18、5G低延迟光回传与前传网络技术解析

5G低延迟光回传与前传网络技术解析

1. 引言

当前已部署的接入网络所支持的服务逐渐过时，而新服务正呈指数级增长，现有网络将难以满足未来需求。从核心网络提供商的流量预测中可明显看出这一趋势，具体体现在以下四个方面：
- 蜂窝通信流量增长 ：2015 年用户在蜂窝通信中的流量比 2014 年增长了 74%，从 2014 年底的每月 2.1 EB 增加到 2015 年底的每月 3.7 EB。预计到 2020 年，全球移动数据流量将比 2015 年增长 700%，月数据吞吐量将超过 30.6 EB。同时，人均移动设备数量预计从 2015 年到 2020 年增长 46%，到 2020 年底将达到 116 亿台。
- 固定接入网络作用增大 ：2015 年，51%的移动数据流量通过毫微微蜂窝或 Wi-Fi 技术卸载到固定接入网络，每月新增数据流量 3.9 EB。预计到 2020 年，这一数字将达到每月 38.1 EB。若无 Wi-Fi 和毫微微蜂窝技术，2015 - 2020 年移动数据流量的复合年增长率将为 67%，而非 57%。此外，全球公共 Wi-Fi 热点和毫微微蜂窝的数量预计将从 2015 年的 6420 万增加到 2020 年的 4.325 亿，家庭 Wi-Fi 热点和毫微微蜂窝的数量预计将从 5660 万增加到 4.232 亿。
- 用户内容需求转向视频服务 ：预计 2015 - 2020 年移动视频的复合年增长率为 62%，高于整体移动流量 53%的复合年增长率。到 2020 年，每月通过网络的 30.6 EB 数据中，预计有 23.0 EB 用于视频服务，约占总量的 75%。
- 机器对机器（M2M）通信兴起 ：随着日常生活日益科技化，M2M 通信服务应运而生。M2M 发展迅速，因为众多设备变得更加自主和面向云。例如，冰箱和洗衣机等日常电器能与云连接，实现自主订购零部件或为用户订购食物。M2M 通信通常需要端到端延迟小于 1 ms，但数据速率要求较低。2015 年，M2M 连接数为 6.04 亿，预计到 2020 年将增加到 31 亿，复合年增长率为 38%，增长 5 倍。其中，可穿戴设备预计将占很大比例，到 2020 年全球预计将有 6.01 亿台可穿戴设备，从 2016 年的 9700 万台以 44%的复合年增长率增长，预计到 2020 年将占全球移动数据流量的 1.1%。

为满足这些新需求，5G 正在设计中，其目标是实现端到端延迟 1 ms 和吞吐量 10 Gbps，以满足 M2M 通信以及视频流在更高分辨率和沉浸式技术（如虚拟现实、3D 视频和超高帧率）方面的要求。

2. 关键使能技术与服务

在当前的无线接入网络中，前传和回传有明显区别。前传将用户连接到本地蜂窝接入点（如 eNodeB），回传则将蜂窝接入点连接到蜂窝基础设施（如服务网关和移动性管理实体）。而随着集中式无线接入网络（CRAN）的出现，前传和回传的区别逐渐远离用户。在 CRAN 中，多个蜂窝接入点的处理在一个位置进行，前传可视为集中处理池与用户之间的连接，包括分布天线与用户之间的蜂窝接入部分以及分布天线与集中处理池之间的连接，回传仍用于将中央处理池连接到移动性管理实体或服务网关。

在未来的 5G 架构中，前传和回传的区别变得模糊。一种名为“分割处理”的技术被提出，其中波形的部分创建过程被移至分布天线完成。在 5G 中，前传和回传网络被合并为“xhaul”（交叉回传）网络，集中处理在核心网络中进行。云无线接入网络（Cloud - RAN）可用于提供对分布天线的接入，软件定义网络（SDN）的应用可以实现智能网络，使高数据速率服务和低延迟服务在同一架构中共存，并确保用户体验。

