面向云化的核心網(wǎng)的架構(gòu)分析

柳勤

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面向云化的核心網(wǎng)的架構(gòu)分析

柳勤

中興通信股份有限公司，江蘇 南京 210012

核心網(wǎng)云化可以實(shí)現(xiàn)對(duì)硬軟件設(shè)施的有效連接，實(shí)現(xiàn)硬軟件資源的全面共享，對(duì)提高業(yè)務(wù)處理能力，提高資源利用效率以及控制網(wǎng)絡(luò)成本有非常重要的意義與價(jià)值?；趯?duì)傳統(tǒng)核心網(wǎng)存在問(wèn)題的分析，指出面向云化核心網(wǎng)建設(shè)的必要性，最后給出了面向云化核心網(wǎng)的架構(gòu)體系，望能夠促進(jìn)核心網(wǎng)運(yùn)行效率的提升與優(yōu)化。

核心網(wǎng)；云化；架構(gòu)

在全球移動(dòng)通信技術(shù)快速發(fā)展的背景下，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)展速度是非常迅速的。并且，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)在發(fā)展過(guò)程中對(duì)網(wǎng)絡(luò)信息容量的需求明顯增大，這對(duì)于傳統(tǒng)意義上的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而言是非常大的挑戰(zhàn)?；谠苹暮诵木W(wǎng)架構(gòu)可以確保資源利用效率的可靠與穩(wěn)定，這也正是未來(lái)核心網(wǎng)快速發(fā)展的趨勢(shì)與方向。但核心網(wǎng)架構(gòu)在面向云化發(fā)展的過(guò)程中還面臨著一定的挑戰(zhàn)，必須從體系架構(gòu)的角度上入手進(jìn)行完善，以更好地面向移動(dòng)通信提供服務(wù)與支持。

1 傳統(tǒng)核心網(wǎng)存在問(wèn)題

傳統(tǒng)意義上的核心網(wǎng)由硬件、軟件直接構(gòu)成，基于專業(yè)技術(shù)的應(yīng)用確保核心網(wǎng)運(yùn)行可靠，提供高性能網(wǎng)元支持[1]。核心網(wǎng)中含有類型眾多的網(wǎng)元，但硬件資源缺乏共享性且存在系統(tǒng)瓶頸的問(wèn)題，直接依賴于硬件提升系統(tǒng)性能，造成了管理成本與投資成本的增加。與此同時(shí)，核心網(wǎng)中資源分布區(qū)域性分散程度較高，嚴(yán)重威脅數(shù)據(jù)運(yùn)維工作效率。更加重要的一點(diǎn)是：傳統(tǒng)核心網(wǎng)架構(gòu)中網(wǎng)元功能是基于實(shí)體實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，若應(yīng)用容量高于承載水平，將會(huì)在物理網(wǎng)元層面上無(wú)法進(jìn)行關(guān)聯(lián)，直接影響平臺(tái)共享性，因此這必須引起業(yè)內(nèi)人士的關(guān)注與重視。

2 核心網(wǎng)云化必要性分析

面向云化核心網(wǎng)架構(gòu)的必要性體現(xiàn)在以下三個(gè)方面：第一，由于傳統(tǒng)意義上使用核心網(wǎng)存在建設(shè)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)的問(wèn)題，數(shù)據(jù)應(yīng)用缺乏靈活性，因此必須在網(wǎng)絡(luò)硬軟件系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)試與安裝；第二，CPCI在核心網(wǎng)架構(gòu)體系中網(wǎng)元結(jié)構(gòu)過(guò)多，資源缺乏共享性，會(huì)在一定程度上對(duì)投資成本產(chǎn)生影響，需要通過(guò)面向云化構(gòu)建核心網(wǎng)的方式提高運(yùn)行效率；第三，在面向虛擬化和業(yè)務(wù)能力開發(fā)方面，之前傳統(tǒng)網(wǎng)架機(jī)構(gòu)體系協(xié)議在程序上過(guò)于繁瑣，且在網(wǎng)絡(luò)開放上存在較大困難。核心網(wǎng)在云化之后，能夠?qū)?SDN 技術(shù)理論融入到核心網(wǎng)云化中被應(yīng)用，在一定程度上能夠簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，這對(duì)資源在設(shè)備中是否被合理利用以及是否能有效運(yùn)轉(zhuǎn)都能起到一定作用。

3 核心網(wǎng)架構(gòu)體系

核心網(wǎng)的云化包括功能軟件化、硬件云資源池化以及業(yè)務(wù)統(tǒng)一編排的一體化集成[2]。對(duì)于移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商而言，面向云化的核心網(wǎng)架構(gòu)自上至下包括服務(wù)管理層、網(wǎng)元應(yīng)用層、虛擬化層以及物理層這四個(gè)部分。其架構(gòu)如圖1所示。

圖1 面向云化的核心網(wǎng)架構(gòu)示意圖

3.1 物理硬件層

物理硬件層是面向云化核心網(wǎng)體系的最基礎(chǔ)層。通過(guò)實(shí)施物理設(shè)備的方式對(duì)虛擬化環(huán)境下的硬件服務(wù)器、儲(chǔ)存設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行集中管理，搭載基于云化的管理方式確保虛擬化層物理基礎(chǔ)設(shè)備運(yùn)行的可靠性、統(tǒng)一性以及穩(wěn)定性。本層一方面可實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的計(jì)算儲(chǔ)存功能，另一方面能夠面向內(nèi)外部設(shè)備提供聯(lián)通支持。

