IEEE最新白皮書《軟件定義的5G生態(tài)系統(tǒng)》綜述 - 全文

IEEE的SDN研究組（IEEE SDN Initiative）于2016年7月15日發(fā)布了其第二份白皮書“Towards 5G Software-Defined Ecosystems：Technical Challenges, Business Sustainability and Policy Issues（《軟件定義的5G生態(tài)系統(tǒng)：技術(shù)挑戰(zhàn)、商業(yè)模式可持續(xù)性、通信政策問題》）”，系統(tǒng)地闡述了其對于“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”這種電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)變革的研究成果，具有很大參考價值。下文簡要介紹該白皮書的內(nèi)容。

目前，多個技術(shù)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動力（techno-economic drivers）正在為將來電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計、電信業(yè)務(wù)運營的范式變革創(chuàng)造條件、奠定基礎(chǔ)。這些驅(qū)動力包括：信息技術(shù)（IT）的進(jìn)步、超寬帶（固定及無線網(wǎng)絡(luò)）接入的“泛在”化、硬件設(shè)備價格的降低、虛擬化技術(shù)的成熟、開源軟件得到了越來越廣泛的實際應(yīng)用、用戶終端的能力越來越強(qiáng)大等。

為此，IEEE SDN Initiative提出了“電信網(wǎng)絡(luò)的Softwarization（軟件化）”，而且如圖1所示，實現(xiàn)“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”的四大關(guān)鍵技術(shù)是：SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）、NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）、Cloud（云）以及Edge-Fog computing（邊緣霧計算）。IEEE SDN Initiative還認(rèn)為，“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”將在將來的5G（第五代移動通信）系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

圖1 由IEEE SDN Initiative提出的“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”架構(gòu)

“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”對網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與IT系統(tǒng)進(jìn)行深度集成/整合，充分利用軟件（網(wǎng)絡(luò)功能及業(yè)務(wù)的虛擬化）在靈活性、響應(yīng)快速性等方面的“天然”優(yōu)勢，將從整體上帶來電信網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)變革，將給電信基礎(chǔ)設(shè)施的設(shè)計、實施、部署及運營帶來深刻影響。因此，“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”將催生各種新興的電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)模式，使其具備自動化的運營流程（如：自管理），打造開放式、創(chuàng)新型的ICT業(yè)務(wù)范式。

IEEE SDN Initiative認(rèn)為，“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”將首先被應(yīng)用于5G網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施，這樣一來，5G就將不僅僅是現(xiàn)有4G LTE網(wǎng)絡(luò)的直接演進(jìn)（即只是提高無線帶寬、降低延遲/時延）。IEEE對5G的發(fā)展目標(biāo)是：5G將是將來數(shù)字社會與數(shù)字經(jīng)濟(jì)的“神經(jīng)系統(tǒng)”、無線區(qū)域容量是現(xiàn)有4G的1000倍、極大程度減小業(yè)務(wù)配置所花的平均時間、滿足部分業(yè)務(wù)對于可靠性（數(shù)據(jù)包出錯的可能性）及延遲的超高需求。

此外，5G網(wǎng)絡(luò)也將提供非常廣范圍的新興應(yīng)用及ICT業(yè)務(wù)?？深A(yù)見的是，內(nèi)嵌入各類終端、機(jī)器與物體里的傳感器將由低延遲/時延的固定-無線連接組成相關(guān)的物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，通過云、邊緣霧計算基礎(chǔ)設(shè)施的處理，最終轉(zhuǎn)化為各種ICT服務(wù)。由這些傳感器所收集的“?！绷繑?shù)據(jù)將會使得5G網(wǎng)絡(luò)運營商創(chuàng)建出各種新興的業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，諸如：IoT（物聯(lián)網(wǎng)）、觸覺互聯(lián)網(wǎng)（Tactile Internet）、沉浸式通信（Immersive Communications）、X即服務(wù)（X-as-a-Service）——例如，通過將來的5G網(wǎng)絡(luò)，可以對高級/先進(jìn)的機(jī)器人系統(tǒng)執(zhí)行遠(yuǎn)程控制與編程（通過應(yīng)用編程接口API），這在現(xiàn)代工業(yè)與農(nóng)業(yè)中有著非常好的應(yīng)用前景——如工業(yè)4.0（Industry 4.0）、精細(xì)農(nóng)業(yè)（Precision Agriculture）。

