蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化解析

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摘要：信息技術(shù)的快速發(fā)展為各行業(yè)注入新的活力，例如平板電腦以及智能手機(jī)的使用，為人們的辦公和生活帶來極大的便利。但值得注意的問題是，這些智能終端的快速發(fā)展，對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)造成極大的壓力。特別在當(dāng)前的蜂窩網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行下，存在較多如協(xié)議復(fù)雜、設(shè)備昂貴以及網(wǎng)絡(luò)不靈活等特點(diǎn)，需采取相應(yīng)的優(yōu)化措施。本次研究將就蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)基本情況、SDN下蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)要求以及相關(guān)的優(yōu)化策略進(jìn)行探析。

關(guān)鍵詞：蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)；SDN；優(yōu)化策略

1蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)概述

1.1LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

從當(dāng)前蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行現(xiàn)狀看，其面臨的問題集中表現(xiàn)在訪問控制以及監(jiān)控等層面，要求分組網(wǎng)具有一定的可擴(kuò)展性。同時(shí)，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)為使流量由P-GW通過，需做許多數(shù)據(jù)信息的收集與處理，其直接導(dǎo)致整個(gè)架構(gòu)在內(nèi)容負(fù)荷上較高。另外，現(xiàn)有的LTE架構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上要求較高，如配置界面需由供應(yīng)商提供，且實(shí)際通信中涉及的控制平面協(xié)議極為復(fù)雜，需不斷做參數(shù)調(diào)整，這種參數(shù)量過多情況，將直接使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行壓力大。對(duì)此情況，運(yùn)營商應(yīng)對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不斷調(diào)整優(yōu)化[1]。

1.2SDN蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

關(guān)于SDN，其亦可稱之為軟件定義網(wǎng)絡(luò)，強(qiáng)調(diào)由集中控制器對(duì)應(yīng)用程序控制，而其余網(wǎng)絡(luò)設(shè)備則用于數(shù)據(jù)包處理。從SDN應(yīng)用優(yōu)勢(shì)看，主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)應(yīng)用下，運(yùn)營商可直接進(jìn)行數(shù)據(jù)面規(guī)則的分發(fā)，這在一定程度上避免分組網(wǎng)關(guān)規(guī)模壓力過大情況，且流量的處理更加靈活?？紤]到實(shí)時(shí)跟進(jìn)、測(cè)量行為粒度，SDN架構(gòu)的應(yīng)用下，需做相應(yīng)的擴(kuò)展，如用戶層面，架構(gòu)可將IP地址作為依據(jù)，做自動(dòng)轉(zhuǎn)換。再如交換機(jī)運(yùn)行方面，SDN架構(gòu)下可滿足交換機(jī)軟件要求。同時(shí)，對(duì)于API接口適應(yīng)性問題，可借助SDN架構(gòu)的構(gòu)建使接口靈活適應(yīng)性提高，且達(dá)到共享多個(gè)載波目標(biāo)。另外，SDN架構(gòu)的應(yīng)用注重基站資源虛擬化，對(duì)于各“切片”上的控制器可進(jìn)行有效控制管理。

2軟件定義網(wǎng)絡(luò)下蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)要求

本次研究中，在蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要要求其滿足實(shí)時(shí)控制、提供細(xì)粒度等功能要求，且功能實(shí)現(xiàn)中切忌出現(xiàn)以犧牲SDN架構(gòu)可擴(kuò)展性為代價(jià)。具體設(shè)計(jì)要求包括：第一，控制器應(yīng)用程序。設(shè)計(jì)時(shí)要求其不再局限于物理位置以及IP地址上，而可以將策略中的用戶屬性表達(dá)出來，同樣也可以理解為用戶信息庫的表達(dá)。第二，架構(gòu)擴(kuò)展性的提高。由控制器對(duì)交換機(jī)指揮操作，當(dāng)本地蜂窩運(yùn)行下，許多如閾值比較、輪詢流量計(jì)數(shù)操作更加便利。第三，數(shù)據(jù)包相關(guān)操作。對(duì)于數(shù)據(jù)包分類、深度包檢測(cè)及其他報(bào)頭壓縮額外操作，需保證交換機(jī)對(duì)各操作支持。第四，靈活切片。可考慮在架構(gòu)設(shè)計(jì)中將語義空間分片引入，且在基站資源靈活切片方面通過控制基站方式實(shí)現(xiàn)。

