長(zhǎng)三角一體化核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)研究

劉廣紅，胡 祎，何力毅，徐大偉（中訊郵電咨詢?cè)O(shè)計(jì)院有限公司上海分公司，上海200050）

0 引言

由上海市、江蘇省和浙江省共同組成的長(zhǎng)江三角洲（簡(jiǎn)稱“長(zhǎng)三角”）區(qū)域面積達(dá)21.9萬(wàn)km2，常駐人口1.59億，生產(chǎn)總值13.8萬(wàn)億元，占全國(guó)的20%。長(zhǎng)三角地區(qū)自然稟賦優(yōu)良，經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)雄厚，體制比較完善，城鎮(zhèn)體系完整，科教文化發(fā)達(dá)，已成為全國(guó)發(fā)展基礎(chǔ)最好、體制環(huán)境最優(yōu)、整體競(jìng)爭(zhēng)力最強(qiáng)的地區(qū)之一，也是世界六大城市群之一。

據(jù)12306網(wǎng)站數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，滬寧高鐵269趟/天，滬杭高鐵169趟/天，寧杭高鐵123趟/天，行程均在1 h左右，日均發(fā)送旅客186.1萬(wàn)人，占全國(guó)總發(fā)送旅客的19.9%。滬寧杭間已經(jīng)實(shí)現(xiàn)高鐵公交化運(yùn)營(yíng)，形成了“金三角”通道。

上海地鐵11號(hào)線延伸到蘇州昆山花橋，昆山輕軌S1線直接對(duì)接上海地鐵11號(hào)線，上海地鐵17號(hào)線規(guī)劃對(duì)接蘇州4號(hào)線，上海地鐵9號(hào)線規(guī)劃延伸至嘉興，這些都緊密了長(zhǎng)三角城市間的聯(lián)系。

1 長(zhǎng)三角核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組織現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

長(zhǎng)三角區(qū)域現(xiàn)有核心網(wǎng)都按照省為單位進(jìn)行部署。移動(dòng)核心網(wǎng)電路域MSC Server、MGW、HSS/HLR、MGCF，移動(dòng)核心網(wǎng)分組域SGSN/MME、GGSN/GW、PCRF、CG、ENUM/DNS，IMS域CSCF等，都部署在省級(jí)樞紐中心，接入側(cè)的AG、SBC，媒體轉(zhuǎn)發(fā)面的IMMGW、MGW以及互聯(lián)互通GMSC部署在地（市）。地（市）節(jié)點(diǎn)與省級(jí)樞紐中心以及各省級(jí)樞紐中心之間通過(guò)承載網(wǎng)互通。長(zhǎng)三角現(xiàn)有核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組織示意如圖1所示。

以地（市）、省為單位進(jìn)行核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)部署是建網(wǎng)初期形成的歷史格局。隨著競(jìng)爭(zhēng)格局的變化以及網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了一些問(wèn)題：新業(yè)務(wù)開通時(shí)間長(zhǎng)；無(wú)法滿足OTT業(yè)務(wù)極速發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)需要；無(wú)法充分發(fā)揮電信云的能力和優(yōu)點(diǎn)；隨著長(zhǎng)三角區(qū)域內(nèi)城市之間的聯(lián)系愈加緊密，以地（市）、省為單位建網(wǎng)造成網(wǎng)絡(luò)切換頻繁，網(wǎng)絡(luò)路由冗長(zhǎng)，用戶感知下降，網(wǎng)絡(luò)利用率低下等。

圖1 長(zhǎng)三角現(xiàn)有核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)組織示意圖

2 核心網(wǎng)演進(jìn)趨勢(shì)分析

2.1 虛擬化

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）克服了傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中專用硬件設(shè)備種類各異，數(shù)量眾多，硬件生命周期趨短的缺點(diǎn)。希望通過(guò)IT虛擬化技術(shù)將傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備統(tǒng)一應(yīng)用到工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)的高性能、大容量的服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和交換機(jī)上，實(shí)現(xiàn)電信設(shè)備軟硬件解耦合的目的。通用硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)硬件標(biāo)準(zhǔn)化，提高資源利用效率，降低了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和維護(hù)成本，同時(shí)激發(fā)了業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力，可以快速推出新業(yè)務(wù)，縮短業(yè)務(wù)TTM，更靈活滿足客戶需求。

2.2 軟件化

軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，它的設(shè)計(jì)理念是將網(wǎng)絡(luò)的控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行分離，并實(shí)現(xiàn)可編程化控制。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與業(yè)務(wù)應(yīng)用解耦，以快速提供業(yè)務(wù)；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備控制層和轉(zhuǎn)發(fā)層解耦合，以降低對(duì)設(shè)備要求，節(jié)省CAPEX。