因此，IEEE SDN Initiative認(rèn)為，5G系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)具有這樣的特性：網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲的“無縫融合”；5G的部分功能以分布式部署，另一部分功能則集中部署；可支撐泛在的網(wǎng)絡(luò)連接（包括有線網(wǎng)絡(luò)與移動網(wǎng)絡(luò)）；具備兩大特性：高容量、極低延遲/時延（數(shù)毫秒級別的水平）。

電信網(wǎng)絡(luò)的這種技術(shù)經(jīng)濟(jì)變革，已經(jīng)受到了學(xué)術(shù)界及工業(yè)界的高度關(guān)注。由此，ONF（開放網(wǎng)絡(luò)基金）、IETF（Internet工程任務(wù)組）、ITU-T（國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)局）、ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）等國際論壇與組織都正在大力研發(fā)SDN、NFV、云、邊緣霧計算的參考架構(gòu)。

但是，上述的研發(fā)在目前所存在的比較大的問題是：相關(guān)新興技術(shù)的“碎片化”比較嚴(yán)重，各論壇與組織相互之間的溝通、協(xié)調(diào)不力。這就延緩了“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”的進(jìn)行。于是，IEEE Future Directions Committee（IEEE未來方向委員會）就啟動了IEEE SDN Initiative這個跨IEEE各相關(guān)子協(xié)會的SDN研發(fā)計劃，以期解決上述的“碎片化”問題，提出“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”愿景（不僅僅從技術(shù)角度，還從商業(yè)模式可持續(xù)性、通信政策問題等角度）。

IEEE SDN Initiative于2016年7月15日發(fā)布了其第二份白皮書“Towards 5G Software-Defined Ecosystems：Technical Challenges, Business Sustainability and Policy Issues（《軟件定義的5G生態(tài)系統(tǒng)：技術(shù)挑戰(zhàn)、商業(yè)模式可持續(xù)性、通信政策問題》）”，系統(tǒng)地闡述了其對于“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”這種電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)變革的研究成果，其中的主要內(nèi)容包括：

（1）對促進(jìn)“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”的幾大主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)驅(qū)動力的綜述；

（2）提出這樣的愿景：Open Mobile Edge Cloud（開放式移動邊緣云）；

（3）與“軟件化的電信網(wǎng)絡(luò)”的運營、安全、政策相關(guān)的幾大主要技術(shù)挑戰(zhàn)；

（4）對開源軟件于“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”中將潛在扮演的角色的分析；

（5）面向概念驗證（proof-of-concepts）的一些用例提案；

（6）“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”對于電信網(wǎng)絡(luò)將帶來哪些主要的社會經(jīng)濟(jì)影響（socio-economic impacts）？

此外，IEEE SDN Initiative也正在研發(fā)開放式的軟件平臺、軟件開發(fā)工具集、“電信網(wǎng)絡(luò)軟件化”相關(guān)功能，以期最終能建立起基于SDN/NFV的5G測試床/現(xiàn)網(wǎng)試驗網(wǎng)絡(luò)。IEEE SDN Initiative認(rèn)為，這將有助于為發(fā)展新興ICT生態(tài)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，促進(jìn)新型數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

