移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，大大便捷了人們的生產(chǎn)生活，SDN的設(shè)計(jì)理念逐漸崛起，在現(xiàn)代通信技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用，本文就主要研究SDN技術(shù)的工作原理。

　　《信息通信技術(shù)》(雙月刊)創(chuàng)刊于2007年，是中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司主管、主辦的國內(nèi)外公開發(fā)行的中英文科技期刊。辦刊宗旨是：“貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，反映國內(nèi)外信息通信技術(shù)最新研究成果，提供信息通信技術(shù)交流平臺(tái)，推廣先進(jìn)信息通信業(yè)務(wù)和應(yīng)用，為我國建設(shè)信息社會(huì)和創(chuàng)新型國家服務(wù)”。

　　隨著通信的發(fā)展，人們的生活方式發(fā)生了極大的改變。軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)數(shù)控分離的設(shè)計(jì)理念可以使得網(wǎng)絡(luò)獲得很高的靈活性。本文將移動(dòng)通信與SDN相結(jié)合，探究SDN在移動(dòng)通信中的應(yīng)用價(jià)值。本文將SDN與D2D通信模式相結(jié)合，提出了圖書館無線系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案;除此之外，本文還參考OpenFlow協(xié)議提出了基于SDN移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的負(fù)載均衡方案;最后研究了SDN在無線資源虛擬化方面的優(yōu)勢(shì)與可行性方案。

　　隨之而來的是現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，尤其是在電報(bào)、電話和電磁波領(lǐng)域有了重要突破。例如：1837年世界上第一臺(tái)電磁式電報(bào)機(jī)問世，1878年貝爾發(fā)明了世界上第一臺(tái)電話機(jī)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)距離語音通話技術(shù)，1906年又在語音通話的基礎(chǔ)上研發(fā)出了無線電廣播技術(shù)。人類的通信手段開始變得豐富多彩，不僅可以通過有線的方式進(jìn)行通信還可以通過無線的方式進(jìn)行信息溝通。由于我國現(xiàn)代化發(fā)展的特殊性，我國的通信產(chǎn)業(yè)尤其是移動(dòng)通信的發(fā)展有著自己獨(dú)特的發(fā)展道路。第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)主要是引進(jìn)西方國家的先進(jìn)技術(shù)，大量采購海外通信設(shè)備。由于第一代移動(dòng)通信系統(tǒng)的積累，我國的設(shè)備制造商開始參與第二代移動(dòng)通信系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的制定工作，在市場(chǎng)中也占有一定份額。我國在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)的研發(fā)中開始主導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn)化的工作，并且提出了有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的TD-SCDMA制式。第四代移動(dòng)通信我國已經(jīng)將TD-LTE-Advanced技術(shù)規(guī)范成功地申請(qǐng)為國際標(biāo)準(zhǔn)，正式確認(rèn)為4G國際標(biāo)準(zhǔn)，今后的通信的發(fā)展中國將贏得更多的優(yōu)勢(shì)。目前國際電信運(yùn)營企業(yè)和制造企業(yè)均開始著手TD-LTE的發(fā)展研究了。伴隨著移動(dòng)通信的發(fā)展，SDN(softwaredefinednetworking，軟件定義網(wǎng)絡(luò))技術(shù)也在蓬勃發(fā)展。它被視為未來IT行業(yè)的發(fā)展方向與關(guān)鍵技術(shù)，谷歌、華為和中國移動(dòng)等大型公司也在紛紛部署和實(shí)現(xiàn)自己的SDN網(wǎng)絡(luò)。SDN起源于斯坦福大學(xué)的CleanSlate項(xiàng)目組，屬于互聯(lián)網(wǎng)中的革命派。它主張打破現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的體系結(jié)構(gòu)，重新設(shè)計(jì)出一種數(shù)控分離的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。該架構(gòu)由一個(gè)集中式的控制器來管理網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)流量與路由選擇，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信的集中有效管理。2008年，McKeown等人在論文中明確定義了SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中的南向接口，取名為OpenFlow協(xié)議。該協(xié)議將網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)平面和控制平面相分離，利用OpenFlow協(xié)議來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平面與控制平面的信息交流。這種方式為網(wǎng)絡(luò)帶來了極大的靈活性，有利于推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新和新興業(yè)務(wù)的產(chǎn)生。

　　1基于SDN的D2D技術(shù)

