探究SDN/NFV的核心網(wǎng)演進(jìn)技術(shù)

【摘要】根據(jù)本人多年工作經(jīng)驗(yàn)通過(guò)將NFV和SDN技術(shù)引入核心網(wǎng)，在核心網(wǎng)虛擬化，分組域網(wǎng)關(guān)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離及基于ServiceChaining的即插即用的增值業(yè)務(wù)及復(fù)雜流處理平臺(tái)進(jìn)行研究，建議了基于SDN/NFV的核心網(wǎng)長(zhǎng)期演進(jìn)架構(gòu)。

【關(guān)鍵詞】技術(shù)引用

一、基于SDN/NFV的核心網(wǎng)演進(jìn)

1、核心網(wǎng)虛擬化

核心網(wǎng)網(wǎng)元功能的虛擬化，主要需要考慮2個(gè)方面的影響，即網(wǎng)元性質(zhì)的區(qū)別和網(wǎng)元部署位置的區(qū)別。這2個(gè)方面決定了核心網(wǎng)虛擬化采用的架構(gòu)形式及虛擬化部署的先后順序。對(duì)于控制面功能網(wǎng)元，其需要資源主要是計(jì)算資源，并且很多已經(jīng)部署在x86架構(gòu)上，因此這些網(wǎng)元具有虛擬化部署的條件。然而數(shù)據(jù)面功能網(wǎng)元需要提供高轉(zhuǎn)發(fā)能力，目前都是基于專用的轉(zhuǎn)發(fā)芯片，簡(jiǎn)單將數(shù)據(jù)面虛擬化部署在傳統(tǒng)x86通用服務(wù)器上，其性能難以達(dá)到專用轉(zhuǎn)發(fā)芯片的效果。雖然NFV白皮書中建議數(shù)據(jù)面和控制面功能都可以虛擬化，但是仍然需要區(qū)別對(duì)待和分析?，F(xiàn)網(wǎng)中核心網(wǎng)可以分為IMS、EPC、2G/3G PS、2G/3G CS、HSS5個(gè)主要組成部分。

IMS網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)元IT化程度最高，網(wǎng)元接口都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了IP化，并且硬件也是基于刀片服務(wù)器（Blade Server）的。除了媒體轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備需要部署在地（市），控制網(wǎng)元如CSCF、AS等都可以集中部署，這也是各廠家優(yōu)先推出 IMS 虛擬化產(chǎn)品的原因。而目前中國(guó)聯(lián)通以省和大區(qū)為單位集中部署IMS，客觀具備虛擬化實(shí)施條件。未來(lái)IMS擴(kuò)容及升級(jí)可以考慮采用虛擬化的方式。

EPC網(wǎng)絡(luò)中，MME、DRA和PCRF與IMS控制網(wǎng)元類似，都是對(duì)計(jì)算資源有較大需求，可以集中部署并使用虛擬化技術(shù)。但是SGW和PGW承擔(dān)了控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面功能，其轉(zhuǎn)發(fā)面功能顯然是不能集中部署的，而且隨著業(yè)務(wù)流量的增加，其部署位置可能反而需要下沉；另外x GW中的控制面功能，如GTP隧道管理、IP地址分配及流量統(tǒng)計(jì)等，與轉(zhuǎn)發(fā)面功能緊密結(jié)合在一起，雖然x GW的控制面功能存在虛擬化的可能，但是需要重構(gòu)x GW架構(gòu)，目前仍然處于探討階段，相關(guān)實(shí)現(xiàn)也可能會(huì)涉及到標(biāo)準(zhǔn)的改動(dòng)。2G/3G PS域中的SGSN和GGSN面臨SGW/PGW相同的問(wèn)題。轉(zhuǎn)發(fā)面功能虛擬化目前主要有2種實(shí)現(xiàn)方式：采用專用轉(zhuǎn)發(fā)面芯片及板卡處理數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；采用通用x86架構(gòu)，但是需要Intel的DPDK加速網(wǎng)卡和加速軟件包。無(wú)論哪一種情況，數(shù)據(jù)面功能仍需要在特定硬件上部署，難以做到自由遷移。此外，在LTE與3G混合組網(wǎng)的情況下，為了保證LTE和3G互操作，往往把MME和SGSN合設(shè)，此時(shí)需要綜合考慮MME-SGSN的虛擬化，即控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面都需要考慮，這也提高了MME虛擬化的難度。因此，考慮中國(guó)聯(lián)通現(xiàn)網(wǎng)情況，EPC網(wǎng)絡(luò)中PCRF和DRA可以先實(shí)現(xiàn)虛擬化部署，隨著數(shù)據(jù)面虛擬化技術(shù)成熟及MME逐漸獨(dú)立部署，可以實(shí)現(xiàn)虛擬化EPC的部署。由于網(wǎng)關(guān)類設(shè)備需要起到聚合流量的作用，其位置的高低受其覆蓋區(qū)域及轉(zhuǎn)發(fā)性能的限制，因此其可能以單節(jié)點(diǎn)虛擬化的形式部署。而對(duì)于一些特定應(yīng)用，如M2M，或者試驗(yàn)環(huán)境的搭建，則可以將EPC控制面和數(shù)據(jù)面集中地進(jìn)行虛擬化部署。

