核心網(wǎng)未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)

白龍

(廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000)

核心網(wǎng)未來的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)

白龍

(廣東省電信規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，廣東 廣州 510000)

當(dāng)今時(shí)代下，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量正在井噴式地不斷增長，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)逐漸圍繞著NFV/SD N技術(shù)進(jìn)行深入發(fā)展的態(tài)勢(shì)，本文著重探討了核心網(wǎng)的業(yè)務(wù)需求、技術(shù)支持和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分析了核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)當(dāng)前的狀況以及未來演進(jìn)方向，這將會(huì)有利于進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)未來的發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。

大流量；NFV；SD N；網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)；演進(jìn)變革

1 蓬勃發(fā)展的業(yè)務(wù)需求

1.1 流量的爆發(fā)式增長

經(jīng)過分析業(yè)務(wù)需求、行業(yè)環(huán)境以及宏觀環(huán)境，在未來的5年內(nèi)，移動(dòng)數(shù)據(jù)量會(huì)繼續(xù)保持上升趨勢(shì)，而且預(yù)計(jì)2020年將會(huì)呈井噴式增長的狀態(tài)，4G網(wǎng)絡(luò)將會(huì)占據(jù)著大部分移動(dòng)數(shù)據(jù)流量，移動(dòng)數(shù)據(jù)流量收入將成為通信收入增長的核心。Cisco VNI全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量預(yù)測(cè)報(bào)告預(yù)測(cè)，到2019年全球移動(dòng)數(shù)據(jù)流量將達(dá)到292EB，較2014年的30EB增長顯著。網(wǎng)絡(luò)快速接入的實(shí)現(xiàn)促使了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的產(chǎn)生，在未來，移動(dòng)視頻、網(wǎng)絡(luò)游戲等將占據(jù)著移動(dòng)流量大部分的比重，成為其主要來源。隨著費(fèi)用方面越來越優(yōu)惠，用戶將會(huì)更傾向于使用大流量。

1.2 用戶結(jié)構(gòu)的變化

當(dāng)前，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，預(yù)計(jì)未來5年內(nèi)2G和3G用戶將越來越少，直到消失。伴隨著的是4G網(wǎng)絡(luò)、物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和VoLTE業(yè)務(wù)的深入發(fā)展，未來用戶結(jié)構(gòu)將出現(xiàn)較大變化，預(yù)計(jì)在5年后，全部演變?yōu)?G用戶（終端用戶）；VoLTE用戶保持穩(wěn)定增長，而物聯(lián)網(wǎng)用戶的發(fā)展速度則較快。

1.3 對(duì)網(wǎng)絡(luò)能力的要求

業(yè)務(wù)對(duì)大流量、低時(shí)延、高帶寬以及多樣性的要求越來越高，因此提升網(wǎng)絡(luò)能力是移動(dòng)通信網(wǎng)的重點(diǎn)任務(wù)：4G無線網(wǎng)絡(luò)需要提升大約10倍的接入能力，同時(shí)，4.5G乃至5G部分技術(shù)的應(yīng)用也是其應(yīng)考慮的范圍，實(shí)現(xiàn)單用戶帶寬從2Mbit/s提高到10Mbit/s。站在核心網(wǎng)的角度看，由于2G/3G用戶對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的需求較低，而4G用戶、物聯(lián)網(wǎng)用戶和VoLTE用戶三者則相反，需求量很大，且業(yè)務(wù)模型差異較大。因此核心網(wǎng)必須先要滿足這三種用戶的容量需求，然后才能滿足用戶的其他需求。

2 強(qiáng)有力的技術(shù)支持

在2015年，開展巴塞羅那電信博覽會(huì)之后，SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）/NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）逐漸成為最亮眼的關(guān)注點(diǎn)，預(yù)示未來網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)趨勢(shì)。目前，中國移動(dòng)已開始進(jìn)行試點(diǎn)NFV和SDN技術(shù)。

2.1 NFV技術(shù)

NFV技術(shù)，指的是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，即通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術(shù)，來承載很多功能的軟件處理。從而降低網(wǎng)絡(luò)昂貴的設(shè)備成本?？梢酝ㄟ^軟硬件解耦及功能抽象，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再依賴于專用硬件，資源可以充分靈活共享，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速開發(fā)和部署。使用該技術(shù)能夠統(tǒng)一管理和控制多個(gè)硬件或者軟件資源，對(duì)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用來說，使用這種方式創(chuàng)建虛擬網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的方式是透明的。

