SDN/NFV 和云計(jì)算都是起源于IT 領(lǐng)域的技術(shù)。如今，云計(jì)算已經(jīng)非常成熟，在IT 領(lǐng)域已經(jīng)大規(guī)模商用，SDN 技術(shù)作為新興的轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，也已經(jīng)被谷歌等互聯(lián)網(wǎng)巨頭部署在多個(gè)數(shù)據(jù)中心。隨著虛擬化技術(shù)的發(fā)展，人們?cè)噲D將更多的專有設(shè)備虛擬化和軟件化，從而達(dá)到降低成本和靈活部署的目的，于是NFV 的概念誕生了。本文將結(jié)合廣義上3 種技術(shù)本身的特點(diǎn)和未來5G 的網(wǎng)絡(luò)能力要求，分析各技術(shù)在5G 架構(gòu)中的技術(shù)定位和前景，同時(shí)結(jié)合實(shí)際的發(fā)展情況，總結(jié)未來運(yùn)營商在技術(shù)研發(fā)和業(yè)務(wù)模式上的側(cè)重點(diǎn)。

（1） 廣義的SDN 及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

ONF 在 2012 年 4 月發(fā)布白皮書《Software- Defined Networking: The New Norm for Networks》，將 SDN 定義為：

“SDN 是一種新興的、控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離并直接可編程的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其核心是將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備緊耦合的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)解耦成應(yīng)用、控制、轉(zhuǎn)發(fā)三層分離的架構(gòu)，并通過標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的集中管控和網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的可編程性。”其定義的基本架構(gòu)見圖1。

圖1  SDN 基礎(chǔ)架構(gòu)

由于ONF 是主導(dǎo)OpenFlow 標(biāo)準(zhǔn)化的組織，所以在南向接口上只標(biāo)注了OpenFlow 一種協(xié)議，事實(shí)上， OpenFlow 協(xié)議僅是SDN 南向接口協(xié)議的一種選擇，雖然目前占據(jù)主流的態(tài)勢(shì)，但業(yè)內(nèi)也有不同的協(xié)議出現(xiàn)，所以O(shè)penFlow 不等于SDN。

SDN 除了南向的接口協(xié)議，在Control Layer 也就是SDN 控制器的標(biāo)準(zhǔn)化上也有一定分歧，設(shè)備商主導(dǎo)的 Opendaylight 雖為先行者，但由于思科等廠商的強(qiáng)勢(shì)，逐漸引起業(yè)界的不滿，于是運(yùn)營商主導(dǎo)的ONOS 成立。雖然兩者都自稱開源控制器，但其實(shí)Opendaylight一直在排斥基于開放的協(xié)議方案，設(shè)備商們更想采用折中的方案，既以開放專用接口的方式保留傳統(tǒng)設(shè)備，又期望通過SDN 來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型，使它們的網(wǎng)絡(luò)更加敏捷高效并足以滿足未來各種應(yīng)用場(chǎng)景，同時(shí)降低成本并開展新的業(yè)務(wù)模式來擴(kuò)大收入，所以目前 ONOS 的前景更被看好。

對(duì)于SDN 的應(yīng)用部署情況，目前SDN 主要是部署在數(shù)據(jù)中心之間，針對(duì)移動(dòng)無線網(wǎng)絡(luò)的部署方案及架構(gòu)，都還在討論中。

(2) 廣義的NFV 及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

ETSI NFV-ISG 發(fā)布的白皮書對(duì) NFV 給出了定義：“NFV 是一種通過硬件最小化來減少依賴硬件的更靈活和簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展模式”。其實(shí)質(zhì)是將網(wǎng)絡(luò)功能從專用硬件設(shè)備中剝離出來，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件解耦后的各自獨(dú)立，基于通用的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能及其動(dòng)態(tài)靈活的部署。其定義的 NFV 高層架構(gòu)如圖2 所示。

圖2  NFV 高層結(jié)構(gòu)

從圖中可以看出，由于NFV 是以云計(jì)算和虛擬化為基礎(chǔ)，所以ETSI 的NFV 高層架構(gòu)一開始就把虛擬網(wǎng)元設(shè)備間的管理和編排功能加入到了架構(gòu)中。

在標(biāo)準(zhǔn)化方面，除了ETSI 的高層設(shè)計(jì)，還有針對(duì)具體VNF 之間，彼此虛擬網(wǎng)元設(shè)備間的標(biāo)準(zhǔn)化組織，即OPNFV，2014 年底Linux 基金會(huì)資助建立了OPNFV開源組織，其致力于促進(jìn)NFV 的發(fā)展，未來將和產(chǎn)業(yè)界緊密合作，建立一個(gè)綜合性的電信級(jí)別的開源NFV平臺(tái)，借助這個(gè)平臺(tái)，可以確保未來NFV 產(chǎn)品的一致性、功能性和互操作性。在目前階段，OPNFV 平臺(tái)將會(huì)把焦點(diǎn)放在建立NFV 基礎(chǔ)架構(gòu)、虛擬基礎(chǔ)架構(gòu)管理、網(wǎng)絡(luò)功能編排器以及基礎(chǔ)架構(gòu)間的API 上。

