采用網(wǎng)絡(luò)云的移動(dòng)核心網(wǎng)虛擬化應(yīng)用

李鳳鳳

【摘要】 文章針對(duì)當(dāng)前移動(dòng)核心網(wǎng)面臨的問(wèn)題，探討了三種關(guān)鍵技術(shù)：SDN架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）和云管理，并將三種技術(shù)應(yīng)用于移動(dòng)核心網(wǎng)，提出了未來(lái)移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)。為運(yùn)營(yíng)商解決大數(shù)據(jù)、大流量給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的問(wèn)題提供參考。

【關(guān)鍵詞】 虛擬化 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化 軟件定義網(wǎng)絡(luò) 云管理

The Application of Virtualization on The Mobile Core Network

Based on Could Management

LI Feng-Feng

（Hebei Communication Design &Consultation Co.，LTD， The second Integrated Communication Design Institute，Shijiazhuang，050021，China）

Abstract： Based on the current problems of mobile core network， this paper discusses three kinds of key technology： the software defined network （SDN）， network function virtualization （NFV） and could management architecture. We apply the three techniques to the mobile core network； propose a future architecture of the mobile core network； provide reference to solve the problem on a large amount of data and flow.

Keyword： virtualization； network function virtualization； software-defined networks； could management

一、移動(dòng)核心網(wǎng)的發(fā)展現(xiàn)狀

移動(dòng)核心網(wǎng)主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)內(nèi)部信息的交換、安全管理以及與其它通信系統(tǒng)進(jìn)行信息交流，從而完成整個(gè)通信系統(tǒng)的傳遞工作。對(duì)于整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的順暢運(yùn)行具有重要作用。

隨著通信技術(shù)變革，移動(dòng)核心網(wǎng)也在不斷演進(jìn)：最初的以TDM交換為主進(jìn)行基本的語(yǔ)音通信；到分組域的引入來(lái)滿(mǎn)足數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求；再到軟交換技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，將控制和承載完全分離，通過(guò)服務(wù)器上的軟件實(shí)現(xiàn)呼叫控制功能，系統(tǒng)不需要單獨(dú)鋪設(shè)網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)絡(luò)共享實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理與維護(hù)，極大的降低成本；最后到現(xiàn)在的IMS網(wǎng)絡(luò)，支持多元化的接入、支持無(wú)縫移動(dòng)性和業(yè)務(wù)連續(xù)性，以及近期已逐步建設(shè)完成并商用的EPC架構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)全I(xiàn)P承載，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，提供高效的信號(hào)指令控制與實(shí)現(xiàn)流程，降低業(yè)務(wù)連接時(shí)延。總體來(lái)說(shuō)，移動(dòng)核心網(wǎng)是向多元化發(fā)展，利用寬帶及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，不斷加速通信事業(yè)發(fā)展和融合，從而為用戶(hù)提供更多簡(jiǎn)單、便捷、多樣化業(yè)務(wù)。

二、移動(dòng)核心網(wǎng)目前面臨的問(wèn)題

隨著智能終端普及和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的井噴式發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)中的流量和信令處于爆炸性增長(zhǎng)，這對(duì)網(wǎng)絡(luò)容量和性能本身提出了更高的要求。然而，運(yùn)營(yíng)商的收入和利潤(rùn)卻并不隨網(wǎng)絡(luò)流量大幅增長(zhǎng)。其主要原因是運(yùn)營(yíng)業(yè)務(wù)已從語(yǔ)音短信向高速數(shù)據(jù)遷移，從而給網(wǎng)絡(luò)造成了巨大負(fù)荷壓力。為了應(yīng)對(duì)日益增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)流量，運(yùn)營(yíng)商不得不加大投資力度，縮短投資建設(shè)周期，對(duì)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行新建、升級(jí)或改造，造成巨額資本支出（CAPEX）和運(yùn)營(yíng)成本（OPEX）。

另外，不同的無(wú)線技術(shù)造成多種制式網(wǎng)絡(luò)并存，各制式網(wǎng)絡(luò)縱向分布、相互封閉。同一用戶(hù)可能同時(shí)是其他網(wǎng)絡(luò)用戶(hù)，但申請(qǐng)業(yè)務(wù)、感知度無(wú)法統(tǒng)一。而在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下，很難統(tǒng)籌部署網(wǎng)絡(luò)感知能力，無(wú)法感知網(wǎng)絡(luò)情況、用戶(hù)分布情況，也無(wú)法提升網(wǎng)絡(luò)智能進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整和策略部署。

