5G 核心網(wǎng)虛擬化分析

刁家侯 庫(kù)朝才

（ 廣州杰賽科技股份有限公司，西藏 拉薩850000）

網(wǎng)絡(luò)部署的基礎(chǔ)條件，以業(yè)務(wù)發(fā)展為核心，5G 核心網(wǎng)絡(luò)具有一定發(fā)展優(yōu)勢(shì)，在有效整合新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、虛擬化功能等新型技術(shù)的基礎(chǔ)上，運(yùn)營(yíng)商到達(dá)了行業(yè)攻堅(jiān)期，難以獲得深化發(fā)展。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)通信以用戶數(shù)據(jù)傳輸需求為基礎(chǔ)，獲得了多重發(fā)展?jié)撃?。為此，探?G 核心網(wǎng)虛擬化過(guò)程，以期提升5G 網(wǎng)絡(luò)發(fā)展能力，發(fā)揮其通信功能，具有重要價(jià)值。

1 虛擬化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)性能

1.1 隔離

5G 網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境下，虛擬化網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)形態(tài)具有通信優(yōu)勢(shì)，能夠完成模塊間功能業(yè)務(wù)的轉(zhuǎn)載傳送、隔離控制等操作，以此提升資源部署的靈活性與便捷性，順應(yīng)人們對(duì)通信功能使用的多元化需求。重組5G 核心網(wǎng)絡(luò)，能夠提升網(wǎng)絡(luò)管理效能，科學(xué)分離控制面、用戶操作面，以此順應(yīng)系統(tǒng)部署需求。然而，功能層中虛擬隔離的構(gòu)成，其運(yùn)行借助5G 技術(shù)，獲得了物理網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的運(yùn)行能力，完成了功能邏輯隔離、實(shí)時(shí)配置、資源調(diào)取等程序。

虛擬隔離特性，能夠提升運(yùn)營(yíng)商構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)切片的時(shí)效性，順應(yīng)各類功能的運(yùn)行需求，比如網(wǎng)絡(luò)連接、安全防護(hù)層、收費(fèi)依據(jù)等，此類需求在各場(chǎng)景模塊中，將會(huì)表現(xiàn)出差異性。此外，網(wǎng)絡(luò)虛擬、功能強(qiáng)量均作為重組5G 核心網(wǎng)相應(yīng)產(chǎn)生的優(yōu)勢(shì)。究其原因在于：網(wǎng)絡(luò)虛擬化能夠完成全方位云化成長(zhǎng)，功能強(qiáng)化為網(wǎng)元功能提供多重可能性，提升APT 調(diào)取便利性，全方位增強(qiáng)5G 核心網(wǎng)適應(yīng)能力[1]。

1.2 部署

在虛擬隔離的作用下，5G 核心網(wǎng)架構(gòu)完成了CPF 集中部署。在部署期間，使用的隔離技術(shù)包括：虛擬化隔離、功能隔離。在功能化隔離中，包括控制層、用戶層兩種隔離形式。多種虛擬化隔離技術(shù)，提升了網(wǎng)絡(luò)部署集中性，有助于增強(qiáng)核心機(jī)房運(yùn)行能力，集中完成網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)管理，借助分布式UPF 完成多元化功能分流，以低時(shí)延應(yīng)用場(chǎng)景為例，能夠順應(yīng)功能需求，提升部署實(shí)效性。此種高效部署，能夠提升用戶通訊體驗(yàn)。在第三方用戶各項(xiàng)信息獲得拓展的同時(shí)，順應(yīng)本地應(yīng)用的實(shí)際需求。

以5G 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用為核心，解析硬件與軟件解耦特性，形成的虛擬化技術(shù)，具備多重網(wǎng)絡(luò)功能，比如可編譯、功能延伸、功能擴(kuò)展等，能夠在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等程序中，提升5G 網(wǎng)絡(luò)與功能的交疊效果，促進(jìn)5G 網(wǎng)絡(luò)智能化成長(zhǎng)。此外，在云計(jì)算應(yīng)用、用戶數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)上，完成5G 網(wǎng)絡(luò)與功能的有效融合，提升5G網(wǎng)絡(luò)多元化能力，比如用戶行為、業(yè)務(wù)感知，使其智能應(yīng)用更為可觀。