研究界在多个领域对 SDN 用于接入通信给予了高度关注：
- CPRI over Ethernet（CPRIoE） ：研究了 CPRIoE 用于 SDN 支持的基带单元（BBU）池的关键方面。
- 视频服务的 QoE 和 QoS 保障 ：引入了“甜点带宽分配”的概念，用于视频服务带宽分配研究。
- SDN 支持的时分波分复用 - 无源光网络（TWDM - PON） ：光学界研究了如何利用 SDN 在 TWDM - PON 中实现更高效的网络，包括为用户分配带宽、透明支持传统 PON 架构、减少虚拟设置时间的端到端延迟以及使用新型数字滤波器多址和正交频分复用（OFDM）技术实现软件可重构性。
- CDN 和 ISP 协作 ：研究表明 SDN 技术可使内容分发网络（CDN）影响互联网服务提供商（ISP）的架构和拓扑，为用户提供优质视频服务，同时不增加 ISP 的工作量。
- 智能缓存 ：智能缓存可减少回传网络的负载并降低用户的延迟体验。

为满足视频消费的增长需求，可采用以下方法：
- 直播视频卸载 ：将直播视频负载转移到其他源，如卫星、有线电视或地面服务，以减轻回传网络的负担，降低用户延迟并提供更高质量的视频。
- 智能缓存 ：在接入网络中使用智能缓存，根据用户最可能请求的内容进行缓存，减少回传链路的带宽需求。通过 CDN 和 ISP 的跨平台合作，可进一步提高智能缓存的效果。

通过将网络划分为不同的虚拟网络，可满足 M2M 和视频服务的不同特性需求。例如，视频和 M2M 通信可在不同的“分割”中运行，分别针对高数据速率或低延迟进行优化。使用 SDN 接入网络，可实现直播和按需视频流的自动重路由、CDN 和 ISP 的协作以及网络切片，为用户提供不同的服务，如低延迟或高带宽特定切片。

3. CPRI over Ethernet 移动前传

CPRIoE 是将 CPRI 数据打包成以太网帧，通过以太网网络传输的概念。在移动前传领域，CPRIoE 被广泛认为是下一代系统的可能技术之一。普通以太网是异步和尽力而为的，不适合传输 CPRI 流量，因此 IEEE 802.1 成立了时间敏感网络任务组（TSNTG），以开发新的扩展来支持具有特定抖动和延迟保证的高时间敏感以太网流量的转发。

研究人员对 CPRI 数据受 TSNTG 提出的两种以太网增强技术（帧预占和调度流量）的影响进行了研究。通过 NS3 模拟发现，帧预占在专用 CPRI 和共享信道场景中都无法满足 CPRI 8.138 ns 的抖动要求，但当使用定义良好的调度算法时，调度流量可以显著降低或完全消除抖动，满足 CPRI 的抖动要求。

此外，还有研究使用新颖的 CPRI 压缩技术达到 8.138 ns 的抖动阈值。将压缩达 45%的 CPRI 数据封装在 1064 字节的以太网帧中，通过无源光网络传输到多个光网络单元。CPRIoE 转换器配备抖动吸收器，以减少远程无线电头的抖动。同时，从光线路终端的 CPRI 数据流中提取 CPRI 参考时钟，为光网络单元提供同步时钟和时间，并使用固定带宽分配算法消除往返延迟，实现低延迟。

以太网用于前传具有吸引力，因为其成熟且在接入网络中广泛应用。以太网的操作、管理和维护（OAM）功能提供了标准化的故障查找、性能监控和网络管理方式。通过使用以太网，可降低硬件成本，实现设备共享，推动网络功能虚拟化和整体网络编排。研究还建议以太网交换机可在存储转发和直通两种模式下运行，以满足 CPRI 的延迟和抖动要求，并使用 SDN 和自优化网络进行路径管理。