總之，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，運(yùn)營(yíng)商迫切需要降低CAPEX和OPEX，提升網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放性和業(yè)務(wù)效率；迫切需要提升網(wǎng)絡(luò)智能化、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)控制能力；迫切需要提升負(fù)載分擔(dān)、容量統(tǒng)籌調(diào)度及網(wǎng)絡(luò)的可擴(kuò)展性。而有效解決這些問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理靈活性，設(shè)備高利用率，降低運(yùn)維成本，是各大運(yùn)營(yíng)商必須真正思考的問(wèn)題。

目前，傳統(tǒng)以硬件為主導(dǎo)的設(shè)備產(chǎn)品網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)已難以適應(yīng)未來(lái)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求。因此需要顛覆傳統(tǒng)電信設(shè)備認(rèn)識(shí)理念，利用新技術(shù)來(lái)支撐新業(yè)務(wù)模式，對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源有定制化的訴求，包括設(shè)備形態(tài)、配置管理、擴(kuò)容升級(jí)等方面。在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，SDN技術(shù)中引入網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV），并基于NFV實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)云管理成為解決設(shè)備通用化、業(yè)務(wù)快速上線和資源靈活管理與共享，網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本可控，實(shí)現(xiàn)利潤(rùn)可持續(xù)增長(zhǎng)的新契機(jī)。

三、熱點(diǎn)技術(shù)分析

3.1 SDN架構(gòu)介紹

圖1 SDN架構(gòu)圖

SDN的概念為網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新帶來(lái)了新的機(jī)會(huì)，最初起源于斯坦福大學(xué)提出的OpenFlow協(xié)議，應(yīng)用于校園網(wǎng)絡(luò)，解決網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新和封閉設(shè)備體系之間的矛盾。后來(lái)逐步推廣，至今已成為網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。它是一種新型的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架，精髓理念有兩點(diǎn)：一是將網(wǎng)絡(luò)的控制平面及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離；二是網(wǎng)絡(luò)集中控制，并具備可編程能力。SDN構(gòu)架如圖1：

在SDN構(gòu)架中，網(wǎng)絡(luò)被劃分為3個(gè)層面，分別是應(yīng)用層、控制層和基礎(chǔ)設(shè)施層。其中應(yīng)用層包括各種業(yè)務(wù)和應(yīng)用；控制層主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)平面資源的編排，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、狀態(tài)信息等；基礎(chǔ)設(shè)施層負(fù)責(zé)基于流的數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)收集。

基礎(chǔ)設(shè)施層為轉(zhuǎn)發(fā)層，是一個(gè)無(wú)智能的快速轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備；網(wǎng)絡(luò)所有智能設(shè)備集中在網(wǎng)絡(luò)控制層，由控制器對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)面進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)策略的調(diào)度和管理，支持運(yùn)行在網(wǎng)絡(luò)控制器之上的不同業(yè)務(wù)。

SDN帶來(lái)了IP領(lǐng)域一輪新的變革，為核心網(wǎng)虛擬化提供動(dòng)態(tài)靈活的傳輸構(gòu)架，以滿(mǎn)足其分布式的對(duì)虛擬機(jī)、工作負(fù)載等高度協(xié)調(diào)和控制的要求。它能對(duì)電信網(wǎng)絡(luò)的所有領(lǐng)域添加控制，并將云控制和網(wǎng)絡(luò)控制連接起來(lái)，且集成了網(wǎng)絡(luò)控制和系統(tǒng)構(gòu)架、云管理等服務(wù)。

3.2網(wǎng)絡(luò)虛擬化及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化（NV）通常認(rèn)為是對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)及其組件（如交換機(jī)、端口及路由器）進(jìn)行抽象，并從中分離網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量的一種方式。采用網(wǎng)絡(luò)虛擬化可以將多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)抽象為一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，或者將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分割為多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。它打破了網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備層和邏輯業(yè)務(wù)層之間的綁定關(guān)系，每個(gè)物理設(shè)備被虛擬化的網(wǎng)元所取代，管理員能夠?qū)μ摂M網(wǎng)元進(jìn)行配置以滿(mǎn)足其獨(dú)特的需求。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）最早是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的角度出發(fā)提出的一種軟件和硬件分離的架構(gòu)，主要是希望通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的IT虛擬化技術(shù)，采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的大容量服務(wù)器、存儲(chǔ)和交換機(jī)承載各種各樣的網(wǎng)絡(luò)軟件功能，實(shí)現(xiàn)軟件的靈活加載，從而可以在數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和用戶(hù)端等不同位置靈活部署。

