5G网络的核心技术 SDN与NFV

5G网络即将来临,大家对5G时代也越来越期待。在5G正式来临之前,仔细了解5G的来龙去脉还是很有必要的。今天就带你了解下5G网络的核心技术——SDN和NFV。

当前4G的核心网EPC存在耦合缺陷:控制平面和用户平面的耦合、硬件和软件的耦合。

我们先来看下,EPC是什么?

核心网EPC(Evolved Packet Core),该系统的特点为仅有分组域而无电路域、基于全IP结构、控制与承载分离且网络结构扁平化,其中主要包含MME、SGW、PGW、PCRF等网元。其中SGW和PGW常常合设并被称为SAE-GW。

5G网络的核心技术 SDN与NFV

EPC四大组件及功能:

MME:移动管理实体,负责网络连通性的管理,主要包括用户终端的认证和授权、会话建立以及移动性管理;

HSS:归属用户服务器,作为用户数据集为MME提供用户相关的数据,以此来协助MME的管理工作;

SGW:服务网关,负责数据包路由和转发,将接收到的用户数据转发给指定的PGW,并将返回的数据交付给eNB;

PGW:PDN网关,负责为接入的用户分配IP地址以及进行用户平面QoS的管理,并且是PND网络的进入点。

虽然5G已经成为潮流和未来必然方向,但布建5G基站却没有那么简单。因为5G建网频段较高,基站覆盖范围相对变小,同时5G的应用场景也在增多。所以想要保证5G高速率和广覆盖需求,5G基站在数量上要远多于4G基站,5G基站的密度可能是4G基站的2~16倍。

据悉,新的5G信号不是依靠相隔很远的信号塔,而是来自邻里和商业区平均相隔500英尺(152.4米)的小型基站,且大部分设备都在路灯或电线杆上。目前已经确定,小型基站与小型基站之间的连接,将使用CAT6A超六类 S/FTP对对屏蔽+总屏蔽结构的网线。从运营商成本来看,使用CAT6A S/FTP对对屏蔽+总屏蔽网线,相对于全部使用光纤,在成本上要缩减很多。

5G网络的核心技术 SDN与NFV

下面是EPC的网络构架图:

5G网络的核心技术 SDN与NFV

从图中的虚线和实线标记可以看出,MME仅承担控制面功能,但是SGW和PGW既承担大部分用户平面功能,又承担一部分控制平面功能,这就使得用户平面和控制平面严重耦合,从而限制了EPC的开放性和灵活性。另一方面,在这种架构下,很多网络元素必须运行于配备专用硬件的多个刀片式服务器上,这对于运营商来说是极大的开销,这样的传统架构为运营商部署网络带来成本和时间上的挑战;5G网络架构中引入了SDN(软件定义网络)和NFV(网络功能虚拟化)这两种技术来解决EPC存在的耦合问题。

(1)SDN(Software Defined Network):将用户平面和控制平面解耦。

SDN技术是一种软件可编程的新型网络体系架构。它将网络设备的控制平面与转发平面分离,并将控制平面集中实现。在传统网络中,控制平面功能是分布式的运行在各个网络节点(如集线器、交换机、路由器等),因此如果要部署一个新的网络功能,就必须将所有网络设备进行升级,这极大地限制了网络创新。而SDN采取了集中式的控制平面和分布式的转发平面,两个平面相互分离,控制平面利用控制-转发通信接口对转发平面上的网络设备进行集中控制,并向上提供灵活的可编程能力。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。

5G网络的核心技术 SDN与NFV

(2)NFV(Network Function Virtualization):将EPC软件与硬件解耦。

​网络功能虚拟化。通过使用通用性硬件以及虚拟化技术,来承载很多功能的软件处理。从而降低网络昂贵的设备成本。可以通过软硬件解耦及功能抽象,使网络设备功能不再依赖于专用硬件,资源可以充分灵活共享,实现新业务的快速开发和部署,从古至今都有这么一个道理:对于外界物理实体的依赖性越强,越不利于自身的发展。对专用网络设备的依赖,将会导致我们在面对网络创新时的无能为力,这一点在现阶段的EPC中已经得到了印证。通过使用NFV可以减少甚至移除现有网络中部署的中间件,它能够让单一的物理平台运行于不同的应用程序。

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