2.2 SDN技術(shù)

SDN技術(shù)，指的是軟件定義網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，最明顯的優(yōu)點(diǎn)在于控制及數(shù)據(jù)這兩個(gè)平面具備松耦合系統(tǒng)，使集中控制網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的底層與頂層之間變得更加透明。通過集中控制軟件、網(wǎng)絡(luò)開放的三層架構(gòu)形式，讓所有的資源都能得到有效利用，而且強(qiáng)化了網(wǎng)絡(luò)虛擬化的能力，對(duì)傳輸架構(gòu)的使用，使核心網(wǎng)虛擬化更加靈活。

結(jié)合以上兩種技術(shù)的分析，可以得知，NFV主要提供網(wǎng)元，而SDN負(fù)責(zé)連接網(wǎng)絡(luò)。SDN技術(shù)具備拆解功能，能夠有針對(duì)性地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元功能的虛擬化，可以借助硬件來傳輸NFV技術(shù)和SDN技術(shù)兩者之間的資源信息。因此，結(jié)合這兩種技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)虛擬化、標(biāo)準(zhǔn)化以及產(chǎn)業(yè)化的形成。

3 基于SDN/NFV的核心網(wǎng)架構(gòu)

圖1為基于SDN/NFV的核心網(wǎng)演進(jìn)架構(gòu)。

圖1 基于SDN/NFV的核心網(wǎng)演進(jìn)架構(gòu)示意圖

在該架構(gòu)中，核心網(wǎng)控制面功能部署主要集中在區(qū)域中心的虛擬化云平臺(tái)中，例如SDN控制器、HSS等。網(wǎng)關(guān)類設(shè)備采用分離架構(gòu)，通用轉(zhuǎn)發(fā)面采用SDN交換機(jī)，根據(jù)需要自由下沉，可以將SDN控制器和GW-C部署于區(qū)域中心，這樣有利于對(duì)通用轉(zhuǎn)發(fā)面流量進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)也可以控制網(wǎng)絡(luò)隔離和加強(qiáng)路由管理。對(duì)于一些特定業(yè)務(wù)，考慮到流量較小，需在區(qū)域中心部署虛擬的傳統(tǒng)網(wǎng)關(guān)。同時(shí)，基于SDN Service Chaining的增值業(yè)務(wù)平臺(tái)，可以為跨省及跨網(wǎng)數(shù)據(jù)流提供增值業(yè)務(wù)。由于移動(dòng)網(wǎng)關(guān)控制轉(zhuǎn)發(fā)分離，大大地弱化網(wǎng)關(guān)功能，只能提供路由、計(jì)費(fèi)和流量聚合等功能。對(duì)于一些省內(nèi)業(yè)務(wù)，只能通過offload形式來實(shí)現(xiàn)本地業(yè)務(wù)云訪問。本地業(yè)務(wù)云作為靠近網(wǎng)絡(luò)邊緣的業(yè)務(wù)中心，能夠保證服務(wù)更加接近用戶側(cè)。與在骨干網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心相比，本地業(yè)務(wù)云可以大大減少路徑迂回，降低網(wǎng)絡(luò)通信成本，對(duì)提供商來說，具有較大的吸引力。

該架構(gòu)是對(duì)NFV及SDN技術(shù)的合理利用，這主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是從平行面來看，進(jìn)一步解耦網(wǎng)關(guān)類設(shè)備的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面；二是從垂直面來看，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元功能軟件和硬件的解耦。該架構(gòu)最大限度地實(shí)現(xiàn)了核心網(wǎng)架構(gòu)的可擴(kuò)展性，如轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備靈活部署、增值業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)修改等，使核心網(wǎng)向全I(xiàn)P架構(gòu)過渡，且具有較強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)能力。

4 演進(jìn)變革之路任重道遠(yuǎn)