隨著軟件虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等技術(shù)的發(fā)展，利用分布式軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能集合理抽象、分割以及靈活調(diào)度，已經(jīng)逐步成為網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的主流實(shí)現(xiàn)模式。

3.3 核心網(wǎng)云管理

核心網(wǎng)虛擬化后，將打破現(xiàn)有以網(wǎng)元為中心的軟硬件緊耦合的管理模式，轉(zhuǎn)向以資源為中心軟硬件松耦合的管理模式，從而實(shí)現(xiàn)跨域、跨地區(qū)、跨平臺(tái)集中管理，實(shí)現(xiàn)資源智能調(diào)度，這就是基于NFV的核心網(wǎng)云管理。

與傳統(tǒng)電信核心網(wǎng)管理相比，核心網(wǎng)云管理增加了對(duì)硬件資源、虛擬資源層、虛擬化網(wǎng)元以及完整網(wǎng)絡(luò)功能管理和調(diào)度。實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)云管理的網(wǎng)元功能包括虛擬設(shè)施管理，虛擬網(wǎng)元管理和虛擬業(yè)務(wù)編排。核心網(wǎng)云系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示：

1）虛擬設(shè)施管理主要負(fù)責(zé)采集硬件資源和虛擬資源的狀態(tài)信息并上報(bào)給虛擬網(wǎng)元管理，實(shí)現(xiàn)資源監(jiān)測(cè)、故障監(jiān)測(cè)和上報(bào)；接收來(lái)自上層的應(yīng)用請(qǐng)求并進(jìn)行認(rèn)證，通過(guò)控制虛擬機(jī)管理器來(lái)執(zhí)行上層應(yīng)用請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)資源的遷移和彈性伸縮。

2）虛擬網(wǎng)元管理負(fù)責(zé)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的生命周期管理及資源使用情況的監(jiān)控，包括VNF的添加、刪除、更改、查詢(xún)和容量伸縮等。

3）業(yè)務(wù)編排負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)施和VNF的管理和編排，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)完整的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。以LTE為例，業(yè)務(wù)編排可以通過(guò)對(duì)MME、HSS、S/P-GW的功能進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的編排，進(jìn)而提供一個(gè)完整的LTE網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口提供跨數(shù)據(jù)中心和跨廠家的協(xié)同管理。

四、采用網(wǎng)絡(luò)云管理的基于SDN的NFV移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)

當(dāng)前通信運(yùn)營(yíng)商需要面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)和應(yīng)用服務(wù)商的激烈競(jìng)爭(zhēng)，不斷提供各種增值服務(wù)、差異化服務(wù)來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)需求。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源配置復(fù)雜，效率低，投資成本及設(shè)備能耗高，因此采用新的技術(shù)架構(gòu)是運(yùn)營(yíng)商急需考慮的問(wèn)題。

因此，將云的管理方式、軟件定義和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的技術(shù)進(jìn)行融合，構(gòu)建移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活擴(kuò)展、靈活配置，有助于運(yùn)營(yíng)商提升配置和維護(hù)效率，縮短新業(yè)務(wù)部署時(shí)間，降低開(kāi)展新業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，快速提供各種差異化服務(wù)。而且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化運(yùn)營(yíng)商可以很容易在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)上構(gòu)建多種虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為不同用戶(hù)提供服務(wù)，最大程度的提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通用化和統(tǒng)一化，減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資維護(hù)成本和設(shè)備能耗。基于SDN的虛擬化移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示：

架構(gòu)分為4層，分別為接入層、轉(zhuǎn)發(fā)層、控制層和業(yè)務(wù)層。接入層為目前的2G網(wǎng)、3G網(wǎng)、Wi-Fi網(wǎng)、LTE網(wǎng)等其他無(wú)線接入網(wǎng)。在接入層和轉(zhuǎn)發(fā)層之間部署虛擬化的接入適配網(wǎng)元。接入適配網(wǎng)元北向與轉(zhuǎn)發(fā)層接口，采用標(biāo)準(zhǔn)接口；南向與無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)接口，適配各接入制式。

由于現(xiàn)網(wǎng)移動(dòng)軟交換和LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了控制面與媒體轉(zhuǎn)發(fā)面的分離，因此轉(zhuǎn)發(fā)層在控制層的調(diào)度下只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)流量包。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中MGW/GGSN/PDSN/SGW/PGW的媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能。媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能由SDN的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備來(lái)承擔(dān)，由SDN控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備的管理和策略的下發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備可以基于通用硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，提高轉(zhuǎn)發(fā)能力。