4. 视频服务的 QoE 提升

目前，有许多关于使用 SDN 改善视频服务 QoE 的研究：
- 基于 QoE 反馈的网络调整 ：一些研究使用客户端应用程序将用户的 QoE 反馈发送到 SDN 控制器，以实现网络配置的更改。例如，通过 HTML5 插件监控客户端的 QoE 因素（如缓冲状态和视频分辨率），并将信息定期报告给视频分发节点和 SDN 控制器，使北向应用程序能够根据当前用户 QoE 统计信息对网络进行更改。还有研究使用缓冲感知技术生成 QoE 指标，并根据网络状况选择实时直播或客户端缓冲模式，以及更改传输路径。
- 缓存技术提高 QoE ：一些研究在网络的用户接入点应用缓存技术，以提高视频交付的 QoE。例如，使用可编程存储节点（如具有存储功能的路由器）在 SDN 控制器的控制下请求和接受新的视频内容，根据网络中可编程存储路由器的利用率，为用户指定相关的路由器。还有研究通过在客户端机器上进行本地缓存，创建基于 SDN 的 CDN，实现对等辅助内容交付，减少外部网络链路的拥塞。
- 基于 QoE 的带宽分配 ：在光纤到户（FTTH）网络中，引入了“甜点带宽”的概念，即达到用户最大 QoE 所需的最小带宽。通过 SDN 应用程序，根据用户的 QoE 甜点带宽请求，在光线路终端侧的控制器上分配带宽。实验证明，这种基于 QoE 的带宽分配方法是可行的。

这些技术各有优势，将确定和设置带宽分配的主动和被动技术与专用和/或客户端分布式形式的本地缓存相结合，在具有 SDN 能力的网络环境中可以取得更好的效果。

5. CDN 和本地缓存

为提高用户的 QoE，CDN 与 ISP 在 SDN 控制的网络中的集成也在研究中。目前，CDN 提供商难以依赖准确的链路层信息为用户分配最佳的 CDN 服务器，也无法及时应对 ISP 网络拥塞，这对 CDN 和 ISP 都不利。因此，CDN 和 ISP 在流量工程决策上的合作具有经济和 QoE 保障方面的价值。

一种解决方案是在 ISP 网络中引入一个新颖的重定向中心，用于 CDN 和 ISP 之间的流量工程通信。当客户端请求内容时，统一资源定位符（URL）由标准权威域名系统服务器解析，指向 ISP 的本地重定向中心。重定向中心充当 CDN 的主缓存，终止用户的传输控制协议（TCP）会话，计算并选择能够提供内容的 CDN 本地缓存，然后将完整的 HTTP 和 TCP 会话迁移到合适的 CDN 缓存。通过 OpenFlow 交换机重定向流量，确保 TCP 流正常工作，最终将内容从选定的 CDN 缓存交付给客户端。实验表明，这种方法在突发流量场景中可显著减少视频播放卡顿。

除了 CDN 缓存，位于接入网络的本地缓存也被提出并得到验证。例如，在无线异构网络中使用推送和缓存技术，在低流量负载期间（如夜间），将最流行的多媒体内容推送到中继和支持缓存的用户设备进行缓存。当用户请求内容时，首先检查本地设备的缓存，如果内容存在则立即获取，否则通过正常流方法从最近的缓存或原始内容源获取。数值分析表明，这种缓存系统适用于高密度网络，当只有 30%的本地用户具有缓存能力时，性能增益可达基线无缓存示例的 9.2 倍。

还有研究提出了联合无线和回传负载平衡（JWBLB）框架，通过分布式缓存拦截用户应用程序有效负载，提取内容 URL 或标识，协调分布式缓存、负载平衡和调度用户内容请求，以最小化系统内容传输延迟。此外，引入缓存助手（如具有高存储能力和低带宽回传链路的毫微微基站），形成无线分布式缓存基础设施，存储最流行的多媒体文件，为移动终端用户提供服务。模拟结果表明，即使使用简单的算法，也能显著提高用户的 QoE。

为了将缓存纳入具有 SDN 能力的网络，OpenCache 软件被提出。它类似于 SDN，将控制平面与缓存的底层技术分离，使用 API 进行配置和控制。虽然 OpenCache 本身与 SDN 不兼容，需要自己的新型控制器，但它可以在为该应用设计的 OpenFlow 协议版本上运行，并且其控制器可以在 SDN 控制器应用程序中运行。OpenCache API 提供了远程控制缓存服务的功能，如启动、停止、暂停、移动缓存以及预加载特定文件等。

