核心網(wǎng)NFV機房部署策略

沈蕾，邵永平，吳海

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

核心網(wǎng)NFV機房部署策略

沈蕾，邵永平，吳海

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

機房是部署通信設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施，NFV是有服務(wù)質(zhì)量保證的電信云。介紹了核心網(wǎng)與機房協(xié)同發(fā)展的需求，分析了核心網(wǎng)機房現(xiàn)狀，從數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)通信機房改造策略、機房布局及數(shù)量規(guī)劃策略兩方面提出了NFV機房規(guī)劃策略建議。

NFV；數(shù)據(jù)中心；傳統(tǒng)通信機房

1 核心網(wǎng)與機房協(xié)同發(fā)展需求

機房是部署通信設(shè)備的基礎(chǔ)設(shè)施，核心網(wǎng)發(fā)展需考慮整體機房布局與網(wǎng)絡(luò)布局是否匹配、機房環(huán)境與硬件環(huán)境要求是否匹配等因素。

1.1 核心網(wǎng)架構(gòu)演進對機房布局新需求

（1）NFV的部署需要扁平化的網(wǎng)絡(luò)

目前在業(yè)界已經(jīng)達成共識——網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（network function virtualization，NFV）將成為未來電信網(wǎng)絡(luò)演進趨勢之一。采用通用x86架構(gòu)的服務(wù)器，通過軟硬件解耦的方式建設(shè)開放平臺，用來降低電信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本，避免受制于某個特定供應(yīng)商，同時帶來業(yè)務(wù)快速部署等好處。

NFV本質(zhì)上是有服務(wù)質(zhì)量保證的電信云，通過統(tǒng)一編排能夠調(diào)用其域內(nèi)所有資源，給出最優(yōu)的資源調(diào)度方案，資源的靈活調(diào)度還需要SDN技術(shù)的部署。NFV和SDN的架構(gòu)是一致的，控制面采用集中式，承載面采用分布式，是一個典型的扁平化網(wǎng)絡(luò)，控制面將進一步集中，承載面將會更加貼近用戶。

（2）5G新業(yè)務(wù)的出現(xiàn)需要新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

目前大部分的移動核心網(wǎng)都集中設(shè)置在省中心或區(qū)域中心，以滿足用戶上網(wǎng)和通話需求。而隨著通信網(wǎng)絡(luò)承載的業(yè)務(wù)更加豐富，車聯(lián)網(wǎng)等業(yè)務(wù)對時延要求在毫秒級別，AR（augmented reality，增強現(xiàn)實）、VR（virtual reality，虛擬現(xiàn)實）等業(yè)務(wù)對帶寬要求在1 000 Mbit/s以上，這些低時延、大帶寬業(yè)務(wù)的出現(xiàn)和規(guī)模應(yīng)用要求用戶面設(shè)備SAE-GW、SBC逐漸下沉到地市乃至區(qū)縣，而無線側(cè)BBU等設(shè)備要求進行區(qū)域集中，從而形成核心網(wǎng)下沉、無線網(wǎng)上移的趨勢。

1.2 核心網(wǎng)設(shè)備演進對機房環(huán)境新需求

傳統(tǒng)核心網(wǎng)大多采用ATCA設(shè)備，軟硬件由同一廠商提供、統(tǒng)一建設(shè)、統(tǒng)一管理維護。經(jīng)過NFV后，網(wǎng)元將拆分為硬件層、虛擬層、虛擬網(wǎng)元層，其中硬件層將采用IT通用硬件COTS設(shè)備，如通用服務(wù)器、磁陣、交換機、路由器等。虛擬化網(wǎng)元架構(gòu)示意如圖1所示。

圖1 虛擬化網(wǎng)元架構(gòu)示意

IT通用硬件包括服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)/安全設(shè)備等，NFV電信云涉及的主要IT通用硬件物理參數(shù)見表1。

核心網(wǎng)傳統(tǒng)ATCA設(shè)備與NFV采用的IT通用硬件設(shè)備，兩者在對機房環(huán)境要求上存在差異，主要差異對比見表2。

2 核心網(wǎng)機房現(xiàn)狀

目前運營商核心網(wǎng)設(shè)備主要部署在兩類機房：數(shù)據(jù)中心（data centre，DC）、傳統(tǒng)通信機房（central office，CO）。

