在我剛開始了解5G核心網(wǎng)架構(gòu)的時(shí)候，我注意到軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）作為兩種新興技術(shù)被多次提及。然而，對(duì)于SDN和NFV技術(shù)在5G中扮演著的重要角色，很多文獻(xiàn)在這方面僅僅一筆帶過(guò)，很多技術(shù)博客也是從專業(yè)的運(yùn)營(yíng)商角度來(lái)強(qiáng)調(diào)SDN和NFV的引入為運(yùn)營(yíng)商帶來(lái)的時(shí)間和成本上的節(jié)省，這其實(shí)讓我很困惑，因?yàn)槲乙琅f不明白為什么SDN和NFV技術(shù)可以具有這么大的潛力，無(wú)法從根本上來(lái)理解這兩種技術(shù)對(duì)于5G至關(guān)重要的意義。作為初級(jí)入門者，如果不能從本質(zhì)上理解這一點(diǎn)的話，我認(rèn)為對(duì)于整個(gè)5G核心網(wǎng)技術(shù)系統(tǒng)的完整性認(rèn)識(shí)是不會(huì)有幫助的。因此在這里把我的一點(diǎn)理解歸納整理，希望對(duì)初學(xué)者有所幫助，如果有理解不到位的地方，歡迎各位批評(píng)指正。
接下來(lái)我將從我理解的角度來(lái)討論為什么要為5G引進(jìn)SND技術(shù)和NFV技術(shù)。
這首先要從當(dāng)前的核心網(wǎng)EPC的一大缺陷講起，這個(gè)缺陷就是耦合！EPC在構(gòu)建之初并沒有從服務(wù)和基礎(chǔ)架構(gòu)的出發(fā)點(diǎn)去考慮問(wèn)題，而是針對(duì)單一服務(wù)（使用場(chǎng)景）設(shè)計(jì)的集中式架構(gòu)，這就導(dǎo)致EPC架構(gòu)下物理組件之間的功能劃分非常耦合，功能的耦合也帶來(lái)部署的難度，同時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)嚴(yán)重依賴于物理硬件，很多功能的實(shí)現(xiàn)必須建立在昂貴的專有設(shè)備基礎(chǔ)之上。
總結(jié)來(lái)講，傳統(tǒng)EPC網(wǎng)絡(luò)的耦合主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：
控制平面和用戶平面的耦合；硬件和軟件的耦合。這兩方面的耦合帶來(lái)三個(gè)方面的限制：
這樣的傳統(tǒng)架構(gòu)為運(yùn)營(yíng)商部署網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)成本和時(shí)間上的挑戰(zhàn)；隨著終端類型和數(shù)量以及服務(wù)類型越來(lái)越多，很難為這個(gè)“龐然大物”拓展新的功能和服務(wù)，并且無(wú)法高效地分配資源；降低用戶服務(wù)質(zhì)量體驗(yàn)（QoS）。我們以接下來(lái)的EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明上面提到的“耦合”問(wèn)題。如
圖1，EPC中有四大組件：
從圖1中的虛線和實(shí)線標(biāo)記可以看出，MME僅承擔(dān)控制面功能，但是SGW和PGW既承擔(dān)大部分用戶平面功能，又承擔(dān)一部分控制平面功能，這就使得用戶平面和控制平面嚴(yán)重耦合，從而限制了EPC的開放性和靈活性。另一方面，在這種架構(gòu)下，很多網(wǎng)絡(luò)元素必須運(yùn)行于配備專用硬件的多個(gè)刀片式服務(wù)器上，這對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)是極大的開銷。
詳細(xì)介紹完EPC的耦合缺陷之后，我們來(lái)簡(jiǎn)要介紹一下SDN技術(shù)和NFV的基本概念。
SDN技術(shù)是一種將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制平面與轉(zhuǎn)發(fā)平面分離，并將控制平面集中實(shí)現(xiàn)的軟件可編程的新型網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。我們知道，在傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，控制平面功能是分布式的運(yùn)行在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)（如集線器、交換機(jī)、路由器等）中的，因此如果要部署一個(gè)新的網(wǎng)絡(luò)功能，就必須將所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，這極大地限制了網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新！從這個(gè)角度來(lái)看，SDN便是應(yīng)運(yùn)而生的“救星”！SDN采取了集中式的控制平面和分布式的轉(zhuǎn)發(fā)平面，兩個(gè)平面相互分離，控制平面利用控制-轉(zhuǎn)發(fā)通信接口對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)平面上的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行集中控制，并向上提供靈活的可編程能力。由于具備這種“天賦”，于是SDN自然而然成為EPC控制面和用戶面耦合問(wèn)題的“克星”。