2.3 云化

全球電信運(yùn)營(yíng)商在以虛擬化與軟件化為目標(biāo)的戰(zhàn)略轉(zhuǎn)型中，都以網(wǎng)絡(luò)云化為基本要求。運(yùn)營(yíng)商需要未雨綢繆才能更好地規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)發(fā)展，保持價(jià)值鏈頂端的地位。用IT思維構(gòu)建智能、開放、高效、敏捷的云信息基礎(chǔ)設(shè)施，通過(guò)統(tǒng)一的云架構(gòu)實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)一規(guī)劃與建設(shè)，統(tǒng)一部署與管理，統(tǒng)一調(diào)度與共享，統(tǒng)一承載、按需分配資源。美國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商AT&T的Domain2.0計(jì)劃涉及到內(nèi)部軟件化、外部能力開放，幫助AT&T網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)架構(gòu)向云化演進(jìn)，計(jì)劃2020年實(shí)現(xiàn)75%的網(wǎng)絡(luò)功能軟件化，成功轉(zhuǎn)型為“軟件公司”。中國(guó)移動(dòng)發(fā)布的NovoNet2020愿景，希望融合NFV、SDN等新技術(shù)，構(gòu)建一張資源可全局調(diào)度、能力可全面開放、容量可彈性伸縮、架構(gòu)可靈活調(diào)整的新一代云化網(wǎng)絡(luò)。在中國(guó)聯(lián)通的CUBE-Net 2.0和中國(guó)電信的CTNet戰(zhàn)略中，都提出了以云DC為核心，進(jìn)行云網(wǎng)協(xié)同和網(wǎng)絡(luò)全面云化。

2.4 集中化

隨著核心網(wǎng)設(shè)備的虛擬化、軟件化、云化，網(wǎng)絡(luò)控制與業(yè)務(wù)承載分離，核心網(wǎng)最關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)控制層面設(shè)備可以集中部署，方便集中控制、集中調(diào)度和集中維護(hù)。

a）控制層面維護(hù)需要的技術(shù)能力較高，集中設(shè)置可以充分發(fā)揮人員集聚的優(yōu)勢(shì)。

b）集中化設(shè)置方便設(shè)備容量共享，可以提高資源利用率，降低基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成本。

c）集中化設(shè)置方便業(yè)務(wù)統(tǒng)一部署，縮短業(yè)務(wù)部署時(shí)間，快速響應(yīng)市場(chǎng)需求。

美國(guó)電信運(yùn)營(yíng)商Verizon在全美設(shè)置2個(gè)大區(qū)，每個(gè)大區(qū)選擇3個(gè)節(jié)點(diǎn)設(shè)置分布式HSS，采用大容量集群化設(shè)備組網(wǎng)HSS。歐洲電信運(yùn)營(yíng)商Vodafone，根據(jù)用戶分布劃分全網(wǎng)為4個(gè)核心網(wǎng)站點(diǎn)，形成4個(gè)大區(qū)，采用NFV架構(gòu)組網(wǎng)IMS。

3 長(zhǎng)三角一體化核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)思路

3.1 去行政化

隨著長(zhǎng)三角區(qū)域交通、經(jīng)濟(jì)一體化的推進(jìn)，建設(shè)信息通信服務(wù)的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)時(shí)，建議打破現(xiàn)有的行政區(qū)劃限制，一體化考慮核心網(wǎng)的規(guī)劃和建設(shè)。以性能最優(yōu)，效率最高，投資最省為出發(fā)點(diǎn)，考慮核心網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)。

3.2 虛擬化、集中化

移動(dòng)核心網(wǎng)語(yǔ)音業(yè)務(wù)在逐步萎縮，目前沒(méi)有新建電路域MSC Server、MGW、MGCF設(shè)備的需求，4G/5G的語(yǔ)音由VoLTE/VoNR來(lái)實(shí)現(xiàn)，隨著4G/5G覆蓋的完善，現(xiàn)有2G/3G語(yǔ)音設(shè)備可以逐步退網(wǎng)。HSS/HLR作為負(fù)責(zé)移動(dòng)用戶管理的數(shù)據(jù)庫(kù)，目前已經(jīng)采用分布式架構(gòu)在省內(nèi)相對(duì)集中部署，也具備虛擬化的條件。