3軟件定義網(wǎng)絡(luò)下蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化策略

3.1本地模式運(yùn)用

從以往蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行情況看，面臨的難題主要表現(xiàn)在用戶位置頻繁移動(dòng)、用戶數(shù)量增多、服務(wù)質(zhì)量、細(xì)粒度控制等層面，這就要求在蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)中從可擴(kuò)展性方面著手。以網(wǎng)絡(luò)擁堵情況、用戶網(wǎng)絡(luò)用量超出上限、優(yōu)先級(jí)流量低等問題為例，交換機(jī)運(yùn)行中為與此視頻流相吻合，需采取代碼轉(zhuǎn)換方式。這一過程中涉及極多的控制、監(jiān)測(cè)操作，很可能導(dǎo)致集中控制器被壓垮。同時(shí)，本地事件發(fā)生后，集中控制器可能難以在第一時(shí)間反應(yīng)給底層交換機(jī)。此時(shí)在優(yōu)化中可考慮將控制面功能設(shè)置于底層交換機(jī)中，其相比傳統(tǒng)交換機(jī)軟件，控制功能更加簡單。具體實(shí)現(xiàn)中，強(qiáng)調(diào)由控制器對(duì)控制指揮，而每個(gè)的運(yùn)行都有相應(yīng)的交換機(jī)，確保本地操作順利實(shí)現(xiàn)。

3.2NOS操作系統(tǒng)控制

根據(jù)SDN架構(gòu)設(shè)計(jì)要求，需實(shí)現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)包的靈活處理。而該目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)也需引入一定的優(yōu)化策略，可借助SDN控制器中的NOS操作系統(tǒng)，其中的程序模塊在處理用戶數(shù)據(jù)上效果顯著，將移動(dòng)性管理、無線電資源管理等融為一體。需注意的是，在處理單個(gè)數(shù)據(jù)包時(shí)，一般由多個(gè)模塊共同實(shí)現(xiàn)，如網(wǎng)絡(luò)流量，其決定性因素包括網(wǎng)絡(luò)元件、用戶位置、流量監(jiān)控結(jié)果以及相關(guān)的計(jì)費(fèi)規(guī)則等。對(duì)此，在NOS操作系統(tǒng)應(yīng)用下，應(yīng)使系統(tǒng)對(duì)多個(gè)模塊組合進(jìn)行支持，各交換機(jī)運(yùn)行中，都有自身的分組處理規(guī)則，以RTS運(yùn)行時(shí)系統(tǒng)、Frenetic語言為例，需體現(xiàn)在處理規(guī)則集合中。

3.3交換機(jī)規(guī)則與協(xié)議控制

從當(dāng)前交換機(jī)應(yīng)用情況看，對(duì)于蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)中的許多功能，OpenFlow交換機(jī)都可支持，加上以太網(wǎng)環(huán)境下，對(duì)于報(bào)頭字段為TCP/UDP或IP的數(shù)據(jù)包，可實(shí)現(xiàn)對(duì)細(xì)粒度的控制。部分運(yùn)營商在流量中間件選擇上，也直接借助OpenFlow交換機(jī)轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)，在此基礎(chǔ)上結(jié)合QOS策略，計(jì)劃流量，使數(shù)據(jù)包發(fā)送路徑改變。同時(shí)，對(duì)于用戶流量超出上限、網(wǎng)絡(luò)擁堵、流量計(jì)費(fèi)問題，字節(jié)計(jì)數(shù)器、各規(guī)則包可支持。盡管當(dāng)前交換機(jī)在支持蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上優(yōu)勢(shì)較為明顯，但考慮到多級(jí)別細(xì)粒度策略的支持，仍需采取進(jìn)一步優(yōu)化措施。

4結(jié)束論

軟件定義蜂窩網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用是當(dāng)前優(yōu)化蜂窩移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的極其重要的選擇。實(shí)際優(yōu)化中，應(yīng)正確認(rèn)識(shí)當(dāng)前LTE蜂窩網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下存在的問題，明確SDN架構(gòu)設(shè)計(jì)要求，在此基礎(chǔ)上采取相應(yīng)的優(yōu)化策略，如本地模式的運(yùn)用、NOS操作控制系統(tǒng)以及交換機(jī)協(xié)議控制等，以此實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化目標(biāo)。

參考文獻(xiàn)

[1]張佳鑫，張興，李永競(jìng)，等.蜂窩網(wǎng)絡(luò)中基站關(guān)系與業(yè)務(wù)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)與應(yīng)用[J].中國科學(xué)：信息科學(xué)，2017，（05）：648-663.

作者:景冰 單位:山西財(cái)貿(mào)職業(yè)技術(shù)學(xué)院