前言

在技术进步、市场竞争和用户需求的共同推动下，信息通信技术特别是无线通信技术的发展突飞猛进，无处不在的网络服务将成为现实。在蜂窝移动通信技术向宽带化方向快速演进、力争提供无线宽带服务的同时，各种无线接入技术不断成熟并普及，促使宽带业务向无线化发展，开始提供部分移动通信功能，试图通过宽带移动化进入移动通信市场。这两大分支在相互竞争独立发展的同时相互借鉴、取长补短，满足了终端和业务的多样化、个性化发展需求。不同网络架构、不同组网技术、不同协议软件、不同服务质量、不同管理模式的多种网络共存，共同为用户提供泛在网络服务的局面将长期存在。

各种信息通信网络在高速发展的同时，也日益显现出受网络封闭与僵化特性的制约，导致异构网络之间难以融合互通、难以优化网络整体性能、难以提供定制化的服务，并且多种网络形态共存已经导致了过度服务、资源和能耗消耗过大的问题。如何将这些异构网络融合在一起，互联互通，并且多网协同工作，提供覆盖广、带宽高、移动性强且费用低廉的接入服务，节约资源、适度服务将是未来通信系统的发展方向。在异构网络场景下引入可编程思想，对传统网络架构进行改进，通过承载与控制分离或者网元功能软件化，提升网络的软件化程度和可编程能力，实现网络的灵活可控制、融合可演进、开放可编程以及弹性可定制的特性，为未来信息通信网络发展提供了更大的发展空间。

基于软件定义与可编程技术的异构网络融合方案能够提高融合网络整体性能、最大化网络资源利用率、降低网络能耗、支持无缝切换和漫游、提供智能最佳接入及服务质量和安全保障，适应终端和业务的多样化、个性化发展。对运营商而言，传统网络昂贵的专业设备被通用的可编程交换设备和控制器所取代，能够有效降低其组网成本、提供按需分配的适度服务； 对于互联网企业而言，软件定义网络架构屏蔽了低层交换设备的差异性，网络管理者不需要通过各种协议来实现复杂的网络功能，仅仅调用软件接口就可以完成对网络的可重构管理和控制，提高了网络管理效益； 对普通用户而言，由于可编程网络能够根据业务需求对网络进行实时动态调整，因此可以提供给用户更好的服务体验。通过集中管理和协同控制，实现网络资源的高效利用； 通过网络虚拟化，实现客户定制化网络； 通过开放的控制与数据平面接口，实现新技术的快速应用。异构网络融合与可编程技术将打破传统网络路径选择与资源优化瓶颈，增强网络连通性，降低异构网络融合复杂度，推动信息通信网络向智能可编程、资源最优化、绿色高能效的方向发展演进。

本书着眼于全面、系统、深入地介绍异构网络融合与可编程的相关知识和关键技术，分析总结了当前异构网络融合及可编程相关技术的发展和研究现状，结合课题组近年来的科研成果，介绍了基于软件定义的异构网络融合技术以及异构网络融合和可编程仿真平台及实验平台的搭建。

全书分为10章。第1章是全书的概要，首先介绍无线通信技术与有线通信技术的发展历程，然后介绍了异构网络融合与可编程网络相关技术，最后探讨了未来网络的特点。第2章介绍异构无线网络融合的方案，分别对异构无线网络业务层融合、IP层融合、物理层融合、组网技术的融合等方案进行了详细阐述。第3章分析了异构无线网络融合的关键技术，对异构网络融合过程中需要考虑的4类关键问题进行深入分析。第4章阐述了网络可编程的基本概念、关键技术与发展现状，并重点对可编程网络中软件定义特性在无线网络与数据中心中的应用进行详细的介绍和分析。第5章首先介绍软件定义网络基础概念与整体架构，随之分别对其数据平面与控制平面以及相关接口进行了详细阐述。第6章概述基于SDN的异构网络融合技术，介绍了SDN在不同网络场景中的应用，以及如何进行异构网络间的选择与切换，讨论基于SDN进行网络资源管理的方法，并针对网络能耗问题提出基于SDN的节能方案，给出了当前SDN在网络中的部署方案。第7章分为两部分，首先介绍网络虚拟化的发展背景、发展动因、主要应用，其次对网络功能虚拟化的架构、关键问题和应用场景等进行了详细阐述。第8章总结了异构无线网络仿真平台的相关技术与实现，简要介绍NS2网络模拟器及仿真分析所需要的相关工具，对支持UMTS/WLAN双模的网络仿真平台及相关仿真实例的实现进行详细阐述。第9章介绍SDN仿真平台的搭建，通过Mininet工具来定义网络，使用了开源的Opendaylight，在Mininet和Opendaylight之间搭建了FlowVisor，通过对网络流量关键字段的划分，使得同一物理网络中可以部署多个控制器来完成不同的策略。第10章围绕如何搭建异构网络管理平台展开，首先介绍现有网络配置管理技术的应用与实现原理，接下来就如何搭建异构网络管理平台以及搭建平台所涉及的关键技术进行详细阐述。

本书的编写考虑到了不同层次读者的需要，全面地介绍了异构网络融合及可编程相关技术的概念、设计思路和关键技术，包括各种通信技术的发展趋势、网络融合方案及融合的关键技术、网络可编程技术、软件定义网络、基于SDN的异构网络融合技术、网络虚拟化与网络功能虚拟化、异构网络融合和可编程仿真平台及实验平台的搭建，便于读者对未来可编程异构融合网络形成系统全面的知识体系。读者也可以根据自身需要，有选择性地阅读相关的章节。

本书的编撰工作凝结了北京邮电大学ICN&CAD中心张勇、满毅、王莉、滕颖蕾、刘洋、郭达、王小娟等教师、博士生及硕士生的研究成果，李俏、李莉、屈银翔、顾博、侯永福、王昊、赵梦雨、吴凯丽、贾子寒、彭翀霄等参与了本书中重要部分的编写工作，在这里特别表示感谢。加拿大卡尔顿大学Fei Richard YU教授、爱尔兰都柏林城市大学Xiaojun WANG教授、美国休斯敦大学Zhu HAN教授对本书提出了很好的建议，在此向他们表示衷心的感谢。此外，还要感谢国家自然科学基金项目(61571059)对相关研究的资助。

由于编者水平和视野所限，以及编写时间仓促，加之信息通信技术发展日新月异，书中难免有疏漏甚至错误之处，恳请读者批评指正。

编著者

2017年4月