(3) 廣義的云計(jì)算及標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程

美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）對(duì)云計(jì)算的定義：云計(jì)算是一種按使用量付費(fèi)的模式，這種模式提供可用的、便捷的、按需的網(wǎng)絡(luò)訪問，進(jìn)入可配置的計(jì)算資源共享池（資源包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、應(yīng)用軟件、服務(wù)），這些資源能夠被快速提供，只需投入很少的管理工作，或與服務(wù)供應(yīng)商進(jìn)行很少的交互。

對(duì)運(yùn)營商來說，針對(duì)未來定制化的客戶服務(wù)，云計(jì)算的模式是必不可少的，同時(shí)云計(jì)算本身的分布式計(jì)算、虛擬化、負(fù)載均衡和熱備份冗余等特性也可以很好地滿足5G 架構(gòu)對(duì)于低成本和靈活性部署的要求。

在以往，私有云平臺(tái)的種類很多，每家公司都有自己的技術(shù)方案，沒有必要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，但是對(duì)于5G 來說，開放性和兼容性是必備的屬性，所以運(yùn)營商將來的云計(jì)算平臺(tái)必然是選擇某個(gè)開源云平臺(tái)，例如OpenStack。事實(shí)上目前絕大多數(shù)針對(duì)5G 的架構(gòu)試驗(yàn)和驗(yàn)證都是基于OpenStack 平臺(tái)來搭建，其提供了很好的兼容性和開放性。所以，OpenStack 已經(jīng)成為事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，但基于OpenStack 的內(nèi)核，開發(fā)自己的定制版本，集成更多的功能將是未來部署的主流，就像Linux 的定制版，不同公司的OS 存在些許兼容性的差異，因此運(yùn)營商版本的OpenStack 應(yīng)該被二次標(biāo)準(zhǔn)化。

對(duì)比現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，5G 不僅僅是速度更快、延遲更低， 5G 主要是針對(duì)未來典型的應(yīng)用場(chǎng)景來進(jìn)行設(shè)計(jì)，這些場(chǎng)景可以歸納為包含以下4 個(gè)特點(diǎn)：

●連續(xù)廣域覆蓋：對(duì)用戶來說，要求體驗(yàn)速率達(dá)到100Mbit/s。為5G 的覆蓋不再局限于目前小區(qū)的概念，而是多種接入模式的融合，通過智能的調(diào)度，為用戶提供更快的體驗(yàn)速率。

●熱點(diǎn)高容量：在用戶的集中區(qū)域，如大型演唱會(huì)、車站等人口密度大、流量密度高的區(qū)域，5G 要根據(jù)動(dòng)態(tài)的資源調(diào)度，滿足體驗(yàn)速率1~10Gbit/s 和流量密度10Tbit/km2 的網(wǎng)絡(luò)要求。

●低時(shí)延、高可靠：在未來的自動(dòng)駕駛和工業(yè)控制領(lǐng)域，對(duì)時(shí)延和可靠性的要求是非常嚴(yán)苛的，未來端到端ms 級(jí)的延遲和可靠性接近100%的網(wǎng)絡(luò)要求是5G必須滿足的。

●低功耗、大連接：萬物互聯(lián)將是下一代信息技術(shù)革命的目標(biāo)，未來在智慧城市、環(huán)境監(jiān)測(cè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場(chǎng)景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點(diǎn)。這類終端分布范圍廣、數(shù)量眾多，不僅對(duì)連接數(shù)密度有很高的要求，而且還要保證終端的超低功耗和超低成本。

5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（見圖3）

圖3  5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

在5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，將未來電信網(wǎng)劃分為3 朵云：●藍(lán)色的無線接入云：支持接入控制和承載分離、接入資源的協(xié)同管理，滿足未來多種的部署場(chǎng)景（例如

集中、分布、無線Mesh），實(shí)現(xiàn)基站的即插即用。

●紅色的控制云：實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)控制功能集中，網(wǎng)元功能具備虛擬化、軟件化以及重構(gòu)性，支持第三方的網(wǎng)絡(luò)能力開放。

●綠色的轉(zhuǎn)發(fā)云：將控制功能剝離，轉(zhuǎn)發(fā)的功能靠近各個(gè)基站，將不同的業(yè)務(wù)能力與轉(zhuǎn)發(fā)能力融合。

