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5G通信系統中的SDN/NFV和云計算分析論文
未來(lái)的公有云將會(huì )結合5G中的SDN/NFV網(wǎng)絡(luò )技術(shù)出現一個(gè)向大數據中心靠攏的發(fā)展趨勢，大型化、規�；奶攸c(diǎn)也會(huì )在此過(guò)程中更加明顯，原有基礎上的技術(shù)整合會(huì )面臨新的挑戰，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(jìn)行技術(shù)架構的邏輯分析，力求通過(guò)其資源優(yōu)化配置、無(wú)縫管理和高效對接實(shí)現技術(shù)融合應用創(chuàng )新，促進(jìn)云計算的技術(shù)發(fā)展，實(shí)現更便捷的網(wǎng)絡(luò )傳輸要求，為大數據中心帶來(lái)能量的飛躍。
1 引言
在現代網(wǎng)絡(luò )技術(shù)中，新型市場(chǎng)需求刺激著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的應用發(fā)展。當前，市場(chǎng)經(jīng)濟正朝多元化、信息化的縱深方向發(fā)展。IT領(lǐng)域如何應對當前信息傳輸、安全保護等方面的發(fā)展需求，成為未來(lái)幾年網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)問(wèn)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(shí)現靈活多變的轉發(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。數據傳輸與資源解耦，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )信息架構的多元化發(fā)展，也成為未來(lái)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，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(jìn)行技術(shù)架構分析，并總結這些技術(shù)在應用發(fā)展中的發(fā)展趨勢及核心優(yōu)勢。
2 移動(dòng)核心網(wǎng)絡(luò )架構現狀及其發(fā)展趨勢
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)不僅涵蓋了信息制作、傳輸、接受過(guò)程，而且還將應用在智能制導領(lǐng)域，這也成為今后IT領(lǐng)域新的發(fā)展熱點(diǎn)，將在未來(lái)幾年內引領(lǐng)互聯(lián)技術(shù)的發(fā)展。當前中國移動(dòng)終端數量爆炸式的發(fā)展趨勢對于網(wǎng)絡(luò )架構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的安全與應用成為5G網(wǎng)絡(luò )架構中亟待解決的問(wèn)題[1]。
隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )用戶(hù)數量的激增，網(wǎng)絡(luò )資源傳輸與網(wǎng)絡(luò )架構之間如何協(xié)調發(fā)展以保障資源的傳輸與利用，已成為關(guān)系著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵要素。網(wǎng)絡(luò )架構關(guān)系著(zhù)網(wǎng)絡(luò )傳輸的質(zhì)量，并從一定程度上制約著(zhù)當前網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的發(fā)展。移動(dòng)通信從2G、3G、4G到5G的跨越式發(fā)展，網(wǎng)絡(luò )架構的匹配和梳理都起著(zhù)關(guān)鍵性的作用。在未來(lái)幾年內，5G網(wǎng)絡(luò )發(fā)展將成為主流趨勢。隨著(zhù)網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的革命，從接入到輸出都體現著(zhù)技術(shù)的縝密程度。從網(wǎng)絡(luò )架構的核心技術(shù)發(fā)展角度來(lái)講，要優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )架構、提升傳輸質(zhì)量及提高安全性能，從而滿(mǎn)足日益多元化的市場(chǎng)發(fā)展需求。但就目前的發(fā)展現狀來(lái)講，面臨著(zhù)日益升高的成本壓力，包括材質(zhì)、技術(shù)升級及后續維護費用等，且在現如今多網(wǎng)并存的現實(shí)狀況下，要求更低的時(shí)延、靈活的帶寬配置、虛擬化的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境等。
從現有耦合網(wǎng)絡(luò )架構及垂直網(wǎng)絡(luò )體系建設現狀來(lái)看，高質(zhì)量、高性能的傳輸架構對于當前的性能匹配有著(zhù)極高的存在價(jià)值。針對5G網(wǎng)絡(luò )發(fā)展趨勢，亟待提高的是控制與傳輸的分離及靈活配置，這樣不僅能夠實(shí)現資源的靈活控制傳輸，而且也能夠根據技術(shù)的升級來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò )架構的梳理整合，進(jìn)一步降低優(yōu)化網(wǎng)絡(luò )配置帶來(lái)的經(jīng)濟損失。整個(gè)網(wǎng)絡(luò )體系在實(shí)現內部功能切換的同時(shí)，也進(jìn)一步迎合了外部網(wǎng)絡(luò )資源的更新?lián)Q代。改進(jìn)后的控制與傳輸體系架構不僅將包括SDN網(wǎng)絡(luò )架構技術(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 )架構中，管控分離不僅實(shí)現了信號傳輸的自由切換，而且也降低了維護升級的成本，進(jìn)一步滿(mǎn)足了日益發(fā)展起來(lái)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(jìn)程分析
3.1 廣義的SDN及標準化進(jìn)程
在2015年，SDN網(wǎng)絡(luò )技術(shù)得到初步的應用實(shí)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)的核心在于將傳統的垂直控制結構分離開(kāi)來(lái)，形成分成控制、應用及轉發(fā)三個(gè)獨立的運行單元，在實(shí)現了管控分離的同時(shí)，也進(jìn)一步降低了網(wǎng)絡(luò )架構維護的成本。在這一技術(shù)應用過(guò)程中，通過(guò)運用網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)的可編程性實(shí)現對于整個(gè)網(wǎng)絡(luò )架構的整體控制。在之前標準化的網(wǎng)絡(luò )協(xié)議架構中，雖然ONF主導整個(gè)標準化進(jìn)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(guò)編程的可操作性提高信心傳輸的靈活配置，提高網(wǎng)絡(luò )架構的資源利用效率[3]。
