淺析核心網(wǎng)云化部署策略

劉慧洋　陳挺

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

關(guān)鍵詞：云計(jì)算；NFV；核心網(wǎng)；云化

引言

在人們對(duì)高速率、大帶寬的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的催生下，云計(jì)算已經(jīng)大行其道，LTE技術(shù)也已廣泛、成熟地應(yīng)用起來(lái)，而傳統(tǒng)的語(yǔ)音實(shí)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(shí)，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(zhuān)業(yè)域云化的進(jìn)程，而云化的部署也將帶來(lái)與以往不同的建設(shè)、管理、運(yùn)維模式，文章將重點(diǎn)對(duì)核心網(wǎng)云化的部署的整個(gè)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(guò)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(lái)實(shí)現(xiàn)處理多種業(yè)務(wù)。通過(guò)通用性硬件資源的虛擬化，實(shí)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(shí)，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(zhuān)用硬件，可以實(shí)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(kāi)發(fā)和部署的條件，并能根據(jù)實(shí)際業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(guò)基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的x86服務(wù)器、存儲(chǔ)和交換設(shè)備，來(lái)取代通信網(wǎng)的那些私有專(zhuān)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(guò)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(shí)間自動(dòng)化部署，實(shí)時(shí)遷移，自動(dòng)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(jí)電信計(jì)算架構(gòu)（ATCA）服務(wù)器，而且各網(wǎng)元的接口均已實(shí)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(guò)采用NFV技術(shù)在虛擬化后的通用性硬件上實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)各個(gè)功能實(shí)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(shí)體同時(shí)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(huì)、區(qū)域中心地市，對(duì)于控制面的網(wǎng)元在具備虛擬化條件較易實(shí)現(xiàn)云化改造，也能實(shí)現(xiàn)跨專(zhuān)業(yè)域、跨地區(qū)、跨平臺(tái)的統(tǒng)一集中管理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的智能調(diào)度（自動(dòng)擴(kuò)容、縮容等）。而對(duì)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(wú)線接入側(cè)，以實(shí)現(xiàn)承載網(wǎng)絡(luò)資源的最優(yōu)化使用。

同時(shí)，在核心網(wǎng)物理層設(shè)備虛擬化后，對(duì)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?yàn)閭鹘y(tǒng)的核心網(wǎng)管理軟件直接運(yùn)行在相應(yīng)的物理平臺(tái)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(shí)時(shí)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(pán)磁盤(pán)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(tái)可以實(shí)現(xiàn)如云化前通常具備的故障定位和及時(shí)排障。

3 各專(zhuān)業(yè)域部署策略分析

根據(jù)各專(zhuān)業(yè)域當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)形態(tài)以及業(yè)界對(duì)其的驅(qū)動(dòng)力來(lái)看，IMS域架構(gòu)穩(wěn)定，隨著VoLTE會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，也是有可能最先實(shí)現(xiàn)云化的；對(duì)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(duì)于CS域，因其架構(gòu)成熟穩(wěn)定，未來(lái)會(huì)逐漸消亡，語(yǔ)音業(yè)務(wù)將會(huì)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(lèi)網(wǎng)元實(shí)施云化的難度也有所差異。

對(duì)控制面的網(wǎng)元：因其對(duì)計(jì)算，網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)資源無(wú)特殊要求，實(shí)施云化難度較低；對(duì)承載轉(zhuǎn)發(fā)面的網(wǎng)元：對(duì)時(shí)延要求高，需使用專(zhuān)用硬件提高處理和轉(zhuǎn)發(fā)效率，云化實(shí)施難度較高；對(duì)于用戶數(shù)據(jù)面的網(wǎng)元：對(duì)存儲(chǔ)可靠性要求高，現(xiàn)用專(zhuān)用存儲(chǔ)和軟件，實(shí)施難度適中。

4 核心網(wǎng)云化面臨問(wèn)題

核心網(wǎng)實(shí)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(shí)現(xiàn)跨專(zhuān)業(yè)域、跨地區(qū)、跨平臺(tái)的統(tǒng)一集中化管理，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的智能調(diào)度（自動(dòng)擴(kuò)容、縮容等），但需要基于NFV的核心網(wǎng)云管理來(lái)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(dòng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量，在移動(dòng)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(zhuān)用的轉(zhuǎn)發(fā)芯片來(lái)實(shí)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(shí)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(chǔ)容量大，也具備云化實(shí)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(kù)License發(fā)放模式及如何發(fā)放等都是需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。

5 結(jié)束語(yǔ)

雖然核心網(wǎng)云化的部署在一些專(zhuān)業(yè)域還存在待解決的問(wèn)題，但云化是通信產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，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(yíng)能力，而且通過(guò)把核心網(wǎng)網(wǎng)元演進(jìn)為虛擬化網(wǎng)元，在云端直接實(shí)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(shí)間，降低運(yùn)營(yíng)成本，一定程度上提高運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)的競(jìng)爭(zhēng)力。

參考文獻(xiàn)

[1]徐志發(fā).“軟件定義”背景下電信核心網(wǎng)的“云化”演進(jìn)[J].中國(guó)多媒體通信，2014，11.

[2]薛淼，符剛，等.基于SDN/NFV的核心網(wǎng)演進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2014，3.

[3]劉慧洋，陳挺.SDN在運(yùn)營(yíng)商政企客戶中的應(yīng)用探討[J].科技研究，2014，25.