移動(dòng)核心網(wǎng)分組域MME設(shè)備主要完成信令層面的處理，主要設(shè)備廠家都支持vMME，具備集中化的條件。為了支持未來(lái)5G高速率、大連接、低延遲的業(yè)務(wù)需求，移動(dòng)核心網(wǎng)分組域SAE-GW設(shè)備需要采用CU分離架構(gòu)，C面主要處理控制層面數(shù)據(jù)，U面主要承載用戶層面數(shù)據(jù)，并盡量讓U面靠近用戶，所以，SAEGW可以分離為SAE-GW-C與SAE-GW-U 2個(gè)部分，SAE-GW-C采用虛擬化架構(gòu)，集中設(shè)置，SAE-GW-U采用虛擬化架構(gòu)，靠近用戶設(shè)置。PCRF作為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流和IP承載資源的策略與計(jì)費(fèi)控制策略決策點(diǎn)，目前基本上相對(duì)集中設(shè)置在省會(huì)城市，也具備虛擬化的條件。CG、ENUM/DNS服務(wù)器都是傳統(tǒng)上的IT設(shè)備，具備虛擬化、集中化的條件。

移動(dòng)網(wǎng)IMS域CSCF設(shè)備主要完成呼叫的控制，主要設(shè)備廠家也都支持虛擬化，可以集中化設(shè)置。IMS域AS設(shè)備是IMS系統(tǒng)中位于最上層的應(yīng)用層設(shè)備，本身就是IT設(shè)備，所以也具備虛擬化、集中化的條件。

5G核心網(wǎng)NGC中要求所有設(shè)備，如UDM、PCF、AMF、SMF、UPF等都基于虛擬化實(shí)現(xiàn)，按照網(wǎng)絡(luò)切片提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，所以也具備虛擬化、集中化的條件。

3.3 云化、DC化

隨著移動(dòng)核心網(wǎng)主要設(shè)備的虛擬化，其主要功能將通過(guò)軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)，軟件、硬件以及虛擬化層實(shí)現(xiàn)三層解耦。為了最大化利用硬件資源的處理能力，發(fā)揮最大效能，有必要建設(shè)云化通信基礎(chǔ)設(shè)施——電信云，為所有的網(wǎng)絡(luò)功能提供硬件資源。

電信云對(duì)機(jī)房、動(dòng)力、空調(diào)等的需求與傳統(tǒng)的通信設(shè)備要求有很大不同。對(duì)機(jī)房的承重、層高等要求都比通信機(jī)房要高。單機(jī)架功率密度是傳統(tǒng)通信設(shè)備的3～5倍，對(duì)電的需求量增大很多。由于單機(jī)架功耗較大，機(jī)架排列方式、送風(fēng)方式、制冷方式等，也與現(xiàn)有通信機(jī)房有很大不同。所以，電信云的構(gòu)建要參考IDC的建設(shè)，新建DC化云樞紐或者對(duì)現(xiàn)有核心機(jī)房進(jìn)行DC化改造，才能滿足未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展需求。

3.4 長(zhǎng)三角一體化核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)目標(biāo)

按照去行政化、虛擬化、集中化、云化、DC化的思路，長(zhǎng)三角區(qū)域核心網(wǎng)應(yīng)用層、控制層網(wǎng)絡(luò)功能建議采用虛擬化的手段集中建設(shè)，可以考慮建設(shè)長(zhǎng)三角一體化區(qū)域DC，同時(shí)服務(wù)于江浙滬3地?？紤]到區(qū)域DC在網(wǎng)絡(luò)位置中的重要性，建議采用1+1備份方式設(shè)置，提高核心網(wǎng)的可靠性和健壯性。區(qū)域DC需要與江浙滬各地（市）本地DC通過(guò)承載網(wǎng)互通，所以建議設(shè)置在傳輸資源比較豐富的地方。區(qū)域DC放置江浙滬3地網(wǎng)絡(luò)控制層功能，對(duì)建設(shè)、管理、維護(hù)人員的技術(shù)能力要求較高，建議選擇自然條件好，交通方便，配套齊全，能留住人才的區(qū)域。轉(zhuǎn)發(fā)層以及接入層的設(shè)備，需要靠近用戶設(shè)置，建議設(shè)置在本地網(wǎng)或者根據(jù)業(yè)務(wù)需求下沉設(shè)置，以減少網(wǎng)絡(luò)時(shí)延、提高用戶體驗(yàn)。長(zhǎng)三角一體化核心網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)如圖2所示。

長(zhǎng)三角區(qū)域內(nèi)核心網(wǎng)的控制層、應(yīng)用層設(shè)備vCSCF、vMME、vPCRF、vGW-C、vHSS、vENUM、vAS、5GAMF、5G-SMF、5G-UDM、5G-PCF等設(shè)備集中設(shè)置在長(zhǎng)三角一體化區(qū)域DC中。轉(zhuǎn)發(fā)層、接入層的vGW-U，5G-UPF、vSBC、AG等設(shè)置在各地（市）的本地DC中。

