5G网络架构的基石——SDN（软件定义网）与NFV（网络功能虚拟化）

随着5G网络的日渐临近，大家对于5G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网络架构的基石——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。

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。

下面是EPC的网络构架图：

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。

(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。