在當前SDN網(wǎng)絡(luò )架構協(xié)議的試運行階段，雖然網(wǎng)絡(luò )標準化協(xié)議還有待進(jìn)一步放開(kāi)，但是由幾大運營(yíng)商主導的核心技術(shù)試驗應用已經(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(jìn)一步調整互聯(lián)網(wǎng)架構、優(yōu)化資源配置提供了無(wú)限的可能。在SDN南向接口協(xié)議中，由運營(yíng)商主導的Opendaylight可以說(shuō)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 )架構協(xié)議是一種很好的突破，而且也對進(jìn)一步提升網(wǎng)絡(luò )安全打下了良好的基礎。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(jìn)程
在5G網(wǎng)絡(luò )架構標準化進(jìn)程中，要進(jìn)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(zhù)核心技術(shù)人員的技術(shù)開(kāi)發(fā)能力，而且也對當前的互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議架構是一種考驗。NFV發(fā)展模式可以定義為通過(guò)優(yōu)化硬件配置資源，從而達到進(jìn)一步提高資源利用效率的目的。在網(wǎng)絡(luò )架構中，硬件配置維護由于成本很高，在資源整合過(guò)程中往往受限于硬件資源的配置而延長(cháng)網(wǎng)絡(luò )架構的升級跨度。而運用NFV發(fā)展模式后，會(huì )最終降低網(wǎng)絡(luò )資源對于硬件配置的依賴(lài)，從根本上解決目前網(wǎng)絡(luò )資源架構遲滯化的現狀。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(lái)的網(wǎng)絡(luò )架構模式[4]，在互聯(lián)標準化進(jìn)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?xún)?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(shí)現虛擬架構、云計算、硬件資源之間的合理化配置，以提高整個(gè)網(wǎng)絡(luò )的安全性和穩定性。
3.3 廣義的云計算及標準化進(jìn)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(guò)虛擬化的資源配置實(shí)現遠程訪(fǎng)問(wèn)的個(gè)性化定制，這樣不僅提高了資源傳輸的效率，而且也優(yōu)化了各種資源配置。針對未來(lái)的個(gè)性化發(fā)展訴求，各大運營(yíng)商之間正在進(jìn)行新型互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展模式的技術(shù)研發(fā)和使用。在傳統的封閉化網(wǎng)絡(luò )結構中，各大運營(yíng)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(zhù)開(kāi)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(yíng)得市場(chǎng)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 )架構將在此基礎上提供更為開(kāi)放、更為兼容的互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展平臺，最終實(shí)現平臺間的資源共享，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(lái)，隨著(zhù)移動(dòng)終端設備的不斷升級，對于網(wǎng)絡(luò )架構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(shí)有效提高信號傳輸的容量成為當前5G網(wǎng)絡(luò )發(fā)展需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。在虛擬化的網(wǎng)絡(luò )平臺建設中，基于云計算的網(wǎng)絡(luò )擴容不僅實(shí)現了網(wǎng)絡(luò )資源對于客戶(hù)需求的有效適配，而且也進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò )傳輸的安全級別。隨著(zhù)市場(chǎng)經(jīng)濟的深入發(fā)展，對于5G網(wǎng)絡(luò )的開(kāi)發(fā)會(huì )愈發(fā)普遍，將會(huì )有更多的網(wǎng)絡(luò )供應商加入到技術(shù)開(kāi)發(fā)的浪潮中來(lái)。從另一種角度來(lái)理解，當前的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò )發(fā)展將更為開(kāi)放，在不斷滿(mǎn)足安全需求的前提下，有效提高資源多樣化形式，才是各大供應商更為關(guān)注的網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)問(wèn)題。
在5G網(wǎng)絡(luò )技術(shù)發(fā)展過(guò)程中，云計算、SDN及NFV將成為未來(lái)網(wǎng)絡(luò )機構發(fā)展的核心趨勢。5G網(wǎng)絡(luò )架構的個(gè)性化、多樣化發(fā)展在未來(lái)幾年內將成為趨勢。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(guò)硬件配置和資源傳輸的解耦實(shí)現管控分離，這可以比喻為網(wǎng)絡(luò )架構中的每個(gè)單元;SDN技術(shù)通過(guò)升級網(wǎng)絡(luò )架構及優(yōu)化硬件資源，實(shí)現信息的快速整合;云計算利用虛擬化的網(wǎng)絡(luò )空間，將資源進(jìn)行優(yōu)化整合，根據客戶(hù)的需求來(lái)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 )架構中的點(diǎn)、線(xiàn)、面，這三項技術(shù)的協(xié)調配合最大程度上保障了網(wǎng)絡(luò )傳輸的質(zhì)量，在一定程度上也進(jìn)一步提高了網(wǎng)絡(luò )傳輸的質(zhì)量，從根本上滿(mǎn)足了客戶(hù)需求多樣化對于網(wǎng)絡(luò )架構的要求。
5 結束語(yǔ)
隨著(zhù)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(guò)在云計算基礎上發(fā)展起來(lái)的網(wǎng)絡(luò )傳輸技術(shù)，利用解耦、重構的形式將資源儲存與傳輸進(jìn)行有效地剝離，可最大程度上滿(mǎn)足移動(dòng)終端用戶(hù)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 )升級中對于硬件設備的依賴(lài)程度，而且能夠更加靈活地進(jìn)行軟件的探究與實(shí)踐，在縮短研發(fā)時(shí)間的同時(shí)有效提高了網(wǎng)絡(luò )技術(shù)的開(kāi)發(fā)水平，從而最大程度上契合時(shí)代的發(fā)展。
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