附：IEEE SDN Initiative這份白皮書中的術(shù)語解釋

3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代移動通信合作伙伴項目。移動通信國際標(biāo)準(zhǔn)組織）
5G（Fifth Generation，第五代移動通信）
AI（Artificial Intelligence，人工智能）
AAA（Authentication, Authorization and Accounting，認(rèn)證、授權(quán)、計費）
AM（Autonomous Machine，自動化機(jī)器）
API（Application Program Interface，應(yīng)用編程接口）
ASIC（Application Specific Integrated Circuit，專用集成電路）
BBU（Baseband Unit，基帶單元）
CDN（Content Delivery Network，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）
COMP（Control, Orchestration, Management and Policy，控制、編排、管理及策略）
COTS（Commercial-off-the-shelf，商用現(xiàn)貨）
CPE（Customer Premise Equipment，用戶駐地設(shè)備）
CPRI（Common Public Radio Interface，通用公共無線接口）
C-RAN（Cloud RAN，云/集中型無線接入網(wǎng)）
D2D（Device-to-Device，終端設(shè)備間直接通信）
DPDK（Data Plane Development Kit，數(shù)據(jù)平面開發(fā)工具）
DPI（Deep Packet Inspection，深度包檢測）
DSP（Digital Signal Processing，數(shù)字信號處理）
E2E（End-to-End，端到端）
EPC（Evolved Packet Core，演進(jìn)型分組核心網(wǎng)）
eRAN（evolved RAN，演進(jìn)型無線接入網(wǎng)絡(luò)）
ETSI（European Telecommunications Standards Institute，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）
FH（Fronthaul，移動通信前傳網(wǎng)絡(luò)）
GDP（Gross Domestic Product，國內(nèi)生產(chǎn)總值）
HIPAA（Health Insurance Portability and Accountability Act，健康保險流通與責(zé)任法案）
HSS（Home Subscriber Server，歸屬地用戶服務(wù)器）
ICT（Information and Communications Technology，信息與通信技術(shù)）
IDS（Intrusion Defense Systems，入侵防御系統(tǒng)）
IEEE（Institute of Electrical and Electronics Engineers，電氣與電子工程師協(xié)會）
IETF（Internet Engineering Task Force，Internet工程任務(wù)組）
IMS（IP Multimedia Subsystem，IP多媒體子系統(tǒng)）
IMT（International Mobile Telecommunication，國際移動通信）
IT（Information Technologies，信息技術(shù)）
ITU（International Telecommunication Union，國際電信聯(lián)盟）
ITU-T（ITU Telecommunication Standardization Sector，國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)局）
KVM（Kernel-based Virtual Machine，基于內(nèi)核的虛擬機(jī)）
LTE（Long Term Evolution，移動通信長期演進(jìn)系統(tǒng)）
M2M（Machine-to-Machine，機(jī)器到機(jī)器通信）
MANO（Management and Orchestration，管理及編排）
MEC（Mobile-Edge Computing，移動邊緣計算）
MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多天線傳輸/接收）
MME（Mobility Management Entity，移動性管理實體）
MTC（Machine-Type Communications，機(jī)器類通信）
MVNO（Mobile Virtual Network Operator，移動通信虛擬網(wǎng)絡(luò)運營商）
NDS（Network Domain Security，網(wǎng)絡(luò)域安全）
NFR（Non-Functional Requirement，非功能性的需求）
NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）
NFVI（Network Function Virtualization Infrastructure，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施）
NG（Next Generation，下一代）
NGFI（Next Generation Fronthaul Interface，下一代移動通信前傳接口）
OMEC（Open Mobile Edge Cloud，開放式移動邊緣云）
ONF（Open Networking Foundation，開放網(wǎng)絡(luò)基金）
ONOS（Open Network Operating System，開放網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)）
OPEX（Operational Expenditure，運營成本）
OPNFV（Open Platform for NFV Project，面向NFV項目的開放式平臺）
OS（Operating System，操作系統(tǒng)）
OTT（Over-The-Top，使用別的通信運營商的網(wǎng)絡(luò)為自己的用戶提供服務(wù)）
OVS（Open vSwitch，開放式虛擬交換機(jī)）
PCI-DSS（Payment Card Industry Data Security Standard，支付卡行業(yè)數(shù)據(jù)安全標(biāo)準(zhǔn)）
QoE（Quality of Experience，體驗質(zhì)量）
QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）
RAN（Radio Access Network，無線接入網(wǎng)絡(luò)）
RAT（Radio Access Technology，無線接入技術(shù)）
RRH（Remote Radio Head，遠(yuǎn)端射頻前端）
RRM（Radio Resource Management，無線資源管理）
SDN（Software-Defined Networking，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）
SETI（Search for ExtraTerrestrial Intelligence，外星智慧搜尋計劃）
SLA（Service Level Agreement，服務(wù)水平協(xié)議）
SNIR（Signal to Noise plus Interference Ratio，信號與（噪聲+干擾）之比）
SP（Service Provider，服務(wù)提供商）
UE（User Equipment，用戶終端設(shè)備）
UL/DL（Uplink/Downlink ratio，上行/下行之比）
VNF（Virtual Network Function，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能）
WAN（Wide Area Network，廣域網(wǎng)）

參考文獻(xiàn)：

[1] IEEE SDN Initiative. Towards 5G Software-Defined Ecosystems：Technical Challenges,
Business Sustainability and Policy Issues[EB/OL].
, 2016-07-15.

原文鏈接： ?id=10170