4.1 NFV/SDN并非業(yè)務(wù)增長的必選之路

以目前的條件來看，在未來5年，甚至更長時(shí)間內(nèi)，傳統(tǒng)網(wǎng)元和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)都能夠滿足增長的業(yè)務(wù)需求,所以說NFV/SDN不是唯一的選擇，另外NFV/SDN技術(shù)本身還處在不斷完善、成熟階段，尤其是NFV使網(wǎng)元架構(gòu)變化幅度較大，是CT（電信網(wǎng)技術(shù)）產(chǎn)品演變成IT產(chǎn)品更新?lián)Q代階段，需要重點(diǎn)考慮設(shè)備的集成方案、性能和成熟度，包括產(chǎn)業(yè)鏈、運(yùn)營、網(wǎng)管等方面來著手重構(gòu)，任務(wù)非常艱巨。

4.2 NFV/SDN是未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的方向

雖然NFV/SDN不是作為唯一選擇來實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)增長的需求，但站在運(yùn)營商長遠(yuǎn)角度來看，現(xiàn)有的設(shè)備或者網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)雖能夠保持穩(wěn)定，但靈活性較低，不能很好地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的定制，只能選擇疊加策略控制和計(jì)費(fèi)、提升SAE-GW功能或者部署相關(guān)的增值業(yè)務(wù)來滿足相應(yīng)的業(yè)務(wù)需求，采取疊加運(yùn)營和增值平臺(tái)的方式來制定策略，但由于多樣化的需求和當(dāng)前復(fù)雜固定的架構(gòu)，很難實(shí)現(xiàn)未來業(yè)務(wù)的多樣化和提高資源配置的靈活性，往前跨一步，5G將能夠更好地做到這一點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)智能網(wǎng)絡(luò)，而關(guān)鍵技術(shù)和基礎(chǔ)之一就是NFV/SDN。

因此，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元功能虛擬化，是統(tǒng)一調(diào)配資源、靈活配置和功能定制化的前提。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)布置了SDN后，才能進(jìn)行真正靈活定義網(wǎng)絡(luò)連接，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)路由優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)切片，資源得到合理分配。因此，盡管NFV/SDN技術(shù)還不夠完善、成熟，卻能對(duì)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生巨大的影響。所以引入NFV/SDN將是大勢(shì)所趨，是未來網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的方向。

5 結(jié)束語

在未來，考慮到爆炸式發(fā)展的業(yè)務(wù)需求，是繼續(xù)使用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和架構(gòu)，堅(jiān)持緩慢疊加功能的方式來滿足？還是積極尋求新的技術(shù)，采用IT的思路重構(gòu)CT網(wǎng)絡(luò)？這是一個(gè)非常值得我們?nèi)タ紤]的問題。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化最重要的就是由垂直架構(gòu)向水平架構(gòu)的轉(zhuǎn)變，這是根本性的轉(zhuǎn)變，網(wǎng)絡(luò)的重構(gòu)，IT和CT的深度融合，其難度之大是可以想象的，所以，在這一條改革路上，工程師們?nèi)沃囟肋h(yuǎn)。

[1]竺南直，肖輝，劉景波．碼分多址(CDMA)移動(dòng)通信系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2014．

[2]謝沛榮，曾穎．5G移動(dòng)核心網(wǎng)演進(jìn)探析[J]．電信科學(xué)，2014（S2）.

[3]倪慧，譚仕勇，胡偉華．基于SD N與NFV的移動(dòng)核心網(wǎng)演進(jìn)[J].電信網(wǎng)技術(shù),2014（08）：16-19．

Evolution of the Core Network Infrastructure in the Future

Bai Long
(Guangdong Planning and Designing Institute of Telecommunications Co.,LTD.,Guangzhou 510000,Guangdong)

Nowadays,the growing mobile data traffic is blowout,mobile communication network has around NFV/SDN technology in-depth development of the situation,this paper pointed out the future development direction of the core network in the future network architecture,focuses on the aspects of technology evolution,business development to meet the needs of the core network, core network the network architecture of current status and the future direction of evolution,which will be beneficial to the further implementation of the core network development and network construction.

large flow;NFV;SDN;network architecture;evolution

TN929.5

A

1008-6609(2016)12-0051-02

白龍（1988-），男，山東濟(jì)寧人，本科，助理工程師，研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信交換網(wǎng)絡(luò)。