控制層包括控制網(wǎng)元及數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元?？刂凭W(wǎng)元實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所有的控制功能，如呼叫控制、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)感知、策略部署等功能，將涵蓋MSC Server/SGSN/PDSN/SGW/PGW/MME等網(wǎng)元的控制功能，數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶(hù)的認(rèn)證、鑒權(quán)等功能。例如HSS/HLR/AAA等功能。控制網(wǎng)元和數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元運(yùn)營(yíng)商可以采用云的管理模式利用軟件方式對(duì)各個(gè)虛擬網(wǎng)元進(jìn)行管理，對(duì)支撐系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)編排，從而在全網(wǎng)范圍調(diào)度資源，提升控制層網(wǎng)元可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)籌調(diào)度。

業(yè)務(wù)層通過(guò)與控制層協(xié)同實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，通過(guò)控制層定義的開(kāi)發(fā)API調(diào)用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。

采用云管理的移動(dòng)核心網(wǎng)SDN的NFV構(gòu)架可以滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)處理的需求，很好的實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)資源的虛擬化，達(dá)到調(diào)度全網(wǎng)資源，解決流量高峰沖擊的問(wèn)題；還能避免重復(fù)建設(shè)，避免多制式的無(wú)線網(wǎng)建多個(gè)核心網(wǎng)，有利的降低了運(yùn)營(yíng)商的CAPEX及OPEX；通過(guò)采用SDN架構(gòu)將增加網(wǎng)絡(luò)感知能力及策略控制能力，提升網(wǎng)絡(luò)智能，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)控制、業(yè)務(wù)快速部署的能力。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文從移動(dòng)核心的發(fā)展趨勢(shì)入手，深入分析了移動(dòng)寬帶、互聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)電信業(yè)的沖擊，使得電信運(yùn)營(yíng)商必須采取措施應(yīng)對(duì)即將到來(lái)的問(wèn)題。運(yùn)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的虛擬化、采用云技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，這些技術(shù)已經(jīng)逐步進(jìn)入運(yùn)營(yíng)商的視野，由于這些技術(shù)的特點(diǎn)和所具體的優(yōu)勢(shì)，將正在成為電信業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，但相關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)還需要進(jìn)一步研究。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Network Function Virtualization[R]. Introductory White Paper. SDN and OpenFlow World congress. October 22-24， 2012.

[2] 羅萱，黃保青，韋建文.面向數(shù)據(jù)中心的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（2014-02-20 ）.

[3] 王茜，趙慧玲，解云鵬.SDN標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用場(chǎng)景探討[J].中興通訊技術(shù)，2013.19（05）：06-09.

[4] 王茜， 解云鵬，陳運(yùn)清.未來(lái)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（FDN）的應(yīng)用場(chǎng)景和需求[S].CCSA，2013.

[5] 林利，石文昌.構(gòu)建云計(jì)算平臺(tái)開(kāi)源軟件綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2012，39（11）：7-13.

[6] Network Functions virtualization （NFV）； Architectural Framework[EB/OL].（2014-03-20）.

SDN帶來(lái)了IP領(lǐng)域一輪新的變革，為核心網(wǎng)虛擬化提供動(dòng)態(tài)靈活的傳輸構(gòu)架，以滿(mǎn)足其分布式的對(duì)虛擬機(jī)、工作負(fù)載等高度協(xié)調(diào)和控制的要求。它能對(duì)電信網(wǎng)絡(luò)的所有領(lǐng)域添加控制，并將云控制和網(wǎng)絡(luò)控制連接起來(lái)，且集成了網(wǎng)絡(luò)控制和系統(tǒng)構(gòu)架、云管理等服務(wù)。

3.2網(wǎng)絡(luò)虛擬化及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化（NV）通常認(rèn)為是對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)及其組件（如交換機(jī)、端口及路由器）進(jìn)行抽象，并從中分離網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量的一種方式。采用網(wǎng)絡(luò)虛擬化可以將多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)抽象為一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，或者將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分割為多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。它打破了網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備層和邏輯業(yè)務(wù)層之間的綁定關(guān)系，每個(gè)物理設(shè)備被虛擬化的網(wǎng)元所取代，管理員能夠?qū)μ摂M網(wǎng)元進(jìn)行配置以滿(mǎn)足其獨(dú)特的需求。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）最早是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的角度出發(fā)提出的一種軟件和硬件分離的架構(gòu)，主要是希望通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的IT虛擬化技術(shù)，采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的大容量服務(wù)器、存儲(chǔ)和交換機(jī)承載各種各樣的網(wǎng)絡(luò)軟件功能，實(shí)現(xiàn)軟件的靈活加載，從而可以在數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和用戶(hù)端等不同位置靈活部署。