其中數(shù)據(jù)中心一般泛指為滿足IDC、私有云、公有云需求建造的“低成本、高效率”的新型綠色數(shù)據(jù)中心，也可安裝傳輸、核心網(wǎng)等通信設(shè)備。數(shù)據(jù)中心一般分布于區(qū)域中心、省級中心，數(shù)量一般在幾十到上百不等。數(shù)據(jù)中心以交流 220 V為主，也提供部分?48 V、336 V供電?？照{(diào)包括水冷式精密空調(diào)、新型末端（列間空調(diào)、水冷前門、熱管），單機架功耗包括3 kW、5 kW、7 kW檔可選。近年來，隨著IT設(shè)備集成度越來越高以及定制化硬件的發(fā)展，運營商也建設(shè)有部分高密度機房，單機架功耗提升到每機架10～20 kW。

表1 主要IT通用硬件物理參數(shù)

表2 主要差異對比

傳統(tǒng)通信機房一般指為滿足原有核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)、支撐網(wǎng)、傳送網(wǎng)等傳統(tǒng)設(shè)備安裝的機房，分布于省級、地市。傳統(tǒng)通信機房數(shù)量眾多，在成百上千數(shù)量級別，機房裝機使用率較高。其空調(diào)末端一般采用水冷或風(fēng)冷式精密空調(diào)。供電以?48 V為主，220 V為輔，單機架功耗一般在2～4 kW不等。

3 NFV機房規(guī)劃策略建議

國內(nèi)三大運營商均有計劃在2017—2018年實現(xiàn)NFV商用部署，而機房規(guī)劃及建設(shè)均需一定時間周期，為確保NFV順利商用，應(yīng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢提前規(guī)劃和部署NFV電信云機房，為未來網(wǎng)絡(luò)快速部署奠定基礎(chǔ)。結(jié)合運營商NFV部署節(jié)奏，本文對NFV機房規(guī)劃策略建議如下。

3.1 數(shù)據(jù)中心與傳統(tǒng)通信機房改造策略

3.1.1 數(shù)據(jù)中心改造策略

從滿足IT硬件裝機環(huán)境要求角度，NFV部署應(yīng)優(yōu)選新型數(shù)據(jù)中心：新型數(shù)據(jù)中心以交流供電為主，單機架功耗有3 kW、5 kW、7 kW/機架等多檔，采用新型空調(diào)系統(tǒng)（熱管、列間、水冷前門等）、精確送風(fēng)、末端制冷，可更好滿足IT通用硬件裝機環(huán)境要求。

從傳輸承載角度，新型數(shù)據(jù)中心一般為滿足IDC、私有云、公有云建設(shè)需求，其傳輸承載也主要以連接外網(wǎng)互聯(lián)網(wǎng)為主。而核心網(wǎng)外部出口網(wǎng)絡(luò)較多，除連接外網(wǎng)之外，還需要連接核心網(wǎng)元之間互通的IP承載網(wǎng)專網(wǎng)、連接網(wǎng)管、計費開通的專網(wǎng)，當(dāng)部署PS域網(wǎng)元時，還需連接基站eNode B時，需部署PTN或IPRAN等基站回傳網(wǎng)絡(luò)。

從機房數(shù)量和機房布局角度，運營商現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心機房距離通信機房數(shù)量存在較大差距，現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心數(shù)量及布局不能滿足NFV部署及未來轉(zhuǎn)發(fā)面下沉需求。未來新建數(shù)據(jù)中心時，應(yīng)充分考慮NFV電信云部署及承載需求，現(xiàn)有數(shù)據(jù)中心應(yīng)根據(jù)NFV部署需求提前規(guī)劃周邊傳輸承載網(wǎng)絡(luò)。

3.1.2 傳統(tǒng)通信機房改造策略

運營商數(shù)據(jù)中心機房數(shù)量有限，且布局一般集中在區(qū)域中心或省中心，當(dāng)NFV電信云采用分省部署架構(gòu)時，數(shù)據(jù)中心數(shù)量難以滿足NFV部署需求，仍需考慮將傳統(tǒng)通信機房改造為新型數(shù)據(jù)中心。

隨著OTT競爭、移動數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展，運營商整體話務(wù)總量呈緩慢下降趨勢。而隨著VoLTE的引入及商用進程不斷推進，電路域話務(wù)量逐步遷移至IMS域VoLTE網(wǎng)絡(luò)。隨著現(xiàn)有電路域端局話務(wù)占比不斷降低，部分電路域端局具備退網(wǎng)的條件。老舊設(shè)備陸續(xù)退網(wǎng)，部分機房具備改造條件。當(dāng)選擇傳統(tǒng)通信機房改造為數(shù)據(jù)中心時，需統(tǒng)籌考慮機房空間資源、空調(diào)容量、末端配套、動力容量等因素。

