5G网络架构的重构与挑战
李聪
【摘 要】首先详细阐述了面向5G网络架构的沿革与SDN/NFV的引入，并对现有网络采用解耦、抽象和重构的方法，提出了控制与转发分离、控制集中化、可编程的移动通信网络架构，最后分析阐述了水平网络及开放性的新含义，网络重构的趋势、战略目标、演进方向和目标架构，以及网络架构重构的战略意义和挑战。
【关键词】网络架构；网络重构；网络演进
On the Reconfiguration and Challenge of 5G Network Architecture
LI Cong
（Shanghai Posts & Telecommunications Designing Consulting Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200092， China）
[Abstract] The evolution oriented to 5G network architecture and the introduction of SDN/NFV were elaborated. The decoupling， abstracting and the reconfiguration were applied to existing networks to propose the mobile communication network architecture with the separation of control and forwarding， centralized control and the programing ability. The new concepts of the horizontal network and the opening were expounded. The tendency， strategic goal， evolution direction and target architecture were addressed. Finally， the strategic significance and challenge of network architecture reconfiguration were discussed.
[Key words]network architecture； network reconfiguration； network evolution
1 引言
5G（5th Generation，第五代移动通信系统）是一个端到端的生态通信系统，它将实现一个全连接和全移动的社会。现有的传统网络是刚性固化的，传统网络往往更加关注网络的底层传送能力而忽略了网络的能力向上层应用和业务开放，因此导致网络缺少流程化的能力开放接口，业务很难灵活地调用网络能力，这就导致承载网不能承载一些互联网的业务和应用，而必须采用应用层专用的协议进行纠错、应用加速和流量均衡等优化设计。
此外，现有2G/3G/4G网络更多地关注和加强技术从而局限在接入网及核心网上，而5G将会改变以往通信网络格局，实现网络的软件和硬件的分离。5G架构的重构通过引入了NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）和SDN（Software Defined Network，軟件定义网络），将淘汰传统网络建设复杂度非常高的“烟囱”架构，以充分展示基于SDN/NFV技术的创新型基础设施环境在灵活组网和网络安全方面的潜力[1]。为此，本文接下来将详细阐述面向5G网络架构的沿革与SDN/NFV的引入，并探讨5G网络架构的重构及面临的挑战。
2 网络重构及SDN/NFV的引入
2.1 网络重构的演进方向
首先，网络重构将把网络运营从分散型向集约型演进，由于历史原因，传统电信运营商一般沿袭了自上而下的网络组织和运行方式，各个省市的网络运营商均独立建设和运营基础网络，因此导致网络利用率低下、端到端业务体验较差。随着互联网的发展，网络用户对网络的运营模式提出了更高的要求，因此网络必须具有“统一集约规划”、“统一集约建设”和“统一集约管控”三大特征。
其次，传统网络更多关注网络底层的传送能力，而对于承载网络能力向上层应用和新业务的创新开发并无过多的考虑，因此缺乏标准化的业务开放接口，业务调度不灵活。未来的网络架构必须要达到网络能力接口标准化及开放的要求。
再次，在互联网发展过程里，基于云计算来提供业务已成为大势所趋，但是目前云和网之间缺乏灵活的握手互动机制，通常计算资源、存储资源和网络资源多是彼此之间独立静态配置，无法统一按需提供。未来的网络架构必须向业务、IT和网络云化以及基于DC（Data Center，数据中心）集中部署并以DC为网络核心的云网融合转变[2]。
最后，网络要走向运营开发一体化，在现行的网络运营模式下，厂家与运营商之间都是简单的售卖方式，主要由“供给”决定“需求”，未来的网络需要达到用户对网络的定制化要求，通过分离网络的软件与硬件，引入IT设备等多种手段达到由简单的售卖到创新驱动发展的目的。
2.2 SDN/NFV技术的引入
随着通信技术的变革和发展，现有的网络已经不再适应现在高速发展的高速率时代，网络架构的重构将减少网络的层级、转移网络核心节点，同时也会将网络软化，网络流量收敛比减少，基于SDN/NFV的新架构是网络重构的要方式，它以网络控制与转发及网络软硬件双解耦为基本特征，是全局性、革命性的架构重构。
从SDN和NFV的定义出发，一套整体的SDN解决方案包括数据层、控制层和应用层。控制器运用南向接口对设备进行控制，运用北向接口支持应用开发，为业务提供服务。
【摘 要】首先详细阐述了面向5G网络架构的沿革与SDN/NFV的引入，并对现有网络采用解耦、抽象和重构的方法，提出了控制与转发分离、控制集中化、可编程的移动通信网络架构，最后分析阐述了水平网络及开放性的新含义，网络重构的趋势、战略目标、演进方向和目标架构，以及网络架构重构的战略意义和挑战。
【关键词】网络架构；网络重构；网络演进
On the Reconfiguration and Challenge of 5G Network Architecture
LI Cong
（Shanghai Posts & Telecommunications Designing Consulting Institute Co.， Ltd.， Shanghai 200092， China）
[Abstract] The evolution oriented to 5G network architecture and the introduction of SDN/NFV were elaborated. The decoupling， abstracting and the reconfiguration were applied to existing networks to propose the mobile communication network architecture with the separation of control and forwarding， centralized control and the programing ability. The new concepts of the horizontal network and the opening were expounded. The tendency， strategic goal， evolution direction and target architecture were addressed. Finally， the strategic significance and challenge of network architecture reconfiguration were discussed.
