網(wǎng)絡通信技術的日漸發(fā)達改變了人們的生產(chǎn)生活，軟件定義網(wǎng)絡也成為未來的發(fā)展方向，本文主要研究SDN在現(xiàn)代通信技術的應用。

　　《軟件世界》軟件技術期刊，創(chuàng)刊于1984年，由中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院、北京中電報科技發(fā)展有限公司主辦。計算機科學技術刊物。旨在推動計算機在我國的應用，推動我國軟件產(chǎn)業(yè)的建立和發(fā)展，促進軟件應用社會化、軟件開發(fā)工程化、軟件成果商品化和軟件經(jīng)營企業(yè)化等方面的工作更好開展。

　　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(SDN)數(shù)控分離的設計理念可以使得網(wǎng)絡獲得很高的靈活性。本文將移動通信與SDN相結合，探究SDN在移動通信中的應用價值。本文將SDN與D2D通信模式相結合，提出了圖書館無線系統(tǒng)的實現(xiàn)方案;除此之外，本文還參考OpenFlow協(xié)議提出了基于SDN移動通信網(wǎng)絡架構下的負載均衡方案;最后研究了SDN在無線資源虛擬化方面的優(yōu)勢與可行性方案。

　　隨之而來的是現(xiàn)代通信技術的快速發(fā)展，尤其是在電報、電話和電磁波領域有了重要突破。例如：1837年世界上第一臺電磁式電報機問世，1878年貝爾發(fā)明了世界上第一臺電話機，實現(xiàn)了遠距離語音通話技術，1906年又在語音通話的基礎上研發(fā)出了無線電廣播技術。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行通信還可以通過無線的方式進行信息溝通。由于我國現(xiàn)代化發(fā)展的特殊性，我國的通信產(chǎn)業(yè)尤其是移動通信的發(fā)展有著自己獨特的發(fā)展道路。第一代移動通信系統(tǒng)主要是引進西方國家的先進技術，大量采購海外通信設備。由于第一代移動通信系統(tǒng)的積累，我國的設備制造商開始參與第二代移動通信系統(tǒng)標準的制定工作，在市場中也占有一定份額。我國在第三代移動通信系統(tǒng)的研發(fā)中開始主導標準化的工作，并且提出了有自主知識產(chǎn)權的TD-SCDMA制式。第四代移動通信我國已經(jīng)將TD-LTE-Advanced技術規(guī)范成功地申請為國際標準，正式確認為4G國際標準，今后的通信的發(fā)展中國將贏得更多的優(yōu)勢。目前國際電信運營企業(yè)和制造企業(yè)均開始著手TD-LTE的發(fā)展研究了。伴隨著移動通信的發(fā)展，SDN(softwaredefinednetworking，軟件定義網(wǎng)絡)技術也在蓬勃發(fā)展。它被視為未來IT行業(yè)的發(fā)展方向與關鍵技術，谷歌、華為和中國移動等大型公司也在紛紛部署和實現(xiàn)自己的SDN網(wǎng)絡。SDN起源于斯坦福大學的CleanSlate項目組，屬于互聯(lián)網(wǎng)中的革命派。它主張打破現(xiàn)有網(wǎng)絡的體系結構，重新設計出一種數(shù)控分離的網(wǎng)絡架構。該架構由一個集中式的控制器來管理網(wǎng)絡中的數(shù)據(jù)流量與路由選擇，從而實現(xiàn)對整個網(wǎng)絡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)絡架構中的南向接口，取名為OpenFlow協(xié)議。該協(xié)議將網(wǎng)絡設備的數(shù)據(jù)平面和控制平面相分離，利用OpenFlow協(xié)議來實現(xiàn)數(shù)據(jù)平面與控制平面的信息交流。這種方式為網(wǎng)絡帶來了極大的靈活性，有利于推動網(wǎng)絡創(chuàng)新和新興業(yè)務的產(chǎn)生。

　　1基于SDN的D2D技術

　　在未來5G網(wǎng)絡中，設備到設備通信(device-to-devicecommunication，D2D)可以實現(xiàn)短距離用戶間的快速通信，在提高了業(yè)務響應時間的同時，也會帶來網(wǎng)絡容量、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，但是會話的數(shù)據(jù)可以在終端之間直接傳輸，不需要基站的中轉，這樣能提高網(wǎng)絡的容量和響應時間。本文探究了在SDN網(wǎng)絡架構下利用D2D傳送模式的可能性。其控制平面由一個集中式的控制器構成，其數(shù)據(jù)平面由各個基站構成，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的信息，可以匯總出一幅全網(wǎng)的網(wǎng)絡拓撲圖，基于網(wǎng)絡拓撲圖可以在合適的時機觸發(fā)D2D的通信模式。進而可以大大地提高網(wǎng)絡容量，減少業(yè)務響應時間。我們用一個圖書館無線網(wǎng)絡作為一個具體的應用場景進行方案設計。大量圖書館的用戶同時在發(fā)送和接收很多的信息，由于人數(shù)眾多，每一個基站的流量是巨大的，甚至會造成過載。如果相同的數(shù)據(jù)包被相鄰的用戶進行請求，可以考慮采用D2D的模式進行數(shù)據(jù)傳輸，進而緩解基站的壓力，同時可以提高網(wǎng)絡的容量，減少發(fā)送功率。不妨設想，A需要數(shù)據(jù)包a，幾分鐘后，B也同時需要數(shù)據(jù)包a，這時大可不必發(fā)送請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求一起發(fā)送給基站，這時，如果中央處理器檢測到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)接收過這個數(shù)據(jù)包的用戶，那么就還是依靠基站調取數(shù)據(jù)包來發(fā)送給B。