虛擬化設(shè)備建議采用VNF、虛擬層、硬件層三層解耦的方式建設(shè)。硬件平臺(tái)選用通用、標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)器、存儲(chǔ)或者網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，為上層所有的網(wǎng)絡(luò)功能提供計(jì)算、處理、存儲(chǔ)能力。云OS層負(fù)責(zé)對(duì)下層的硬件進(jìn)行虛擬化管理，并屏蔽不同硬件的差異，為上層通信服務(wù)提供透明的資源池和可靠的運(yùn)行基礎(chǔ)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)底層資源共享、彈性調(diào)度和按需分配，可以最大限度地提高設(shè)備的利用率。VNF運(yùn)行在虛擬化層之上，將傳統(tǒng)網(wǎng)元設(shè)備虛擬化，完成傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的功能，其功能和接口均與傳統(tǒng)網(wǎng)元保持一致。長(zhǎng)三角一體化核心網(wǎng)部署如圖3所示。

3.5 長(zhǎng)三角一體化核心網(wǎng)建設(shè)策略及建議

由于長(zhǎng)三角現(xiàn)有核心網(wǎng)絡(luò)都是以省市為單位設(shè)置的，要實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)三角區(qū)域一體化考慮核心網(wǎng)的建設(shè)建議按照循序漸進(jìn)，先易后難的思路，同時(shí)現(xiàn)有的設(shè)備采購(gòu)、維護(hù)管理都要進(jìn)行配套的調(diào)整。

結(jié)合核心網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)，從局部試點(diǎn)入手，探索核心網(wǎng)集中化、虛擬化部署模式。抓住VoLTE、vIMS，vEPC，NGC新建或者更新?lián)Q代的契機(jī)，按照長(zhǎng)三角一體化的思路考慮，不搞為了一體化而一體化。

網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需要基礎(chǔ)設(shè)施跟進(jìn)，現(xiàn)有核心網(wǎng)設(shè)備所在的局房很難滿足DC化的需求，建議對(duì)面積較大、層高較高，供電較為富余的核心局房進(jìn)行DC化改造，或者新建DC化云樞紐，為長(zhǎng)三角一體化核心網(wǎng)的建設(shè)提供基礎(chǔ)設(shè)施保障。

圖2 長(zhǎng)三角一體化核心網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)示意圖

圖3 長(zhǎng)三角一體化核心網(wǎng)部署示意圖

4 長(zhǎng)三角一體化核心網(wǎng)存在的問(wèn)題及建議

長(zhǎng)三角一體化需打破現(xiàn)有的管理體系，明確投資主體、產(chǎn)權(quán)歸屬、建設(shè)管理、運(yùn)維保障等問(wèn)題。長(zhǎng)三角一體化集中設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，建議參照骨干網(wǎng)的管理模式進(jìn)行項(xiàng)目建設(shè)，投資分?jǐn)偟浇銣∈小＝ㄗh設(shè)立區(qū)域網(wǎng)絡(luò)管理維護(hù)中心，集中管理、維護(hù)集中設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。

建議改變現(xiàn)有核心網(wǎng)設(shè)備采購(gòu)模式，由原來(lái)軟件與硬件捆綁采購(gòu)調(diào)整為虛擬網(wǎng)絡(luò)功能、虛擬化層、硬件資源池分開采購(gòu)，同時(shí)調(diào)整現(xiàn)有管理維護(hù)團(tuán)隊(duì)架構(gòu)，可以考慮硬件資源池、虛擬化層、虛擬網(wǎng)絡(luò)功能分層維護(hù)，適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)的變化。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化、軟件化、集中化、云化使得突破行政區(qū)域考慮核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和建設(shè)成為了可能。作為國(guó)內(nèi)經(jīng)濟(jì)發(fā)展最活躍、聯(lián)系最緊密的區(qū)域之一，江浙滬所在的長(zhǎng)三角地區(qū)，更適合一體化考慮信息通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)。一體化考慮網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃建設(shè)可以縮短建設(shè)周期，快速部署業(yè)務(wù)，提高資源利用率，節(jié)省投資，提升專業(yè)化運(yùn)營(yíng)水平，為區(qū)域一體化發(fā)展貢獻(xiàn)力量。當(dāng)然除了核心網(wǎng)外，無(wú)線網(wǎng)、傳送網(wǎng)、數(shù)據(jù)網(wǎng)等也可以根據(jù)按照區(qū)域一體化思路考慮規(guī)劃建設(shè)，但是要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)一體化規(guī)劃建設(shè)，需要打破現(xiàn)在的管理體制、維護(hù)體系、采購(gòu)模式等。