其中，網(wǎng)絡(luò)的控制功能會(huì)根據(jù)物理區(qū)域進(jìn)行劃分，具體分為本地、區(qū)域和全局集中3 種，一般來說控制功能會(huì)部署在數(shù)據(jù)中心，并通過北向接口來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)性管理、會(huì)話管理、資源控制和路由尋址等功能。

總的來看，在上述5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中SDN 技術(shù)是連接控制云和轉(zhuǎn)發(fā)云的關(guān)鍵；NFV 將轉(zhuǎn)發(fā)云中的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備和多個(gè)控制云中的網(wǎng)元用通用設(shè)備來替代，從而節(jié)省成本；3 朵云中的資源調(diào)度、彈性擴(kuò)展和自動(dòng)化管理都是依賴基礎(chǔ)的云計(jì)算平臺(tái)，其中無線接入云更多是側(cè)重于多種接入資源的協(xié)調(diào)優(yōu)化，并不太依賴SDN 帶來的轉(zhuǎn)發(fā)面的控制和承載分離。

但是，當(dāng)把電信網(wǎng)的特點(diǎn)和廣義的SDN/NFV 和云計(jì)算結(jié)合起來看，起源于IT 領(lǐng)域的這些技術(shù)并不能直接嫁接過來，在應(yīng)用之前，必須明確以下幾點(diǎn)：

（1）SDN 控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離的理念并不新。SDN 控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離的理念，在電信界并不是新概念，如今的電信網(wǎng)可以劃分為傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)和IP 網(wǎng)絡(luò)兩個(gè)領(lǐng)域， SDN 的理念更類似傳統(tǒng)電信網(wǎng)的思路，傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模巨大，可管控一直都是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)維護(hù)的重要原則。20 世紀(jì)80 年代SS7 改造時(shí)就運(yùn)用了集中控制面的建網(wǎng)方式，90 年代的V5 和遠(yuǎn)端模塊技術(shù)的運(yùn)用早已實(shí)現(xiàn)了集中控制和分散部署的理念。所以，在設(shè)計(jì)理念層面，關(guān)注點(diǎn)應(yīng)放在SDN帶來的開放性上。

（2）對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)來說，既不是演進(jìn)也不是疊加。5G大量的運(yùn)用云化和軟件化技術(shù)與以往2G、3G和4G的演進(jìn)模式是不同的，5G也不能是獨(dú)立疊加于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的一張新網(wǎng)絡(luò)，5G中SDN/NFV和云計(jì)算真正的價(jià)值在于對(duì)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和業(yè)務(wù)經(jīng)營方式的巨大革命。

（3）網(wǎng)絡(luò)建設(shè)一定是逐步進(jìn)行的。雖然5G目標(biāo)是萬物互聯(lián)，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛，而且5G也不是4G技術(shù)的演進(jìn)，但運(yùn)營商對(duì)基于SDN/NFV的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)一定會(huì)先在迫切需要改善經(jīng)營效率的地方（例如大型數(shù)據(jù)中心、智慧城市等）優(yōu)先部署，5G真正全云化的發(fā)展歷程一定會(huì)比現(xiàn)有3G→4G的演進(jìn)過程要漫長。

（4）云平臺(tái)和NFV組件的可靠性有待提高。在5G的網(wǎng)絡(luò)能力要求中，在特定領(lǐng)域?qū)煽啃蕴岢隽撕芨叩囊?，傳統(tǒng)的電信網(wǎng)采用專用的電信設(shè)備，可靠性達(dá)99.999%，而虛擬化核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基于通用的硬件服務(wù)器，可靠性低，所以必須依靠虛擬化集群式的部署，通過實(shí)時(shí)的監(jiān)控備份來提高其可靠性，但在實(shí)際部署中，能否達(dá)到5G如此高的網(wǎng)絡(luò)能力要求，依舊存疑。

SDN/NFV和云計(jì)算在未來5G中的關(guān)系，可以類比為“點(diǎn)”、“線”、“面”的關(guān)系，NFV負(fù)責(zé)虛擬網(wǎng)元，形成“點(diǎn)”；SDN負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)連接，形成“線”；而所有這些網(wǎng)元和連接，都是部署在虛擬化的云平臺(tái)中，云計(jì)算形成“面”。