傳統(tǒng)機房改造因素示意如圖2所示。

圖2 傳統(tǒng)機房改造因素示意

（1）空間資源

機房空余空間應(yīng)集中：部分省份機房資源較緊張，可能存在剩余機房空間較零散的情況，多個機房均有剩余機架位，可分機房安裝多個網(wǎng)元，但不能滿足電信云相對集中建設(shè)需求。在這種情況下，需要對擬選定機房設(shè)備做整體清理，需按照滿足5年內(nèi)NFV電信云建設(shè)需求考慮機房空間。

其他基礎(chǔ)配套設(shè)施擴容空間預(yù)留：機房總體功耗上升以后，基礎(chǔ)配套資源標(biāo)準(zhǔn)升級需要油機、空調(diào)房等基礎(chǔ)配套設(shè)施空間保證，管道、線井空間需重新規(guī)劃。

（2）空調(diào)容量

冷源容量：傳統(tǒng)通信機房中央空調(diào)主機容量需按滿足遠期容量擴容，同時需考慮現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備運行的安全保障。

管路系統(tǒng)：現(xiàn)網(wǎng)空調(diào)管路系統(tǒng)需做相應(yīng)配套改造，滿足電信云的冷量需求。

（3）末端配套

機架排列布局：機架尺寸由現(xiàn)有 600 mm× 800 mm× 2 200 mm機架為主，改造為滿足IT通用硬件部署的600 mm×1 200 mm×2 200 mm機架為主。單機架規(guī)格及功率上升以后，機架列間距需相應(yīng)增大至1 000～1 200 mm（現(xiàn)有600～800 mm），機房空調(diào)末端需配套改造。

氣流組織形式：現(xiàn)有風(fēng)管上送風(fēng)難以滿足單機架5 kW及以上的散熱需求，需配套進行進行冷熱通道各類等改造。

消防等其他：機房布局、末端改造以后，相應(yīng)的消防、煙溫感等均需同步改造。

（4）動力容量

外市電：機房總功耗上升以后，需要考慮對現(xiàn)有外電容量進行整體擴容，市政工程改造周期較長。

變壓器、油機：變壓器、油機需根據(jù)總體功耗擴容，滿足遠期需求。

3.2 機房布局及數(shù)量規(guī)劃策略

3.2.1 核心網(wǎng)NFV電信云整體布局

綜合考慮未來數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展需求，核心網(wǎng)元NFV電信云可分別部署在核心DC、省級DC、本地DC中。

核心 DC主要部署全網(wǎng)集中設(shè)置的網(wǎng)元：如一級ENUM/DNS、VoLTE代理網(wǎng)關(guān)、物聯(lián)網(wǎng)專用核心網(wǎng)，全局集中的NFVO、VNFM、VIM等網(wǎng)元。對于VoLTE相關(guān)IMS域網(wǎng)元，各運營商由于網(wǎng)絡(luò)規(guī)模差異，部署策略不一，部分用戶規(guī)模較少的運營商可采用控制面全國集中部署、媒體面分省部署。

省級DC：部分用戶規(guī)模較大的運營商，其IMS域網(wǎng)元仍將采用分省部署模式；對于 PS域控制面設(shè)備，由于涉及基站接入，目前基站回傳均未實現(xiàn)跨省傳輸，建議維持現(xiàn)有分省部署架構(gòu)。在省級DC還需部署省級NFVO、VNFM和VIM，核心網(wǎng)云化后，可進一步促進控制面網(wǎng)元的省內(nèi)集中。

本地DC：主要部署云化后并下沉至地市的媒體面、轉(zhuǎn)發(fā)面設(shè)備。

3.2.2 核心網(wǎng)NFV電信云部署數(shù)量建議

NFV和傳統(tǒng)專用設(shè)備在未來幾年是一種并存的狀態(tài)，傳統(tǒng)設(shè)備不能馬上全部退網(wǎng)，需要一個漸進的過程，可能需要5年以上的時間才能實現(xiàn)完全的替代。

（1）NFV部署初期

考慮到NFV技術(shù)在處理控制面和小流量業(yè)務(wù)上比較成熟，初期部署建議以控制面設(shè)備為主，例如首先部署IMS的控制面設(shè)備CSCF和AS等網(wǎng)元，根據(jù)以上對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進趨勢分析，控制面將采用集中設(shè)置在區(qū)域中心或省中心機房的方式。

出于系統(tǒng)容災(zāi)的需要，建議區(qū)域中心或省中心至少選擇2個機樓來部署有容災(zāi)備份關(guān)系的網(wǎng)元。當(dāng)機房數(shù)量較充足時，建議選擇2個以上機樓，避免設(shè)備過于集中，當(dāng)1個機樓出現(xiàn)宕機時，其他機樓不能完全接管業(yè)務(wù)問題。