HSS/HLR是用戶數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)網(wǎng)元。早期HLR設(shè)備主要是基于小型機(jī)和私有平臺(tái)，IT化程度不高，而且有些接口還沒(méi)有完全I(xiàn)P化。而HSS融合數(shù)據(jù)庫(kù)則大多采用ATCA架構(gòu)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)IP化，而且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量大，能夠集中部署，也具備虛擬化實(shí)施條件。雖然HSS的虛擬化技術(shù)已經(jīng)成熟，但是實(shí)際部署仍受非技術(shù)因素的限制，如數(shù)據(jù)庫(kù)License發(fā)放模式及如何發(fā)放。

2、分組域網(wǎng)關(guān)控制面轉(zhuǎn)發(fā)面分離架構(gòu)

從2G/3G分組域到LTE分組域（EPC）的架構(gòu)改變已經(jīng)經(jīng)歷了一次控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，即移動(dòng)性管理的控制轉(zhuǎn)發(fā)分離。EPC將原來(lái)集中在SGSN中的移動(dòng)性管理功能抽象出來(lái)在一個(gè)單獨(dú)的網(wǎng)元MME中實(shí)現(xiàn)。EPC中的網(wǎng)元MME處理信令面功能，網(wǎng)元SGW和PGW主要負(fù)責(zé)處理用戶面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。EPC移動(dòng)性管理架構(gòu)使得分組域核心網(wǎng)架構(gòu)更清晰，控制面分工更加明確。但是從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的角度，分組域的控制轉(zhuǎn)發(fā)分離并不徹底。由于移動(dòng)數(shù)據(jù)面需要的移動(dòng)性錨定的必要性，起到家鄉(xiāng)網(wǎng)關(guān)作用的PGW和起到漫游地網(wǎng)關(guān)作用的SGW得到保留。但是由于移動(dòng)性的原因，數(shù)據(jù)從終端到達(dá)出口網(wǎng)關(guān)并不是通過(guò)直接的三層路由方式，而是通過(guò)GTP隧道的方式逐段從eNodeB送到PGW。雖然x GW上沒(méi)有了移動(dòng)性管理的控制面功能，但是x GW上仍然保留了GTP隧道的建立、刪除、更新等GTP控制面功能。

二、基于SDN/NFV的核心網(wǎng)總體架構(gòu)演進(jìn)

現(xiàn)網(wǎng)當(dāng)中核心網(wǎng)的設(shè)備嚴(yán)格按照不同功能領(lǐng)域部署。圖1示出的是現(xiàn)網(wǎng)核心網(wǎng)的邏輯拓?fù)?。該邏輯拓?fù)渲蠭MS、EPC、G i-LAN增值業(yè)務(wù)處理平臺(tái)各自組成獨(dú)立的域。從物理部署來(lái)看，現(xiàn)網(wǎng)核心網(wǎng)平面分散的部署架構(gòu)主要由2個(gè)原因決定。

水平面上，網(wǎng)關(guān)類設(shè)備的控制轉(zhuǎn)發(fā)緊耦合。垂直面上，設(shè)備功能軟件與硬件的緊耦合。雖然控制面是一個(gè)相對(duì)概念，如IMS的SIP信令對(duì)于業(yè)務(wù)都是控制面數(shù)據(jù)，而對(duì)于EPC來(lái)說(shuō)卻都是轉(zhuǎn)發(fā)面數(shù)據(jù)，但是控制面具有共同屬性，即控制面網(wǎng)元可以認(rèn)為本身不具有或不啟用三層路由轉(zhuǎn)發(fā)功能，其是數(shù)據(jù)流的產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)或者終結(jié)節(jié)點(diǎn)，不是轉(zhuǎn)發(fā)中間節(jié)點(diǎn)。雖然不同的網(wǎng)絡(luò)域的控制面網(wǎng)元不同，但是可以集中部署。

參考文獻(xiàn)

[1]ETSI ISG NFV.Network Functions Viriualisation （NFV）：Uses Cases.2013.

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