　　在未來5G網(wǎng)絡(luò)中，設(shè)備到設(shè)備通信(device-to-devicecommunication，D2D)可以實(shí)現(xiàn)短距離用戶間的快速通信，在提高了業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)間的同時(shí)，也會(huì)帶來網(wǎng)絡(luò)容量、功率消耗和頻譜效率的提升。D2D通信模式的控制平面仍然在基站側(cè)，但是會(huì)話的數(shù)據(jù)可以在終端之間直接傳輸，不需要基站的中轉(zhuǎn)，這樣能提高網(wǎng)絡(luò)的容量和響應(yīng)時(shí)間。本文探究了在SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下利用D2D傳送模式的可能性。其控制平面由一個(gè)集中式的控制器構(gòu)成，其數(shù)據(jù)平面由各個(gè)基站構(gòu)成，數(shù)據(jù)平面與控制平面基于OpenFlow協(xié)議建立連接。控制器基于用戶上報(bào)的信息，可以匯總出一幅全網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D，基于網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D可以在合適的時(shí)機(jī)觸發(fā)D2D的通信模式。進(jìn)而可以大大地提高網(wǎng)絡(luò)容量，減少業(yè)務(wù)響應(yīng)時(shí)間。我們用一個(gè)圖書館無線網(wǎng)絡(luò)作為一個(gè)具體的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。大量圖書館的用戶同時(shí)在發(fā)送和接收很多的信息，由于人數(shù)眾多，每一個(gè)基站的流量是巨大的，甚至?xí)�造成過載。如果相同的數(shù)據(jù)包被相鄰的用戶進(jìn)行請(qǐng)求，可以考慮采用D2D的模式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而緩解基站的壓力，同時(shí)可以提高網(wǎng)絡(luò)的容量，減少發(fā)送功率。不妨設(shè)想，A需要數(shù)據(jù)包a，幾分鐘后，B也同時(shí)需要數(shù)據(jù)包a，這時(shí)大可不必發(fā)送請(qǐng)求到基站要求基站尋找數(shù)據(jù)包再返回發(fā)送給B。B可以先向周圍的用戶發(fā)送hello包，得到周圍用戶的信息。再將得到的用戶信息和請(qǐng)求一起發(fā)送給基站，這時(shí)，如果中央處理器檢測(cè)到A在B的附近，而A在幾分鐘前已經(jīng)接收過B所需要的數(shù)據(jù)包，就可以在A與B之間啟用D2D通信模式，讓A把數(shù)據(jù)包直接發(fā)送給B，這樣就有效的減弱了基站的壓力。而如果A不在B的附近，或者B的附近沒有已經(jīng)接收過這個(gè)數(shù)據(jù)包的用戶，那么就還是依靠基站調(diào)取數(shù)據(jù)包來發(fā)送給B。

　　2基于SDN架構(gòu)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)與負(fù)載均衡

　　除了圖書館無線管理系統(tǒng)，我們可以將應(yīng)用場(chǎng)景放大到移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的設(shè)計(jì)中去。在基于SDN的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，數(shù)據(jù)平面由基站(BS)構(gòu)成，移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)包經(jīng)過基站存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)。在一個(gè)自治域內(nèi)，所有基站集中控制于控制器�？刂破骶S持著網(wǎng)絡(luò)的控制平面。控制器可以查詢BS的資源使用、負(fù)載等信息，負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)配。在我們生活的城市移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋率已達(dá)到很高的水平，眾所周知，信號(hào)的接收和發(fā)送就是通過基站來完成的，數(shù)據(jù)流從用戶A轉(zhuǎn)發(fā)到用戶B需要經(jīng)過以下步驟，我們考慮用戶A和用戶B在不同的基站信號(hào)的覆蓋范圍內(nèi)，用戶A先將數(shù)據(jù)包發(fā)送給附著基站1，基站1查詢流表中是否有與數(shù)據(jù)包相匹配的轉(zhuǎn)發(fā)路徑。如果有，直接按流表進(jìn)行操作;如果沒有，則上報(bào)給控制器進(jìn)行尋址�？刂破鲗�尋址結(jié)果發(fā)送給基站1，基站1將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)給基站2，再由基站2發(fā)送給用戶B�；�站1的流表項(xiàng)增加一項(xiàng)，如果再有用戶A到用戶B的數(shù)據(jù)包則直接按流表轉(zhuǎn)發(fā)，不經(jīng)過控制器。在移動(dòng)通信中，存在數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)分布不均勻的現(xiàn)象。例如：在商務(wù)區(qū)里，此刻是節(jié)假日，商場(chǎng)里人十分密集，所有人的手機(jī)接入商場(chǎng)附近的基站A，通過基站A來接收發(fā)送信息。基站A的流量有限，面對(duì)如此多的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)顯然擁堵，商場(chǎng)附近的辦公樓有基站B，手機(jī)也處于B的信號(hào)覆蓋范圍內(nèi)，只是路徑比較遠(yuǎn)。那么與其和其他無數(shù)的手機(jī)一起擠在已經(jīng)達(dá)到負(fù)荷基站A，不如通過路徑較遠(yuǎn)的基站B，雖然每次接收發(fā)送信息較慢一些，也比起在基站A處等待分配信道快。那么這就需要基站時(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)業(yè)務(wù)負(fù)載信息，通過計(jì)數(shù)器針對(duì)每張表、每個(gè)流、每個(gè)端口、每個(gè)隊(duì)列來分別維護(hù)。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)基站內(nèi)的信息流量，并上報(bào)給控制器，由控制器來分析數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)先選擇負(fù)載較輕的路徑，決策下發(fā)給基站執(zhí)行。若周末商場(chǎng)人群密集程度較大，控制器就可將一些手機(jī)業(yè)務(wù)從A基站卸載到基站B，這樣就有效的減輕了基站A的壓力，同時(shí)提高了用戶的通信速度。相對(duì)的，在工作日顯然辦公樓的人群密集程度較大，此時(shí)控制器就再將交換機(jī)劃分給基站B。