NFV部署初期，可考慮VNF獨立組pool，也可以考慮采用VNF和PNF（物理網(wǎng)元）混合組pool的方式，解決NFV技術(shù)初期不穩(wěn)定的問題。當(dāng)VNF獨立組pool時，建議部署在2個或2個以上機樓；當(dāng)VNF和PNF混合組pool時，建議將VNF部署在至少1個或1個以上且與PNF不同局址的機樓。

（2）NFV部署中期

隨著NFV技術(shù)的不斷進步，NFV處理媒體面、轉(zhuǎn)發(fā)面的技術(shù)也將越來越成熟；隨著車聯(lián)網(wǎng)、AR/VR等業(yè)務(wù)發(fā)展，用戶對整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬需求也將大大提升，這就需要媒體面、轉(zhuǎn)發(fā)面的設(shè)備下沉到地市，地市機房也需要安裝NFV設(shè)備。建議地市公司至少需要具備2個機房來安裝NFV設(shè)備，并可考慮與周邊地市的NFV機房形成容災(zāi)，互為備份。

（3）NFV部署后期

NFV逐漸取代傳統(tǒng)電信設(shè)備，將原先傳統(tǒng)電信設(shè)備所帶的業(yè)務(wù)割接到NFV網(wǎng)絡(luò)中，除了核心網(wǎng)采用NFV外，接入側(cè)設(shè)備也將采用NFV方式，NFV成為電信網(wǎng)絡(luò)的主流設(shè)備形態(tài)，建議地市公司所有核心機房和傳輸機房改造成為數(shù)據(jù)中心機房。

（4）NFV電信云部署數(shù)量建議

各運營商部署策略、用戶規(guī)模不一，所需機架數(shù)不一。以4 000萬用戶規(guī)模為例估算，核心網(wǎng)NFV電信云機架數(shù)需求大約為200個。

考慮機房改造建設(shè)周期，應(yīng)面向中長期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，提前進行機房規(guī)劃及建設(shè)，建議2017年各省完成NFV機房布局的規(guī)劃，省會城市、區(qū)域中心機房需具備安裝NFV設(shè)備的條件，2018年在業(yè)務(wù)量大的地市完成NFV機房的改造，2019年在部分本地網(wǎng)完成NFV機房的改造，2020—2025年全部機房完成改造。

4 結(jié)束語

核心網(wǎng)NFV電信云主要基于數(shù)據(jù)中心部署，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與機房規(guī)劃應(yīng)相輔相成，考慮機房改造建設(shè)周期，應(yīng)面向中長期網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，提前5年以上進行機房及配套建設(shè)。各類網(wǎng)元按成熟度和業(yè)務(wù)需求，先控制面后數(shù)據(jù)面、媒體轉(zhuǎn)發(fā)面，先IMS域后EPC，分步引入。

機房規(guī)劃應(yīng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模、資源需求、網(wǎng)絡(luò)布局，計算機房機架數(shù)量需求，數(shù)據(jù)中心建設(shè)及傳統(tǒng)通信機房改造需求以及配套專業(yè)改造需求。

[1] 吳麗華, 沈蕾. 核心網(wǎng) NFV 規(guī)劃建設(shè)[J]. 電信科學(xué), 2015, 31(Z1): 153-157. WU L H, SHEN L. Investigation of planning and construction for the NFV of core network[J]. Telecommunications Science, 2015, 31(Z1): 153-157.

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沈蕾（1980?），女，中國移動通信集團設(shè)計院有限公司高級工程師，主要從事核心網(wǎng)及互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的方案設(shè)計和規(guī)劃咨詢工作。

邵永平（1978?），男，中國移動通信集團設(shè)計院有限公司高級工程師，主要從事核心網(wǎng)及信息安全的方案設(shè)計和規(guī)劃咨詢工作。

吳海（1984?），男，中國移動通信集團設(shè)計院有限公司工程師，主要從事通信網(wǎng)絡(luò)咨詢和規(guī)劃設(shè)計工作。

Deployment strategy of NFV central office in core network

SHEN Lei, SHAO Yongping, WU Hai
China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China

Central office is the infrastructure for the deployment of communications equipment, and NFV is a telecom cloud with service quality assurance. The needs that collaborative development between core network and computer room was introduced and the status of core network room was analyzed, and the planning of NFV room was proposed from the aspect of transformation strategy of data center and central office and layout of office and quantity planning strategy.

NFV, data center, central office

TN915.81

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017095

2017?01?13；

2017?03?29