隨著軟件虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等技術(shù)的發(fā)展，利用分布式軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能集合理抽象、分割以及靈活調(diào)度，已經(jīng)逐步成為網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的主流實(shí)現(xiàn)模式。

3.3 核心網(wǎng)云管理

核心網(wǎng)虛擬化后，將打破現(xiàn)有以網(wǎng)元為中心的軟硬件緊耦合的管理模式，轉(zhuǎn)向以資源為中心軟硬件松耦合的管理模式，從而實(shí)現(xiàn)跨域、跨地區(qū)、跨平臺(tái)集中管理，實(shí)現(xiàn)資源智能調(diào)度，這就是基于NFV的核心網(wǎng)云管理。

與傳統(tǒng)電信核心網(wǎng)管理相比，核心網(wǎng)云管理增加了對(duì)硬件資源、虛擬資源層、虛擬化網(wǎng)元以及完整網(wǎng)絡(luò)功能管理和調(diào)度。實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)云管理的網(wǎng)元功能包括虛擬設(shè)施管理，虛擬網(wǎng)元管理和虛擬業(yè)務(wù)編排。核心網(wǎng)云系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示：

1）虛擬設(shè)施管理主要負(fù)責(zé)采集硬件資源和虛擬資源的狀態(tài)信息并上報(bào)給虛擬網(wǎng)元管理，實(shí)現(xiàn)資源監(jiān)測(cè)、故障監(jiān)測(cè)和上報(bào)；接收來(lái)自上層的應(yīng)用請(qǐng)求并進(jìn)行認(rèn)證，通過(guò)控制虛擬機(jī)管理器來(lái)執(zhí)行上層應(yīng)用請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)資源的遷移和彈性伸縮。

2）虛擬網(wǎng)元管理負(fù)責(zé)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的生命周期管理及資源使用情況的監(jiān)控，包括VNF的添加、刪除、更改、查詢(xún)和容量伸縮等。

3）業(yè)務(wù)編排負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)施和VNF的管理和編排，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)完整的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。以LTE為例，業(yè)務(wù)編排可以通過(guò)對(duì)MME、HSS、S/P-GW的功能進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的編排，進(jìn)而提供一個(gè)完整的LTE網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口提供跨數(shù)據(jù)中心和跨廠家的協(xié)同管理。

四、采用網(wǎng)絡(luò)云管理的基于SDN的NFV移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)

當(dāng)前通信運(yùn)營(yíng)商需要面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)和應(yīng)用服務(wù)商的激烈競(jìng)爭(zhēng)，不斷提供各種增值服務(wù)、差異化服務(wù)來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)需求。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源配置復(fù)雜，效率低，投資成本及設(shè)備能耗高，因此采用新的技術(shù)架構(gòu)是運(yùn)營(yíng)商急需考慮的問(wèn)題。

因此，將云的管理方式、軟件定義和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的技術(shù)進(jìn)行融合，構(gòu)建移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活擴(kuò)展、靈活配置，有助于運(yùn)營(yíng)商提升配置和維護(hù)效率，縮短新業(yè)務(wù)部署時(shí)間，降低開(kāi)展新業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，快速提供各種差異化服務(wù)。而且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化運(yùn)營(yíng)商可以很容易在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)上構(gòu)建多種虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為不同用戶(hù)提供服務(wù)，最大程度的提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通用化和統(tǒng)一化，減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資維護(hù)成本和設(shè)備能耗。基于SDN的虛擬化移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示：

架構(gòu)分為4層，分別為接入層、轉(zhuǎn)發(fā)層、控制層和業(yè)務(wù)層。接入層為目前的2G網(wǎng)、3G網(wǎng)、Wi-Fi網(wǎng)、LTE網(wǎng)等其他無(wú)線接入網(wǎng)。在接入層和轉(zhuǎn)發(fā)層之間部署虛擬化的接入適配網(wǎng)元。接入適配網(wǎng)元北向與轉(zhuǎn)發(fā)層接口，采用標(biāo)準(zhǔn)接口；南向與無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)接口，適配各接入制式。