相关数据统计如下表所示：
| 类别 | 2015 年数据 | 2020 年预测数据 | 复合年增长率 |
| — | — | — | — |
| 全球移动数据流量（每月 EB） | 3.7 | 超过 30.6 | 700% |
| 人均移动设备数量 | - | 增长 46%，达 116 亿台 | - |
| 公共 Wi - Fi 热点和毫微微蜂窝数量（全球） | 6420 万 | 4.325 亿 | 约 7 倍 |
| 家庭 Wi - Fi 热点和毫微微蜂窝数量（全球） | 5660 万 | 4.232 亿 | - |
| M2M 连接数 | 6.04 亿 | 31 亿 | 38% |
| 可穿戴设备数量（全球） | 9700 万 | 6.01 亿 | 44% |

整个过程的流程可以用以下 mermaid 流程图表示：

graph LR
    A[用户需求] --> B[网络服务类型]
    B --> C1[M2M 通信]
    B --> C2[视频服务]
    C1 --> D1[低延迟要求]
    C2 --> D2[高数据速率要求]
    D1 --> E1[5G 低延迟实现]
    D2 --> E2[SDN 优化网络]
    E1 --> F[满足 M2M 通信需求]
    E2 --> F[满足视频服务需求]
    F --> G[提升用户 QoE]

5G低延迟光回传与前传网络技术解析

6. 软件使能的无源光网络

近年来，人们对如何在时分波分复用 - 无源光网络（TWDM - PON）中利用软件定义网络（SDN）建立更高效的网络产生了浓厚兴趣。这种网络能够为用户分配带宽、透明支持传统 PON 架构、减少虚拟设置时间的端到端延迟，并通过新型数字滤波器多址和正交频分复用（OFDM）技术实现软件可重构性。

• 可重构性与节能特性 ：使用 SDN 支持的可调谐激光光网络单元（ONU）和光服务单元（OSU），可为 TWDM - PON 提供可重构性和节能特性。当不同波长的光单元不工作时，TWDM 可切换到时分复用（TDM）模式。研究表明，使用 SDN 方法进行重新配置对平均帧延迟的影响可以忽略不计。
• 软件可重构 PON ：利用数字滤波器多址技术，可创建软件可重构的 PON。在这种网络中，所有 ONU 和光线路终端（OLT）在集中式 SDN 控制器的控制下动态共享传输介质。每个 ONU 和 OLT 使用数字信号处理（DSP）控制器与 SDN 控制器通信，计算一组整形滤波器系数进行滤波。数据经过强度调制直接检测（IMDD），根据 DSP 控制器智能选择的系数进行数字滤波，然后转换为模拟信号并进行光强度调制，通过光纤传输。在接收端，经过光电检测和模数转换后，应用 DSP 控制器选择的匹配滤波器恢复原始数据。SDN 控制器能够查看所有使用的频率，并根据带宽分配算法动态分配资源，使链路带宽具有弹性。
• 40 - Gbps TWDM - PON 接入架构 ：提出并演示了一种 40 - Gbps 的 TWDM - PON 接入架构。在该架构中，OLT 端使用 4 个 SDN 可控的 2.5 GHz 直接调制激光器发射 OFDM 下行流量，同时为 ONU 中的上行调制提供 4 个上行激光器，每个激光器运行在 2.5 Gbps，采用开关键控（OOK）。由于 OLT 同时提供上行和下行的激光源，因此可以使用 OpenFlow 连接在一个位置动态配置波长，而无需使 ONU 具备 SDN 功能。
• 网络虚拟化与抽象 ：为了实现跨不同拓扑的 SDN 控制，提出了新颖的网络虚拟化技术。通过将中央节点抽象为可在远程节点之间共享的物理资源块（如一个波长上的带宽或光纤链路），并将可用带宽指标、起点和终点存储在中央表中，而不保存传输介质的信息，可实现完全与物理层无关的接口。这样，SDN 流量优先级和资源算法可以在多种不兼容的平台上同时运行。此外，在集中式无线接入网络（CRAN）中，也提出了不同的抽象模型，如大开关（BS）、带恒定权重的虚拟链路（VLCW）和带可变权重的虚拟链路（VLVW），以提高 SDN 控制的效率。
• GPON 与 OpenFlow 集成 ：设计并实现了一种基于千兆无源光网络（GPON）的虚拟 OpenFlow 支持的 SDN 交换机。通过在 OLT 中实现嵌入式 GPON 代理，将整个底层 GPON 抽象为一个 OpenFlow 支持的交换机。该代理能够与 OpenFlow 控制器和 ONU 管理和控制接口（OMCI）模块通信，实现对 GPON 的控制。从 OpenFlow 控制器的角度来看，控制 GPON 与控制普通 OpenFlow 交换机没有区别，所有 GPON 功能都可供 OpenFlow 控制器使用。