　　2基于SDN架構的移動通信網(wǎng)絡架構與負載均衡

　　除了圖書館無線管理系統(tǒng)，我們可以將應用場景放大到移動通信網(wǎng)絡架構的設計中去。在基于SDN的移動通信網(wǎng)絡架構中，數(shù)據(jù)平面由基站(BS)構成，移動通信的數(shù)據(jù)包經(jīng)過基站存儲轉發(fā)。在一個自治域內(nèi)，所有基站集中控制于控制器。控制器維持著網(wǎng)絡的控制平面。控制器可以查詢BS的資源使用、負載等信息，負責網(wǎng)絡資源的調配。在我們生活的城市移動網(wǎng)絡的覆蓋率已達到很高的水平，眾所周知，信號的接收和發(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)包相匹配的轉發(fā)路徑。如果有，直接按流表進行操作;如果沒有，則上報給控制器進行尋址。控制器將尋址結果發(fā)送給基站1，基站1將數(shù)據(jù)包轉發(fā)給基站2，再由基站2發(fā)送給用戶B。基站1的流表項增加一項，如果再有用戶A到用戶B的數(shù)據(jù)包則直接按流表轉發(fā)，不經(jīng)過控制器。在移動通信中，存在數(shù)據(jù)業(yè)務分布不均勻的現(xiàn)象。例如：在商務區(qū)里，此刻是節(jié)假日，商場里人十分密集，所有人的手機接入商場附近的基站A，通過基站A來接收發(fā)送信息。基站A的流量有限，面對如此多的數(shù)據(jù)業(yè)務顯然擁堵，商場附近的辦公樓有基站B，手機也處于B的信號覆蓋范圍內(nèi)，只是路徑比較遠。那么與其和其他無數(shù)的手機一起擠在已經(jīng)達到負荷基站A，不如通過路徑較遠的基站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時統(tǒng)計業(yè)務負載信息，通過計數(shù)器針對每張表、每個流、每個端口、每個隊列來分別維護。實時監(jiān)測基站內(nèi)的信息流量，并上報給控制器，由控制器來分析數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)流進行優(yōu)化，優(yōu)先選擇負載較輕的路徑，決策下發(fā)給基站執(zhí)行。若周末商場人群密集程度較大，控制器就可將一些手機業(yè)務從A基站卸載到基站B，這樣就有效的減輕了基站A的壓力，同時提高了用戶的通信速度。相對的，在工作日顯然辦公樓的人群密集程度較大，此時控制器就再將交換機劃分給基站B。

　　3無線資源虛擬化

　　由于SDN數(shù)控分離的設計理念，我們可以將底層物理資源虛擬化，進而對網(wǎng)絡應用體現(xiàn)出合適的業(yè)務支撐能力。在將SDN引入移動通信的過程中，虛擬化的難點在于如何將變化莫測的無線空口資源虛擬化成無線資源來進行調度。首先，各個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行整合映射，將無線頻譜資源折合成與速率相關的矩陣。SDN控制器負責上層虛擬資源管理，此時各個基站將無線鏈路信息上報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，構成滿足各個用戶所需的合適速率的虛擬資源塊。上層虛擬資源分配結果，通過控制器下發(fā)具體策略和資源映射信息給基站，最后各個基站根據(jù)分配結果對實際頻譜資源進行分配將用戶所需要的資源分配給各個用戶。此外，因為不同業(yè)務分配資源的優(yōu)先級不同，SDN控制器需要先將高優(yōu)先級的業(yè)務進行打包。例如：會話類、流類的業(yè)務對傳輸時延要求較高，而交互類和背景類傳輸時延就很寬松甚至無限制，為了保證通話類業(yè)務的實時性，可以優(yōu)先滿足其對資源的需求。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控制器進行實時的管理，有利于節(jié)約無線通信的資源，有效地規(guī)避資源浪費。

　　4結論

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

　　參考文獻

　　[1]周炯槃，等.通信原理[M].3版.北京：北京郵電大學出版社，2008.

　　[2]畢軍.SDN體系結構與未來網(wǎng)絡體系結構創(chuàng)新環(huán)境[J].電信科學，2013，29(8)：6-15.

　　[3]郝偉.Femtocell網(wǎng)絡中基于無線資源虛擬化的資源分配研究[D].西安：西安電子科技大學，2014.