淺析核心網(wǎng)云化部署策略

劉慧洋　陳挺

摘 要：隨著云計算技術(shù)的成熟應(yīng)用，以及SDN在運(yùn)營商大型數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用，電信運(yùn)營商的各專業(yè)網(wǎng)絡(luò)和系統(tǒng)平臺，也逐步開始部署云化試點及開始商用。對核心網(wǎng)各專業(yè)域進(jìn)行云化部署時，也面臨著不同的實施策略。

關(guān)鍵詞：云計算；NFV；核心網(wǎng)；云化

引言

在人們對高速率、大帶寬的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的催生下，云計算已經(jīng)大行其道，LTE技術(shù)也已廣泛、成熟地應(yīng)用起來，而傳統(tǒng)的語音實現(xiàn)也已經(jīng)轉(zhuǎn)向VoLTE/VoIMS。也增強(qiáng)了IMS域同CS/PS域間的交互。同時，SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）在數(shù)據(jù)中心的商用，也促進(jìn)了核心網(wǎng)各專業(yè)域云化的進(jìn)程，而云化的部署也將帶來與以往不同的建設(shè)、管理、運(yùn)維模式，文章將重點對核心網(wǎng)云化的部署的整個進(jìn)程進(jìn)行分析。

1 NFV技術(shù)概述

NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）技術(shù)是指通過使用虛擬化技術(shù)把如x86架構(gòu)等通用性硬件虛擬化后，在虛擬資源池上部署諸多功能軟件來實現(xiàn)處理多種業(yè)務(wù)。通過通用性硬件資源的虛擬化，實現(xiàn)軟硬件的解耦，可以提高硬件資源的利用效率，降低網(wǎng)絡(luò)資源的成本。同時，軟件功能的抽象化處理，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟件功能不再依賴專用硬件，可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的充分有效共享，使得新業(yè)務(wù)具備快速開發(fā)和部署的條件，并能根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求實現(xiàn)自動部署、彈性擴(kuò)縮容、故障隔離等。而NFV的最終目標(biāo)也是通過基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的x86服務(wù)器、存儲和交換設(shè)備，來取代通信網(wǎng)的那些私有專用的網(wǎng)元設(shè)備。

電信網(wǎng)絡(luò)云化提供了硬件基礎(chǔ)設(shè)施和上層應(yīng)用的解耦，比較于目前垂直式的應(yīng)用部署，底層網(wǎng)絡(luò)資源通過虛擬化可以被多種應(yīng)用共享。成熟的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)可以靈活的調(diào)配網(wǎng)絡(luò)資源，根據(jù)應(yīng)用的負(fù)載要求，位置和時間自動化部署，實時遷移，自動縮容和擴(kuò)容。

2 核心網(wǎng)云化的可行性

核心網(wǎng)云化的基礎(chǔ)設(shè)施主要包括物理硬件層及虛擬化層。首先要使其硬件設(shè)備具備支持云化的條件，當(dāng)前核心網(wǎng)網(wǎng)元主要采用高級電信計算架構(gòu)（ATCA）服務(wù)器，而且各網(wǎng)元的接口均已實現(xiàn)IP化，具備虛擬化條件。其次，根據(jù)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)特征以及所用設(shè)備的特性，通過采用NFV技術(shù)在虛擬化后的通用性硬件上實現(xiàn)核心網(wǎng)各個功能實體的部署。進(jìn)而使核心網(wǎng)設(shè)備演進(jìn)為軟件，軟件化后的功能實體同時共享下層虛擬資源。

當(dāng)前核心網(wǎng)均采用集中化部署，即部署在各省會、區(qū)域中心地市，對于控制面的網(wǎng)元在具備虛擬化條件較易實現(xiàn)云化改造，也能實現(xiàn)跨專業(yè)域、跨地區(qū)、跨平臺的統(tǒng)一集中管理，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的智能調(diào)度（自動擴(kuò)容、縮容等）。而對于承載面的網(wǎng)元，因涉及轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)量龐大，更需下沉靠近無線接入側(cè)，以實現(xiàn)承載網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)化使用。

同時，在核心網(wǎng)物理層設(shè)備虛擬化后，對核心網(wǎng)網(wǎng)元的管理需要與傳統(tǒng)管理方式保持一致。因為傳統(tǒng)的核心網(wǎng)管理軟件直接運(yùn)行在相應(yīng)的物理平臺上，為保障核心網(wǎng)設(shè)備的安全可靠，網(wǎng)元管理軟件需要實時采集物理設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，判斷電源模塊、風(fēng)扇模塊、硬盤磁盤等是否處于正常工作狀態(tài)。在核心網(wǎng)云化的情況下，網(wǎng)元管理軟件需要了解物理設(shè)備和虛擬化軟件的運(yùn)行狀態(tài)，使得后臺可以實現(xiàn)如云化前通常具備的故障定位和及時排障。