7. 支持 SDN 的高性能异构接入网络

为满足多种服务需求，设计了一种独特的网络，该网络由多个完全可由 SDN 控制的子系统组成，每个子系统可以独立运行或相互协作，并且可以在各自的虚拟网络中运行。

• SAT>IP 子系统 ：在以太网接入网络中，使用 SDN 可控交换机、智能控制器和定制网络应用程序，通过 SAT>IP 向消费者分发卫星电视。SAT>IP 客户端应用程序允许用户观看 SAT>IP 服务器提供的内容，并使用实时协议接收视频和音频数据，使用实时流协议控制协议建立、关闭和配置与服务器的连接。该客户端的独特之处在于能够根据解码的视频流计算 QoE 指标，并将其发送到 SDN 控制器。SDN 控制器和 SAT>IP 网络应用程序可以根据这些 QoE 指标和当前网络配置及需求对网络进行优化。
• CPRIoE 子系统 ：在以太网接入网络中，使用 SDN 可控交换机和智能控制器，通过 CPRIoE 对 5G 移动运营商的数据进行前传。该系统在集中式无线接入网络（CRAN）拓扑中具有智能特性，能够同时处理多个移动前传连接。移动前传信息（如链路延迟和抖动）可提供给接入网络的 SDN 控制器和移动接入网络应用程序，以便进行智能网络更改。此外，还可以将 IEEE 802.1Qbu 和 IEEE 802.1Qbv 提出的增强功能集成到当前的 SDN 交换机中，使用 OpenFlow 协议的演进版本进行集中式的调度流量和流量预占策略及算法的更改。该子系统还支持传统 CPRI 系统，通过在 TWDM - PON 中使用不同波长分别传输 CPRI 和 CPRIoE。
• 固定无线接入网络子系统 ：引入固定无线接入网络，支持 Wi - Fi 和毫微微蜂窝。这些设备只需以太网连接，无需集中控制或管理，可在基于以太网的 TWDM - PON 中自然运行。该子系统可以在 SDN 网络的独立网络切片中运行，并可以使用新的技术（如 Wi - Fi 数据包前向纠错）向多个用户广播 SAT>IP 内容。
• 智能缓存子系统 ：在分布式网络的集中侧提供智能缓存，基于内容分发网络（CDN）节点，将最常用的内容存储在接入网络本地，供用户快速访问。智能缓存直接连接到接入网络的集中式 SDN 交换机，使基带单元池、固定无线接入网络和 SAT>IP 服务器能够访问缓存。移动和 Wi - Fi/毫微微蜂窝运营商可以使用缓存，SAT>IP 服务器可以为用户提供时移观看服务。智能缓存还使用运行在控制器上的 SDN 网络应用程序，为网络上的服务最佳分配带宽和优先级。
• TWDM - PON 子系统 ：作为传输平面，将上述子系统整合为一个异构接入网络。使用 SDN 技术实现智能管理，支持不同技术、应用和供应商的网络切片。TWDM - PON 使用智能控制的可调谐 ONU 和 OLT，网络控制器可以选择 PON 中使用的波长。该系统还支持不支持可变或动态波长分配的传统系统（如原生 CPRI 或传统 xPON），这些传统服务可以在自己的专用波长上使用标准的固定 ONU 和 OLT 运行。智能控制器通过扩展的 OpenFlow 协议从符合 SDN 的中央侧 OLT 获取反馈，但不进行控制，从而使传统服务能够以原生方式工作，现有设备可以在不做任何妥协的情况下通过新的 PON。