由于現(xiàn)網(wǎng)移動(dòng)軟交換和LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了控制面與媒體轉(zhuǎn)發(fā)面的分離，因此轉(zhuǎn)發(fā)層在控制層的調(diào)度下只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)流量包。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中MGW/GGSN/PDSN/SGW/PGW的媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能。媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能由SDN的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備來(lái)承擔(dān)，由SDN控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備的管理和策略的下發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備可以基于通用硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，提高轉(zhuǎn)發(fā)能力。

控制層包括控制網(wǎng)元及數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元。控制網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所有的控制功能，如呼叫控制、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)感知、策略部署等功能，將涵蓋MSC Server/SGSN/PDSN/SGW/PGW/MME等網(wǎng)元的控制功能，數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶(hù)的認(rèn)證、鑒權(quán)等功能。例如HSS/HLR/AAA等功能?？刂凭W(wǎng)元和數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元運(yùn)營(yíng)商可以采用云的管理模式利用軟件方式對(duì)各個(gè)虛擬網(wǎng)元進(jìn)行管理，對(duì)支撐系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)編排，從而在全網(wǎng)范圍調(diào)度資源，提升控制層網(wǎng)元可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)籌調(diào)度。

業(yè)務(wù)層通過(guò)與控制層協(xié)同實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，通過(guò)控制層定義的開(kāi)發(fā)API調(diào)用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。

采用云管理的移動(dòng)核心網(wǎng)SDN的NFV構(gòu)架可以滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)處理的需求，很好的實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)資源的虛擬化，達(dá)到調(diào)度全網(wǎng)資源，解決流量高峰沖擊的問(wèn)題；還能避免重復(fù)建設(shè)，避免多制式的無(wú)線網(wǎng)建多個(gè)核心網(wǎng)，有利的降低了運(yùn)營(yíng)商的CAPEX及OPEX；通過(guò)采用SDN架構(gòu)將增加網(wǎng)絡(luò)感知能力及策略控制能力，提升網(wǎng)絡(luò)智能，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)控制、業(yè)務(wù)快速部署的能力。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文從移動(dòng)核心的發(fā)展趨勢(shì)入手，深入分析了移動(dòng)寬帶、互聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)電信業(yè)的沖擊，使得電信運(yùn)營(yíng)商必須采取措施應(yīng)對(duì)即將到來(lái)的問(wèn)題。運(yùn)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的虛擬化、采用云技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，這些技術(shù)已經(jīng)逐步進(jìn)入運(yùn)營(yíng)商的視野，由于這些技術(shù)的特點(diǎn)和所具體的優(yōu)勢(shì)，將正在成為電信業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，但相關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)還需要進(jìn)一步研究。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Network Function Virtualization[R]. Introductory White Paper. SDN and OpenFlow World congress. October 22-24， 2012.

[2] 羅萱，黃保青，韋建文.面向數(shù)據(jù)中心的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（2014-02-20 ）.

[3] 王茜，趙慧玲，解云鵬.SDN標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用場(chǎng)景探討[J].中興通訊技術(shù)，2013.19（05）：06-09.

[4] 王茜， 解云鵬，陳運(yùn)清.未來(lái)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（FDN）的應(yīng)用場(chǎng)景和需求[S].CCSA，2013.

[5] 林利，石文昌.構(gòu)建云計(jì)算平臺(tái)開(kāi)源軟件綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2012，39（11）：7-13.

[6] Network Functions virtualization （NFV）； Architectural Framework[EB/OL].（2014-03-20）.

SDN帶來(lái)了IP領(lǐng)域一輪新的變革，為核心網(wǎng)虛擬化提供動(dòng)態(tài)靈活的傳輸構(gòu)架，以滿(mǎn)足其分布式的對(duì)虛擬機(jī)、工作負(fù)載等高度協(xié)調(diào)和控制的要求。它能對(duì)電信網(wǎng)絡(luò)的所有領(lǐng)域添加控制，并將云控制和網(wǎng)絡(luò)控制連接起來(lái)，且集成了網(wǎng)絡(luò)控制和系統(tǒng)構(gòu)架、云管理等服務(wù)。