NFV主要負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)功能的軟件化和虛擬化，并保持功能不變，軟件化是基于云計(jì)算平臺(tái)的基礎(chǔ)設(shè)施，虛擬化的目的是充分利用IT設(shè)備資源的低成本和靈活性，但同時(shí)，并非所有的網(wǎng)絡(luò)功能都是需要被虛擬化的。對(duì)運(yùn)營商來說，NFV提供了一種更經(jīng)濟(jì)和靈活的建網(wǎng)方式，開放的產(chǎn)業(yè)鏈會(huì)有更多的供應(yīng)商，軟硬件的解耦會(huì)讓更多軟件供應(yīng)商參與其中，運(yùn)營商的選擇面更大。但這并不是意味著傳統(tǒng)采購模式的開放化，雖然單個(gè)組件可以由不同的供應(yīng)商交付，但是運(yùn)營商需要維持整個(gè)系統(tǒng)的可用性和可維護(hù)性，因此交由一個(gè)集成方來負(fù)責(zé)整個(gè)售后工作將是必要的，只是部分組件是由第三方供應(yīng)商提供。在具體部署方面，業(yè)界結(jié)合當(dāng)前4G的發(fā)展，從IMS和EPC等業(yè)務(wù)出發(fā)，實(shí)現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，然后根據(jù)具體的需求和部署經(jīng)驗(yàn)逐步推廣到更多的領(lǐng)域。

SDN技術(shù)追求的是網(wǎng)絡(luò)控制和承載的分離，將傳統(tǒng)分布式路由計(jì)算轉(zhuǎn)變成集中計(jì)算、流標(biāo)下發(fā)的方式，在網(wǎng)絡(luò)抽象層面上，將基于分組的轉(zhuǎn)發(fā)粒度轉(zhuǎn)化為基于流的轉(zhuǎn)發(fā)粒度，同時(shí)根據(jù)策略進(jìn)行業(yè)務(wù)流處理。對(duì)運(yùn)營商來說，他們更關(guān)注的是完成基于SDN技術(shù)的接口開放后，可以像互聯(lián)網(wǎng)公司一樣快速響應(yīng)客戶的需求。目前，電信運(yùn)營商與互聯(lián)網(wǎng)公司的競(jìng)爭(zhēng)越來越激烈，5G必須要增強(qiáng)運(yùn)營商的競(jìng)爭(zhēng)力才能促進(jìn)整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。在具體部署方面，電信界對(duì)于SDN的切入點(diǎn)普遍選擇在云數(shù)據(jù)中心，IDC的運(yùn)營主體比較簡(jiǎn)單，運(yùn)用SDN可以解決云平臺(tái)網(wǎng)絡(luò)資源池的性能和擴(kuò)展性問題，制定多數(shù)據(jù)中心跨地域組網(wǎng)方案，優(yōu)化數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)間流量調(diào)度，探索利用SDN/NFV技術(shù)提供面向云計(jì)算服務(wù)的網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù)。

云計(jì)算是SDN/NFV的載體和基礎(chǔ)，SDN/NFV所必需的彈性擴(kuò)展、靈活配置以及自動(dòng)化的管理都依賴于基礎(chǔ)云平臺(tái)的能力。目前，業(yè)內(nèi)對(duì)SDN/NFV的標(biāo)準(zhǔn)化關(guān)注度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于云平臺(tái)，很多技術(shù)驗(yàn)證和試驗(yàn)都是在各自的“云”中單獨(dú)進(jìn)行，這在以后的兼容性上可能會(huì)出現(xiàn)隱患。對(duì)運(yùn)營商來說，未來云計(jì)算平臺(tái)的可靠性是其主要關(guān)注點(diǎn)，電信運(yùn)營商畢竟不同于互聯(lián)網(wǎng)公司，現(xiàn)有的OpenStack能否滿足5G網(wǎng)絡(luò)如此高可靠性的要求存在疑問。在具體部署方面，云計(jì)算作為SDN/NFV的載體，除了傳統(tǒng)的云數(shù)據(jù)中心外，EPS和IMS系統(tǒng)由于網(wǎng)元部署相對(duì)集中，也被優(yōu)先部署云計(jì)算/NFV。

SDN/NFV和云計(jì)算對(duì)未來電信網(wǎng)發(fā)展來說是手段而不是目的，電信網(wǎng)選擇這些手段的目的無非就是降低成本和擴(kuò)大收入。降低成本通過兩個(gè)方面：一是虛擬化技術(shù)不依賴專有硬件，降低采購成本；二是通過云計(jì)算的動(dòng)態(tài)資源調(diào)度，更合理地使用設(shè)備，避免資源閑置和浪費(fèi)。

擴(kuò)大收入一是依靠開放更多的第三方接口，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求，推出更多增值服務(wù)；二是通過增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)性能，適應(yīng)未來更多的應(yīng)用場(chǎng)景。兩者相比，降低成本是更現(xiàn)實(shí)的目的，擴(kuò)大收入則有更多的不確定性，第三方接口的存在必然會(huì)有開放性和安全性的博弈；而未來的應(yīng)用場(chǎng)景則是基于預(yù)測(cè)，單純的技術(shù)驅(qū)動(dòng)未必得到市場(chǎng)的認(rèn)可。