　　3無線資源虛擬化

　　由于SDN數(shù)控分離的設(shè)計(jì)理念，我們可以將底層物理資源虛擬化，進(jìn)而對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用體現(xiàn)出合適的業(yè)務(wù)支撐能力。在將SDN引入移動(dòng)通信的過程中，虛擬化的難點(diǎn)在于如何將變化莫測(cè)的無線空口資源虛擬化成無線資源來進(jìn)行調(diào)度。首先，各個(gè)基站將所擁有的各種物理資源通過香農(nóng)公式將所擁有的無線頻譜資源進(jìn)行整合映射，將無線頻譜資源折合成與速率相關(guān)的矩陣。SDN控制器負(fù)責(zé)上層虛擬資源管理，此時(shí)各個(gè)基站將無線鏈路信息上報(bào)到控制器匯總并處理信息。SDN控制器再根據(jù)映射后的矩陣，按需動(dòng)態(tài)地為上層統(tǒng)一分配虛擬資源，根據(jù)用戶的需求，將不同速率資源塊打包，構(gòu)成滿足各個(gè)用戶所需的合適速率的虛擬資源塊。上層虛擬資源分配結(jié)果，通過控制器下發(fā)具體策略和資源映射信息給基站，最后各個(gè)基站根據(jù)分配結(jié)果對(duì)實(shí)際頻譜資源進(jìn)行分配將用戶所需要的資源分配給各個(gè)用戶。此外，因?yàn)椴煌瑯I(yè)務(wù)分配資源的優(yōu)先級(jí)不同，SDN控制器需要先將高優(yōu)先級(jí)的業(yè)務(wù)進(jìn)行打包。例如：會(huì)話類、流類的業(yè)務(wù)對(duì)傳輸時(shí)延要求較高，而交互類和背景類傳輸時(shí)延就很寬松甚至無限制，為了保證通話類業(yè)務(wù)的實(shí)時(shí)性，可以優(yōu)先滿足其對(duì)資源的需求。而交互類和背景類則需要低比特誤差率的無線資源。這些都可以通過SDN控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)的管理，有利于節(jié)約無線通信的資源，有效地規(guī)避資源浪費(fèi)。

　　4結(jié)論

　　本文從移動(dòng)通信的發(fā)展出發(fā)，探究未來移動(dòng)通信的發(fā)展方向。軟件定義網(wǎng)絡(luò)作為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向，將其數(shù)控分離的設(shè)計(jì)理念與移動(dòng)通信相結(jié)合可以極大地提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性與有效性。本文將SDN與D2D通信模式相結(jié)合，提出了圖書館無線系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案，極大地提高了業(yè)務(wù)的響應(yīng)速度和頻譜效率。除此之外，本文還參考OpenFlow協(xié)議提出了基于SDN移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的負(fù)載均衡方案，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源;文章最后研究了SDN在無線資源虛擬化方面的應(yīng)用，體現(xiàn)出SDN在無線資源虛擬化上的優(yōu)勢(shì)。

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