[Key words]network architecture； network reconfiguration； network evolution
1 引言
5G（5th Generation，第五代移动通信系统）是一个端到端的生态通信系统，它将实现一个全连接和全移动的社会。现有的传统网络是刚性固化的，传统网络往往更加关注网络的底层传送能力而忽略了网络的能力向上层应用和业务开放，因此导致网络缺少流程化的能力开放接口，业务很难灵活地调用网络能力，这就导致承载网不能承载一些互联网的业务和应用，而必须采用应用层专用的协议进行纠错、应用加速和流量均衡等优化设计。
此外，现有2G/3G/4G网络更多地关注和加强技术从而局限在接入网及核心网上，而5G将会改变以往通信网络格局，实现网络的软件和硬件的分离。5G架构的重构通过引入了NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）和SDN（Software Defined Network，軟件定义网络），将淘汰传统网络建设复杂度非常高的“烟囱”架构，以充分展示基于SDN/NFV技术的创新型基础设施环境在灵活组网和网络安全方面的潜力[1]。为此，本文接下来将详细阐述面向5G网络架构的沿革与SDN/NFV的引入，并探讨5G网络架构的重构及面临的挑战。
2 网络重构及SDN/NFV的引入
2.1 网络重构的演进方向
首先，网络重构将把网络运营从分散型向集约型演进，由于历史原因，传统电信运营商一般沿袭了自上而下的网络组织和运行方式，各个省市的网络运营商均独立建设和运营基础网络，因此导致网络利用率低下、端到端业务体验较差。随着互联网的发展，网络用户对网络的运营模式提出了更高的要求，因此网络必须具有“统一集约规划”、“统一集约建设”和“统一集约管控”三大特征。
其次，传统网络更多关注网络底层的传送能力，而对于承载网络能力向上层应用和新业务的创新开发并无过多的考虑，因此缺乏标准化的业务开放接口，业务调度不灵活。未来的网络架构必须要达到网络能力接口标准化及开放的要求。
再次，在互联网发展过程里，基于云计算来提供业务已成为大势所趋，但是目前云和网之间缺乏灵活的握手互动机制，通常计算资源、存储资源和网络资源多是彼此之间独立静态配置，无法统一按需提供。未来的网络架构必须向业务、IT和网络云化以及基于DC（Data Center，数据中心）集中部署并以DC为网络核心的云网融合转变[2]。
最后，网络要走向运营开发一体化，在现行的网络运营模式下，厂家与运营商之间都是简单的售卖方式，主要由“供给”决定“需求”，未来的网络需要达到用户对网络的定制化要求，通过分离网络的软件与硬件，引入IT设备等多种手段达到由简单的售卖到创新驱动发展的目的。
2.2 SDN/NFV技术的引入
随着通信技术的变革和发展，现有的网络已经不再适应现在高速发展的高速率时代，网络架构的重构将减少网络的层级、转移网络核心节点，同时也会将网络软化，网络流量收敛比减少，基于SDN/NFV的新架构是网络重构的要方式，它以网络控制与转发及网络软硬件双解耦为基本特征，是全局性、革命性的架构重构。
从SDN和NFV的定义出发，一套整体的SDN解决方案包括数据层、控制层和应用层。控制器运用南向接口对设备进行控制，运用北向接口支持应用开发，为业务提供服务。