NFV技術(shù)是一種將網(wǎng)絡(luò)功能整合到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器、交換機(jī)和存儲(chǔ)硬件上，并且提供優(yōu)化的虛擬化數(shù)據(jù)平面，可通過(guò)服務(wù)器上運(yùn)行的軟件讓管理員取代傳統(tǒng)物理網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的技術(shù)。從古至今都有這么一個(gè)道理：對(duì)于外界物理實(shí)體的依賴性越強(qiáng)，越不利于自身的發(fā)展。獨(dú)立性在我看來(lái)是一個(gè)意義重大的優(yōu)秀品質(zhì)，這同樣體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)上。對(duì)專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的依賴，將會(huì)導(dǎo)致我們?cè)诿鎸?duì)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新時(shí)的無(wú)能為力，這一點(diǎn)在現(xiàn)階段的EPC中已經(jīng)得到了印證，因此我們必須謀求新的技術(shù)來(lái)擺脫對(duì)專用硬件的依賴！通過(guò)使用NFV可以減少甚至移除現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)中部署的中間件，它能夠讓單一的物理平臺(tái)運(yùn)行于不同的應(yīng)用程序，用戶和租戶可以通過(guò)多版本和多租戶使用網(wǎng)絡(luò)功能，從而促進(jìn)軟件網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的新網(wǎng)絡(luò)功能和服務(wù)的創(chuàng)新，NFV適用于任何數(shù)據(jù)平面和控制平面功能、固定或移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，也適合需要實(shí)現(xiàn)可伸縮性的自動(dòng)化管理和配置。
通過(guò)以上對(duì)SDN和NFV的簡(jiǎn)單介紹，可以大致概括：SDN技術(shù)是針對(duì)EPC控制平面與用戶平面耦合問(wèn)題提出的解決方案，將用戶平面和控制平面解耦可以使得部署用戶平面功能變得更靈活，可以將用戶平面功能部署在離用戶無(wú)線接入網(wǎng)更近的地方，從而提高用戶服務(wù)質(zhì)量體驗(yàn)，比如降低時(shí)延。NFV技術(shù)是針對(duì)EPC軟件與硬件嚴(yán)重耦合問(wèn)題提出的解決方案，這使得運(yùn)營(yíng)商可以在那些通用的的服務(wù)器、交換機(jī)和存儲(chǔ)設(shè)備上部署網(wǎng)絡(luò)功能，極大地降低時(shí)間和成本。
SDN和NFV技術(shù)催生了5G核心網(wǎng)架構(gòu)，如圖2所示：
在此基礎(chǔ)上，有的文獻(xiàn)提出5G架構(gòu)應(yīng)該盡可能減少網(wǎng)絡(luò)實(shí)體，并取消服務(wù)網(wǎng)關(guān)和PDN網(wǎng)關(guān)的概念，而將其抽象成為控制平面網(wǎng)關(guān)和用戶平面網(wǎng)關(guān),并且提議控制平面網(wǎng)關(guān)和用戶平面網(wǎng)關(guān)以軟件的形式運(yùn)行于運(yùn)營(yíng)商的云系統(tǒng)中，而非使用專用的硬件設(shè)備。這一提議的架構(gòu)如圖3所示：
總之，不論未來(lái)5G核心網(wǎng)采用何種架構(gòu)，SDN技術(shù)和NFV技術(shù)的結(jié)合使用，都會(huì)使得5G核心網(wǎng)在高效性、可編程性和靈活性上發(fā)生質(zhì)的飛躍！對(duì)于運(yùn)營(yíng)商部署網(wǎng)絡(luò)和用戶享受更優(yōu)質(zhì)服務(wù)來(lái)說(shuō)都是巨大的福音！
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