蜂窩移動網(wǎng)絡優(yōu)化解析

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摘要：信息技術的快速發(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，對蜂窩網(wǎng)絡造成極大的壓力。特別在當前的蜂窩網(wǎng)絡運行下，存在較多如協(xié)議復雜、設備昂貴以及網(wǎng)絡不靈活等特點，需采取相應的優(yōu)化措施。本次研究將就蜂窩移動網(wǎng)絡基本情況、SDN下蜂窩移動網(wǎng)絡架構設計要求以及相關的優(yōu)化策略進行探析。

關鍵詞：蜂窩移動網(wǎng)絡；SDN；優(yōu)化策略

1蜂窩移動網(wǎng)絡概述

1.1LTE蜂窩網(wǎng)絡架構

從當前蜂窩移動網(wǎng)絡運行現(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)具有一定的可擴展性。同時，整個網(wǎng)絡架構為使流量由P-GW通過，需做許多數(shù)據(jù)信息的收集與處理，其直接導致整個架構在內(nèi)容負荷上較高。另外，現(xiàn)有的LTE架構，在網(wǎng)絡設備上要求較高，如配置界面需由供應商提供，且實際通信中涉及的控制平面協(xié)議極為復雜，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)絡運行壓力大。對此情況，運營商應對蜂窩網(wǎng)絡架構不斷調(diào)整優(yōu)化[1]。

1.2SDN蜂窩網(wǎng)絡架構

關于SDN，其亦可稱之為軟件定義網(wǎng)絡，強調(diào)由集中控制器對應用程序控制，而其余網(wǎng)絡設備則用于數(shù)據(jù)包處理。從SDN應用優(yōu)勢看，主要表現(xiàn)在網(wǎng)絡交換機應用下，運營商可直接進行數(shù)據(jù)面規(guī)則的分發(fā)，這在一定程度上避免分組網(wǎng)關規(guī)模壓力過大情況，且流量的處理更加靈活?？紤]到實時跟進、測量行為粒度，SDN架構的應用下，需做相應的擴展，如用戶層面，架構可將IP地址作為依據(jù)，做自動轉換。再如交換機運行方面，SDN架構下可滿足交換機軟件要求。同時，對于API接口適應性問題，可借助SDN架構的構建使接口靈活適應性提高，且達到共享多個載波目標。另外，SDN架構的應用注重基站資源虛擬化，對于各“切片”上的控制器可進行有效控制管理。

2軟件定義網(wǎng)絡下蜂窩移動網(wǎng)絡架構設計要求

本次研究中，在蜂窩移動網(wǎng)絡架構設計中，主要要求其滿足實時控制、提供細粒度等功能要求，且功能實現(xiàn)中切忌出現(xiàn)以犧牲SDN架構可擴展性為代價。具體設計要求包括：第一，控制器應用程序。設計時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出來，同樣也可以理解為用戶信息庫的表達。第二，架構擴展性的提高。由控制器對交換機指揮操作，當本地蜂窩運行下，許多如閾值比較、輪詢流量計數(shù)操作更加便利。第三，數(shù)據(jù)包相關操作。對于數(shù)據(jù)包分類、深度包檢測及其他報頭壓縮額外操作，需保證交換機對各操作支持。第四，靈活切片?？煽紤]在架構設計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現(xiàn)。

3軟件定義網(wǎng)絡下蜂窩移動網(wǎng)絡優(yōu)化策略

3.1本地模式運用

從以往蜂窩移動網(wǎng)絡運行情況看，面臨的難題主要表現(xiàn)在用戶位置頻繁移動、用戶數(shù)量增多、服務質量、細粒度控制等層面，這就要求在蜂窩移動網(wǎng)絡架構設計中從可擴展性方面著手。以網(wǎng)絡擁堵情況、用戶網(wǎng)絡用量超出上限、優(yōu)先級流量低等問題為例，交換機運行中為與此視頻流相吻合，需采取代碼轉換方式。這一過程中涉及極多的控制、監(jiān)測操作，很可能導致集中控制器被壓垮。同時，本地事件發(fā)生后，集中控制器可能難以在第一時間反應給底層交換機。此時在優(yōu)化中可考慮將控制面功能設置于底層交換機中，其相比傳統(tǒng)交換機軟件，控制功能更加簡單。具體實現(xiàn)中，強調(diào)由控制器對控制指揮，而每個的運行都有相應的交換機，確保本地操作順利實現(xiàn)。

3.2NOS操作系統(tǒng)控制

根據(jù)SDN架構設計要求，需實現(xiàn)用戶數(shù)據(jù)包的靈活處理。而該目標的實現(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，在處理單個數(shù)據(jù)包時，一般由多個模塊共同實現(xiàn)，如網(wǎng)絡流量，其決定性因素包括網(wǎng)絡元件、用戶位置、流量監(jiān)控結果以及相關的計費規(guī)則等。對此，在NOS操作系統(tǒng)應用下，應使系統(tǒng)對多個模塊組合進行支持，各交換機運行中，都有自身的分組處理規(guī)則，以RTS運行時系統(tǒng)、Frenetic語言為例，需體現(xiàn)在處理規(guī)則集合中。

3.3交換機規(guī)則與協(xié)議控制

從當前交換機應用情況看，對于蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡中的許多功能，OpenFlow交換機都可支持，加上以太網(wǎng)環(huán)境下，對于報頭字段為TCP/UDP或IP的數(shù)據(jù)包，可實現(xiàn)對細粒度的控制。部分運營商在流量中間件選擇上，也直接借助OpenFlow交換機轉發(fā)動作實現(xiàn)，在此基礎上結合QOS策略，計劃流量，使數(shù)據(jù)包發(fā)送路徑改變。同時，對于用戶流量超出上限、網(wǎng)絡擁堵、流量計費問題，字節(jié)計數(shù)器、各規(guī)則包可支持。盡管當前交換機在支持蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡上優(yōu)勢較為明顯，但考慮到多級別細粒度策略的支持，仍需采取進一步優(yōu)化措施。

4結束論

軟件定義蜂窩網(wǎng)絡的應用是當前優(yōu)化蜂窩移動網(wǎng)絡的極其重要的選擇。實際優(yōu)化中，應正確認識當前LTE蜂窩網(wǎng)絡架構下存在的問題，明確SDN架構設計要求，在此基礎上采取相應的優(yōu)化策略，如本地模式的運用、NOS操作控制系統(tǒng)以及交換機協(xié)議控制等，以此實現(xiàn)網(wǎng)絡優(yōu)化目標。

參考文獻

[1]張佳鑫，張興，李永競，等.蜂窩網(wǎng)絡中基站關系與業(yè)務關系網(wǎng)絡與應用[J].中國科學：信息科學，2017，（05）：648-663.

作者:景冰 單位:山西財貿(mào)職業(yè)技術學院