的网络设计有可能扩展到三层或四层结构，享有更好的校验可用路径，以超过99.999%的高可用性(HighAvailability,HA)的可靠度拒绝。这个仅有封包(或称之为全IP)网络架构的首要设计目标，即为提高数据传输速率和网络等待时间等性能，藉由将光缆或专线伸延到无线ISP网络来反对高速、大量的无线用户ISP服务。　　再行并不认为专属的电信机房的基础设施和专线成本等耗资高昂这件事，最少找到几个问题。首先，考虑到客户的服务水平，必需展望未来中长期业务量市场需求，一次部署做到，否则未来的任何微小的设计变更就不会导致服务停止，进而增加收益和减少客户满意度。

换言之即为缺少部署弹性，网络及运算资源调度艰难甚至于无法调度的问题。以MME或S-GW为事例，它必需拒绝接受成千上万个用户频密地登记和高强度数据的送到，一台服务器有可能无法开销，因此不致部署多台，在它们前方还必需引入额外地服务器负载平衡(ServerLoadBalancer)主机借以平均分配用户流量。　　另一种极端的例子是管理QoS的PCRF，其天生被彰显的工作有可能很「朝夕」，专门为它打算一台服务器又变得有些浪费。

实务上无可避免地会有设备损毁或升级市场需求；或是新兴的应用服务引入，这些新兴服务经常必须与现行服务中网络统合，愈的软硬件设备投资，复杂度低且统合测试耗时过长，必须大量的技术人力承托，影响现有网络的服务水平，无法动态发售这些新兴服务，但承托这些新兴服务的专属软硬件设备生命周期却又越来越较短，这对传统4G电信核心网络都是众多挑战。　　再者是缺少效率的问题，各网络组件(服务器)间具有各类简单的电信信令界面要频密地交互交流，在前述架构中又引入了乒乓绕径(PinballRouting)的问题，若两个意欲交流的组件同属一台边缘交换器就让，但实务上有可能分属有所不同边缘交换器，就必需有鉴于核心路由器来送到，整个数据路径跳跃数(Hop-count)减少。　　如前所述，当前电信网络运营商面对成本和收益之间的差距逐步减小，运营商面对极大的资金投入。

传统4G电信核心网络的重复使用资本开支成本(CAPEX)或日常维运管理成本(OPEX)都还有减少空间。再者，所有掌控及服务流量都必须返回中心末端机房集中于管控，它的效能和服务质量也并未臻极致，否有解决方案可以号召这些挑战？云端虚拟化技术配上软件定义网络技术有可能是一个选项。　　SDN/NFV掌控与数据分层优化架构　　从整个产业发展趋势看，3GPP标准制订进程早已步入确实意义的4GLTE-A(Release13/14)世代，而云端虚拟化技术在IT业的日益成熟期及顺利又抗拒行动网络使用新的构建方式及新的商业模式，同时前十年很快发展的诸多IT新技术也灵感了对移动网络架构及业务部署的新的思维。

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