3.2 虛擬化層

虛擬化層可以實(shí)現(xiàn)操作系統(tǒng)與物理硬件的相互分離，使不同操作系統(tǒng)下所對(duì)應(yīng)的虛擬服務(wù)器終端能夠搭載于同一物理服務(wù)器運(yùn)行，也能使核心網(wǎng)硬件資源得到最大限度的應(yīng)用。面向多個(gè)虛擬服務(wù)器終端全面共享物理服務(wù)器硬件資源，也可支持通過(guò)虛擬服務(wù)器管理平臺(tái)統(tǒng)一管理，在減少服務(wù)器終端購(gòu)置投入的同時(shí)提高服務(wù)器硬件利用效率。虛擬化層主要包括虛擬機(jī)和Hypervisor這兩個(gè)部分。其中，虛擬機(jī)通過(guò)軟件模擬邏輯層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的方式，使其具備完整的計(jì)算機(jī)功能。在隔離環(huán)境中運(yùn)行，并通過(guò)搭載不同網(wǎng)元軟件的方式支持網(wǎng)元功能的實(shí)現(xiàn)；Hypervisor可支持XEN、EXSi以及KVM等多種格式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)物理資源的分區(qū)與隔離，并協(xié)調(diào)虛擬機(jī)對(duì)硬件資源的訪問(wèn)，在虛擬化層各個(gè)虛擬機(jī)之間進(jìn)行防護(hù)。在核心網(wǎng)服務(wù)器啟動(dòng)執(zhí)行Hypervisor的條件下，對(duì)所有虛擬機(jī)客戶端對(duì)應(yīng)操作系統(tǒng)進(jìn)行同步加載，并可根據(jù)實(shí)際需求將內(nèi)存、CPU、磁盤以及網(wǎng)絡(luò)資源分配至不同虛擬機(jī)中。

3.3 網(wǎng)元應(yīng)用層

在面向云化的核心網(wǎng)體系中，網(wǎng)元應(yīng)用層的最主要功能是對(duì)虛擬化網(wǎng)元生命周期進(jìn)行全面管理，包括自動(dòng)部署以及彈性伸縮等功能，對(duì)多種類型的核心網(wǎng)網(wǎng)元有良好支持，包括EPC、IMS、以及EMS等。除此以外，網(wǎng)元應(yīng)用層還可與Orchestrator協(xié)調(diào)配合的方式完成虛擬化后對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的編排?？刂泼婢W(wǎng)元經(jīng)軟件化處理后可部署于VM上，執(zhí)行基于3GPP定義的網(wǎng)元功能，與非虛擬化狀態(tài)下保持一致。在網(wǎng)元應(yīng)用層中，主要構(gòu)成包括網(wǎng)元管理系統(tǒng)以及網(wǎng)元軟件這兩大部分。其中，網(wǎng)元管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)對(duì)核心網(wǎng)范疇中所有控制網(wǎng)元運(yùn)行情況進(jìn)行統(tǒng)籌管理，并根據(jù)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商管理策略對(duì)網(wǎng)元進(jìn)行合理配置，以支持對(duì)業(yè)務(wù)的快速部署以及對(duì)邏輯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的調(diào)整。網(wǎng)元軟件是核心網(wǎng)控制單元的軟件化載體，常見格式包括HSS、CSCF以及MSCe等。上述網(wǎng)元軟件可以在不同虛擬機(jī)上運(yùn)行，基于對(duì)外接口實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元軟件與非虛擬化網(wǎng)元的互通。除此以外，網(wǎng)元軟件可以以標(biāo)準(zhǔn)化格式將故障映射至相應(yīng)虛擬機(jī)中，以便上層軟件能夠正確且快速地對(duì)故障進(jìn)行處理。

3.4 服務(wù)管理層

面向云化的核心網(wǎng)體系中服務(wù)管理層主要包括OSS/BSS模塊以及虛擬化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)編排這兩個(gè)部分。前者負(fù)責(zé)在虛擬化狀態(tài)下展開對(duì)核心網(wǎng)體系的管理維護(hù)以及計(jì)費(fèi)，可支持對(duì)硬軟件狀態(tài)統(tǒng)計(jì)、上報(bào)、故障處理以及費(fèi)用統(tǒng)計(jì)等一系列功能的實(shí)現(xiàn)；后者則需要負(fù)責(zé)在虛擬化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)狀態(tài)下進(jìn)行編排，主要具備網(wǎng)元生命周期管理、全局資源編排、核心網(wǎng)生命周期管理以及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)策略管理等功能。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備平臺(tái)架構(gòu)正不斷深化，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能力顯著提升。在這一背景下，電子信息產(chǎn)業(yè)與媒體信息數(shù)據(jù)的融合進(jìn)一步加強(qiáng)，這對(duì)促進(jìn)新網(wǎng)絡(luò)資源技術(shù)的快速進(jìn)步與提升起到了非常重要的作用，對(duì)核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的發(fā)展與完善也有著非常重要的價(jià)值。本文重點(diǎn)圍繞面向云化的核心網(wǎng)架構(gòu)體系進(jìn)行分析，構(gòu)建了基于物理硬件層、虛擬化層、網(wǎng)元應(yīng)用層以及服務(wù)管理層這四大層級(jí)在內(nèi)的核心網(wǎng)體系。

[1]薛淼，符剛，朱斌，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）：16-22.

[2]余莉，張治中，程方，等.第五代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].重慶郵電大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，26（4）：427-433.

The Analysis of the Core Network Oriented to the Cloud

Liu Qin

ZTE Corporation, Jiangsu Nanjing 210012

Core network cloud can realize the effective connection of hardware and software facilities and realize the comprehensive sharing of hardware and software resources.It is of great significance and value to improve business processing ability, improve resource utilization efficiency and control network cost.Based on the analysis of the existing problems of the core network, this paper points out the necessity of the construction of the core network, and finally gives the architecture of the cloud core network, which can promote the optimization and optimization of the core network operation efficiency.

core network; cloud; architecture

TN915.0

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