各子系统的功能和特点如下表所示：
| 子系统名称 | 功能 | 特点 |
| — | — | — |
| SAT>IP 子系统 | 分发卫星电视 | 计算 QoE 指标，支持网络优化 |
| CPRIoE 子系统 | 5G 移动数据前传 | 支持传统 CPRI 系统，可集成增强功能 |
| 固定无线接入网络子系统 | 支持 Wi - Fi 和毫微微蜂窝 | 可独立运行，支持新广播技术 |
| 智能缓存子系统 | 本地内容缓存 | 为多服务提供缓存和带宽分配 |
| TWDM - PON 子系统 | 传输服务 | 支持网络切片，兼容传统系统 |

其系统架构可以用以下 mermaid 流程图表示：

graph LR
    A[用户] --> B1[SAT>IP 子系统]
    A --> B2[CPRIoE 子系统]
    A --> B3[固定无线接入网络子系统]
    B1 --> C[TWDM - PON 子系统]
    B2 --> C
    B3 --> C
    D[智能缓存子系统] --> B1
    D --> B2
    D --> B3
    C --> E[网络服务]

8. 网络实现

为验证上述网络架构，搭建了一个测试平台，首先实现了部分子系统。

• SAT>IP 分发 ：使用 Mininet 网络模拟器创建测试平台，它可以创建虚拟主机、交换机、控制器和链路的网络，并且可以直接使用真实的、未修改的代码。选择 Ubuntu 16.04 作为操作系统，因为它与 SAT>IP 客户端兼容。SAT>IP 客户端使用 VLC 媒体播放器的开发版本，该版本支持 SAT>IP 流，并且是开源的，适合进行 QoE 反馈开发。在 Mininet 中，使用标准的 OpenVSwitch 网络控制器，并设置了相关参数。通过 Wireshark 进行数据包分析，验证了 SAT>IP 流在 Mininet 中的传输。进行了延迟测试、吞吐量测试和不同拓扑测试，结果表明 OpenFlow 设置时间、平均 Ping 和平均抖动通常不受网络链路带宽限制的影响，但 Iperf 带宽会随带宽限制而变化。此外，还测试了不同拓扑、延迟、带宽和 CPU 限制对网络性能的影响。
• 实际视频传输 ：使用 Mininet 主机设置了实际的 SAT>IP 流。通过 Wireshark 验证了 SAT>IP 流的传输，并确定了 SAT>IP 流的延迟、带宽和 CPU 百分比要求。结果表明，大约 1150 ms 的延迟会导致视频播放出现问题，6.1 Mbps 的带宽可以满足高清视频流的需求，VLC 客户端在特定硬件上大约需要 60%的 CPU 时间。

不同测试的结果如下表所示：
| 测试类型 | 测试内容 | 测试结果 |
| — | — | — |
| 延迟测试 | 不同拓扑下的 Ping 测试 | OpenFlow 设置时间、平均 Ping 和平均抖动受拓扑和延迟影响，带宽限制影响较小 |
| 吞吐量测试 | 不同拓扑和带宽限制下的 Iperf 测试 | Iperf 带宽随带宽限制变化 |
| 实际视频传输测试 | SAT>IP 流的延迟、带宽和 CPU 百分比测试 | 延迟 1150 ms 视频可能中断，带宽 6.1 Mbps 可支持高清视频，CPU 约 60% |