3.2網(wǎng)絡(luò)虛擬化及網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化

網(wǎng)絡(luò)虛擬化（NV）通常認(rèn)為是對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)及其組件（如交換機(jī)、端口及路由器）進(jìn)行抽象，并從中分離網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)流量的一種方式。采用網(wǎng)絡(luò)虛擬化可以將多個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)抽象為一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)，或者將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分割為多個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)。它打破了網(wǎng)絡(luò)物理設(shè)備層和邏輯業(yè)務(wù)層之間的綁定關(guān)系，每個(gè)物理設(shè)備被虛擬化的網(wǎng)元所取代，管理員能夠?qū)μ摂M網(wǎng)元進(jìn)行配置以滿(mǎn)足其獨(dú)特的需求。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）最早是由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)組織（ETSI）從網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的角度出發(fā)提出的一種軟件和硬件分離的架構(gòu)，主要是希望通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的IT虛擬化技術(shù)，采用業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的大容量服務(wù)器、存儲(chǔ)和交換機(jī)承載各種各樣的網(wǎng)絡(luò)軟件功能，實(shí)現(xiàn)軟件的靈活加載，從而可以在數(shù)據(jù)中心、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和用戶(hù)端等不同位置靈活部署。

隨著軟件虛擬化、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等技術(shù)的發(fā)展，利用分布式軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能集合理抽象、分割以及靈活調(diào)度，已經(jīng)逐步成為網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的主流實(shí)現(xiàn)模式。

3.3 核心網(wǎng)云管理

核心網(wǎng)虛擬化后，將打破現(xiàn)有以網(wǎng)元為中心的軟硬件緊耦合的管理模式，轉(zhuǎn)向以資源為中心軟硬件松耦合的管理模式，從而實(shí)現(xiàn)跨域、跨地區(qū)、跨平臺(tái)集中管理，實(shí)現(xiàn)資源智能調(diào)度，這就是基于NFV的核心網(wǎng)云管理。

與傳統(tǒng)電信核心網(wǎng)管理相比，核心網(wǎng)云管理增加了對(duì)硬件資源、虛擬資源層、虛擬化網(wǎng)元以及完整網(wǎng)絡(luò)功能管理和調(diào)度。實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)云管理的網(wǎng)元功能包括虛擬設(shè)施管理，虛擬網(wǎng)元管理和虛擬業(yè)務(wù)編排。核心網(wǎng)云系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示：

1）虛擬設(shè)施管理主要負(fù)責(zé)采集硬件資源和虛擬資源的狀態(tài)信息并上報(bào)給虛擬網(wǎng)元管理，實(shí)現(xiàn)資源監(jiān)測(cè)、故障監(jiān)測(cè)和上報(bào)；接收來(lái)自上層的應(yīng)用請(qǐng)求并進(jìn)行認(rèn)證，通過(guò)控制虛擬機(jī)管理器來(lái)執(zhí)行上層應(yīng)用請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)資源的遷移和彈性伸縮。

2）虛擬網(wǎng)元管理負(fù)責(zé)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的生命周期管理及資源使用情況的監(jiān)控，包括VNF的添加、刪除、更改、查詢(xún)和容量伸縮等。

3）業(yè)務(wù)編排負(fù)責(zé)基礎(chǔ)設(shè)施和VNF的管理和編排，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)完整的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。以LTE為例，業(yè)務(wù)編排可以通過(guò)對(duì)MME、HSS、S/P-GW的功能進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的編排，進(jìn)而提供一個(gè)完整的LTE網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。它可以通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)接口提供跨數(shù)據(jù)中心和跨廠家的協(xié)同管理。

四、采用網(wǎng)絡(luò)云管理的基于SDN的NFV移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)

當(dāng)前通信運(yùn)營(yíng)商需要面對(duì)互聯(lián)網(wǎng)和應(yīng)用服務(wù)商的激烈競(jìng)爭(zhēng)，不斷提供各種增值服務(wù)、差異化服務(wù)來(lái)滿(mǎn)足用戶(hù)需求。而傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源配置復(fù)雜，效率低，投資成本及設(shè)備能耗高，因此采用新的技術(shù)架構(gòu)是運(yùn)營(yíng)商急需考慮的問(wèn)題。

因此，將云的管理方式、軟件定義和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的技術(shù)進(jìn)行融合，構(gòu)建移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)，可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)靈活擴(kuò)展、靈活配置，有助于運(yùn)營(yíng)商提升配置和維護(hù)效率，縮短新業(yè)務(wù)部署時(shí)間，降低開(kāi)展新業(yè)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)，快速提供各種差異化服務(wù)。而且通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化運(yùn)營(yíng)商可以很容易在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備基礎(chǔ)上構(gòu)建多種虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為不同用戶(hù)提供服務(wù)，最大程度的提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。從而對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實(shí)現(xiàn)通用化和統(tǒng)一化，減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的投資維護(hù)成本和設(shè)備能耗?；赟DN的虛擬化移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)如圖3所示：