3 各專業(yè)域部署策略分析

根據(jù)各專業(yè)域當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)形態(tài)以及業(yè)界對其的驅(qū)動力來看，IMS域架構(gòu)穩(wěn)定，隨著VoLTE會進(jìn)一步發(fā)展，也是有可能最先實現(xiàn)云化的；對于EPC/PS域，當(dāng)前架構(gòu)尚在演進(jìn)中，產(chǎn)業(yè)未成熟，云化的部署不確定因素較多；對于CS域，因其架構(gòu)成熟穩(wěn)定，未來會逐漸消亡，語音業(yè)務(wù)將會完全遷移到IMS域，不需要進(jìn)行云化部署。

根據(jù)各核心網(wǎng)網(wǎng)元的功能不同，結(jié)合前文核心網(wǎng)元云化的可行性，各類網(wǎng)元實施云化的難度也有所差異。

對控制面的網(wǎng)元：因其對計算，網(wǎng)絡(luò)和存儲資源無特殊要求，實施云化難度較低；對承載轉(zhuǎn)發(fā)面的網(wǎng)元：對時延要求高，需使用專用硬件提高處理和轉(zhuǎn)發(fā)效率，云化實施難度較高；對于用戶數(shù)據(jù)面的網(wǎng)元：對存儲可靠性要求高，現(xiàn)用專用存儲和軟件，實施難度適中。

4 核心網(wǎng)云化面臨問題

核心網(wǎng)實現(xiàn)云化后，將打破當(dāng)前以網(wǎng)元為中心的軟硬件緊耦合的管理模式，轉(zhuǎn)向以資源為中心的軟硬件松耦合的管理模式，從而實現(xiàn)跨專業(yè)域、跨地區(qū)、跨平臺的統(tǒng)一集中化管理，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的智能調(diào)度（自動擴(kuò)容、縮容等），但需要基于NFV的核心網(wǎng)云管理來滿足當(dāng)前的運(yùn)維管理要求和管理模式。

當(dāng)前核心網(wǎng)承載轉(zhuǎn)發(fā)面網(wǎng)元設(shè)備通常具有較高的轉(zhuǎn)發(fā)性能要求，特別是融合核心網(wǎng)分組域（PS域和EPC）的網(wǎng)關(guān)網(wǎng)元，負(fù)責(zé)承載移動網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，在移動互聯(lián)網(wǎng)蓬勃發(fā)展的階段，必須具備高效地性能。目前多數(shù)電信設(shè)備制造商都在采用專用的轉(zhuǎn)發(fā)芯片來實現(xiàn)高性能的轉(zhuǎn)發(fā)，但隨著核心網(wǎng)云化的逐步深入，承載轉(zhuǎn)發(fā)面網(wǎng)元設(shè)備的演進(jìn)仍然是值得研究的課題。

當(dāng)前核心網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)面網(wǎng)元設(shè)備，大多數(shù)已經(jīng)采用ATCA架構(gòu)，并已經(jīng)實現(xiàn)IP化，而且也是在省或大區(qū)進(jìn)行集中部署，設(shè)備存儲容量大，也具備云化實施條件。雖然云化基礎(chǔ)條件均已成熟，但融合用戶數(shù)據(jù)中心HLR/HSS的虛擬化部署受到非技術(shù)原因的制約，例如數(shù)據(jù)庫License發(fā)放模式及如何發(fā)放等都是需要解決的關(guān)鍵問題。

5 結(jié)束語

雖然核心網(wǎng)云化的部署在一些專業(yè)域還存在待解決的問題，但云化是通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢，不僅有利于提高物理設(shè)備的資源利用率，提升網(wǎng)絡(luò)部署能力，降低網(wǎng)絡(luò)部署成本，增強(qiáng)運(yùn)營能力，而且通過把核心網(wǎng)網(wǎng)元演進(jìn)為虛擬化網(wǎng)元，在云端直接實現(xiàn)加載、擴(kuò)容、縮容，調(diào)度靈活，這樣可以大幅縮短一些新業(yè)務(wù)的部署時間，降低運(yùn)營成本，一定程度上提高運(yùn)營商業(yè)務(wù)的競爭力。

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