9. 基于 SDN 的视频交付网络优化

下一步的发展包括对 SDN 网络进行优化，以提高视频服务的交付质量，仍以 SAT>IP 为例。

• 视频 QoE 反馈 ：计划使用 Python 编写一个独立的反馈程序，将用户输入的 QoE 反馈发送到 SDN 控制器。该程序可以在 Mininet 启动脚本中运行，并且可以通过分析 VLC 客户端的终端输出，根据预定义的 QoE 算法实现自动 QoE 反馈。最终，QoE 反馈机制可以集成到 VLC 播放器中，创建一个具有 QoE SDN 反馈的完整 SAT>IP 播放器。
• 视频 QoE 反馈接收 ：首先使用 Python 创建 QoE 反馈接收程序，将 QoE 数据更新到一个简单的文本文件中。网络优化应用程序可以使用该文本文件对网络进行调整。在 QoE 反馈发送程序调试完成且网络优化应用程序正常工作后，可以将 QoE 反馈接收程序重写为 Java 应用程序，实现接收 QoE 信息和更新网络的功能。
• 网络优化 ：网络优化程序将基于 OpenDaylight 网络操作系统构建，它具有定义良好的北向 API，运行在 Java 环境中。首先，使用用户空间交换机（USS）设置 Mininet 网络，它虽然速度较慢，但提供了更多功能，包括支持 QoS 标签。在 OpenVSwitch USS 中，可以为不同的 QoS 类设置不同的带宽限制。网络应用程序可以通过北向 API 与 OpenDaylight 通信，根据用户的 QoE 反馈为 Mininet 网络中的相关流分配最合适的 QoS 标签。可以使用 RESTCONF 和 Postman 更新网络，同时需要分析网络优化算法，选择每个交换机中每个流的 QoS 标签。
• FlowVisor 网络切片 ：引入 FlowVisor 可以将不同类型的服务发送到不同的控制器，实现网络切片。考虑到后续将引入真实的 LTE 接口进行内容交付，FlowVisor 可以用于将不同服务通过各自的网络切片进行传输。

10. LTE 开放空中接口

除了使用标准的以太网将 SAT>IP 内容传输到有线客户端外，还可以探索其他传输介质。LTE 开放空中接口（OAI）软件包可以将真实小小区的所有功能虚拟化，将小小区的无线输出实时发送到软件定义无线电（SDR），并通过空中广播无线信号。同时，SDR 捕获空中无线信号，进行模数转换后发送回虚拟化小小区进行上行处理。通过将虚拟化小小区连接到 Mininet 网络，SAT>IP 内容可以通过 SDN 控制的网络和真实的 LTE 链路传输到用户。用户端可以使用真实的 LTE SIM 卡和 LTE 无线加密狗连接到运行具有 QoE 反馈机制的 VLC SAT>IP 客户端的 Linux 机器。此外，小小区还可以连接到分布式天线系统（DAS），为 DAS 提供真实的 4G/5G 内容。

11. 结论

未来 5 年，由于机器对机器（M2M）通信和高清视频等新技术的普及，用户对移动通信的需求预计将大幅增加。M2M 通信和高清视频的需求与以往的服务有很大不同，M2M 通信需要低延迟连接，但数据带宽要求较低；而高清视频需要高数据带宽，但对延迟要求不高。当前的移动通信技术无法满足这些严格的延迟和带宽要求，因此对第五代移动通信（5G）的研究成为电信界的重点。

为满足这些需求，提出了一种基于软件定义网络（SDN）的异构接入网络。该网络使用 SDN 支持的时分波分复用 - 无源光网络（TWDM - PON），允许固定无线接入网络、蜂窝网络和传统 PON 在同一基础设施中共存。通过在接入网络的集中侧使用 SAT>IP 和智能缓存进行视频卸载，可以减轻回传和内容分发网络（CDN）的负载，提高视频用户和其他高带宽应用的用户体验。此外，通过 SAT>IP QoE 反馈，可以使用 SDN 对网络进行智能优化，进一步提高用户的 QoE。

在实验室中，使用 Mininet 作为基础，VLC 媒体播放器作为 SAT>IP 视频客户端，真实的 SAT>IP 服务器提供视频数据，验证了 SAT>IP 子系统的可行性。未来计划开发 QoE 客户端反馈、QoE 接收服务器和基于 QoE 的智能网络更新器，并使用 LTE 开放空中接口和软件定义无线电（SDR）扩展系统，实现 SAT>IP 内容通过 SDN xhaul 进行传输。