架構(gòu)分為4層，分別為接入層、轉(zhuǎn)發(fā)層、控制層和業(yè)務(wù)層。接入層為目前的2G網(wǎng)、3G網(wǎng)、Wi-Fi網(wǎng)、LTE網(wǎng)等其他無(wú)線接入網(wǎng)。在接入層和轉(zhuǎn)發(fā)層之間部署虛擬化的接入適配網(wǎng)元。接入適配網(wǎng)元北向與轉(zhuǎn)發(fā)層接口，采用標(biāo)準(zhǔn)接口；南向與無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)接口，適配各接入制式。

由于現(xiàn)網(wǎng)移動(dòng)軟交換和LTE網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了控制面與媒體轉(zhuǎn)發(fā)面的分離，因此轉(zhuǎn)發(fā)層在控制層的調(diào)度下只負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)發(fā)流量包。實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中MGW/GGSN/PDSN/SGW/PGW的媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能。媒體轉(zhuǎn)發(fā)功能由SDN的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備來(lái)承擔(dān)，由SDN控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備的管理和策略的下發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備可以基于通用硬件平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)，提高轉(zhuǎn)發(fā)能力。

控制層包括控制網(wǎng)元及數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元?？刂凭W(wǎng)元實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)所有的控制功能，如呼叫控制、路由選擇、網(wǎng)絡(luò)感知、策略部署等功能，將涵蓋MSC Server/SGSN/PDSN/SGW/PGW/MME等網(wǎng)元的控制功能，數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、用戶(hù)的認(rèn)證、鑒權(quán)等功能。例如HSS/HLR/AAA等功能?？刂凭W(wǎng)元和數(shù)據(jù)庫(kù)網(wǎng)元運(yùn)營(yíng)商可以采用云的管理模式利用軟件方式對(duì)各個(gè)虛擬網(wǎng)元進(jìn)行管理，對(duì)支撐系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)編排，從而在全網(wǎng)范圍調(diào)度資源，提升控制層網(wǎng)元可擴(kuò)展性，實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)籌調(diào)度。

業(yè)務(wù)層通過(guò)與控制層協(xié)同實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，通過(guò)控制層定義的開(kāi)發(fā)API調(diào)用網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。

采用云管理的移動(dòng)核心網(wǎng)SDN的NFV構(gòu)架可以滿(mǎn)足大數(shù)據(jù)處理的需求，很好的實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)資源的虛擬化，達(dá)到調(diào)度全網(wǎng)資源，解決流量高峰沖擊的問(wèn)題；還能避免重復(fù)建設(shè)，避免多制式的無(wú)線網(wǎng)建多個(gè)核心網(wǎng)，有利的降低了運(yùn)營(yíng)商的CAPEX及OPEX；通過(guò)采用SDN架構(gòu)將增加網(wǎng)絡(luò)感知能力及策略控制能力，提升網(wǎng)絡(luò)智能，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)控制、業(yè)務(wù)快速部署的能力。

五、結(jié)束語(yǔ)

本文從移動(dòng)核心的發(fā)展趨勢(shì)入手，深入分析了移動(dòng)寬帶、互聯(lián)網(wǎng)對(duì)傳統(tǒng)電信業(yè)的沖擊，使得電信運(yùn)營(yíng)商必須采取措施應(yīng)對(duì)即將到來(lái)的問(wèn)題。運(yùn)用軟件定義網(wǎng)絡(luò)并實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的虛擬化、采用云技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，這些技術(shù)已經(jīng)逐步進(jìn)入運(yùn)營(yíng)商的視野，由于這些技術(shù)的特點(diǎn)和所具體的優(yōu)勢(shì)，將正在成為電信業(yè)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，但相關(guān)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)還需要進(jìn)一步研究。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] Network Function Virtualization[R]. Introductory White Paper. SDN and OpenFlow World congress. October 22-24， 2012.

[2] 羅萱，黃保青，韋建文.面向數(shù)據(jù)中心的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（2014-02-20 ）.

[3] 王茜，趙慧玲，解云鵬.SDN標(biāo)準(zhǔn)化和應(yīng)用場(chǎng)景探討[J].中興通訊技術(shù)，2013.19（05）：06-09.

[4] 王茜， 解云鵬，陳運(yùn)清.未來(lái)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)（FDN）的應(yīng)用場(chǎng)景和需求[S].CCSA，2013.

[5] 林利，石文昌.構(gòu)建云計(jì)算平臺(tái)開(kāi)源軟件綜述[J].計(jì)算機(jī)科學(xué)，2012，39（11）：7-13.

[6] Network Functions virtualization （NFV）； Architectural Framework[EB/OL].（2014-03-20）.