2 組網(wǎng)架構(gòu)成長(zhǎng)過(guò)程

2.1 核心網(wǎng)虛擬化階段

NFV 作為網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的縮寫，或稱之為網(wǎng)絡(luò)虛擬化。NFV 借助虛擬運(yùn)行軟件，能夠解耦原有網(wǎng)元，增強(qiáng)分離軟件與硬件的處理能力。NFV 框架如圖1 所示。

2.1.1 基礎(chǔ)層

在NFV 框架中，初始層為基礎(chǔ)項(xiàng)目，集中表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)虛擬架構(gòu)，組成層面包括虛擬層、硬件資源等。虛擬層能夠借助虛擬化技術(shù)，有效整合物理功能，比如儲(chǔ)存、交換等，使其以虛擬化形式完成處理。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)虛擬架構(gòu)，兼容多種類型資源，包括標(biāo)準(zhǔn)化、通用化等。然而，硬件資源層主要用于完成數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、服務(wù)器運(yùn)行、網(wǎng)絡(luò)功能部署等。虛擬層與硬件資源層，作為網(wǎng)絡(luò)虛擬架構(gòu)的關(guān)鍵成分，使NFV 具備虛擬資源池功能，便于NFV 運(yùn)行相關(guān)硬件與基礎(chǔ)設(shè)施，提升NFV 整體程序的運(yùn)行能力。

2.1.2 虛擬網(wǎng)絡(luò)

第二層虛擬網(wǎng)路的運(yùn)行功能，建立在網(wǎng)絡(luò)功能架構(gòu)基礎(chǔ)上。每個(gè)單一網(wǎng)絡(luò)功能運(yùn)行實(shí)例虛擬網(wǎng)絡(luò)功能，均對(duì)應(yīng)單一的物理網(wǎng)元。同時(shí)，每個(gè)原有物理網(wǎng)元，均對(duì)應(yīng)單一VNF。VNF 部署在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬框架中，其運(yùn)行能夠借助網(wǎng)絡(luò)功能，完成虛擬架構(gòu)運(yùn)行，提升虛擬網(wǎng)絡(luò)資源處理能力，比如資源存儲(chǔ)、資源計(jì)算，提升網(wǎng)元分離效果，有效獲取網(wǎng)元中的實(shí)體與硬件，由此優(yōu)化原有物理網(wǎng)元功能，整改其單一映射網(wǎng)絡(luò)功能的局限性問(wèn)題[2]。

2.1.3 運(yùn)營(yíng)技術(shù)

運(yùn)營(yíng)技術(shù)具體指虛擬網(wǎng)絡(luò)管理，支撐技術(shù)具體指虛擬網(wǎng)絡(luò)的功能模塊。功能模塊的組成成員，具體表現(xiàn)為：基礎(chǔ)架構(gòu)管理程序、網(wǎng)絡(luò)功能管理程序、功能流程。此三個(gè)組成成員，借助實(shí)例成員完成網(wǎng)絡(luò)功能虛擬架構(gòu)，形成全程序業(yè)務(wù)處理程序，以此提升全部資源的管理效果，比如基礎(chǔ)性資源、虛擬化資源、全部VNF 具備運(yùn)行周期的整編管理程序等。此管理層架構(gòu)，完成了自上而下的細(xì)致化管理程序，具有逐層分化效果。

初始層架構(gòu)集中負(fù)責(zé)全程序的服務(wù)編排、資源整合調(diào)取、網(wǎng)絡(luò)程序管理。在網(wǎng)絡(luò)程序管理中，具體包括網(wǎng)絡(luò)服務(wù)通暢性、網(wǎng)絡(luò)故障消除等。在中間層架構(gòu)中，針對(duì)虛擬網(wǎng)絡(luò)框架開(kāi)展集中管理工作，比如虛擬功能實(shí)例監(jiān)控，虛擬功能管理。虛擬功能管理包括：故障消除、軟件包管理等。第三層架構(gòu)中，集中管理硬件、虛擬兩類資源，對(duì)其實(shí)施的管理行為包括質(zhì)量監(jiān)控、故障消除。誠(chéng)然，虛擬化管理程序與業(yè)務(wù)流程兼具多元化應(yīng)用場(chǎng)景，比如OSS、BSS 等。

圖1 NFV 標(biāo)準(zhǔn)框架

因此，在原有應(yīng)用場(chǎng)景中，完成虛擬化功能管理融合，綜合開(kāi)展資源整編與管理工作，具有運(yùn)行可行性，作為核心虛擬化網(wǎng)絡(luò)與原有網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)性差別。在多元化軟件中，完成相同虛擬化程序的有序運(yùn)行，展現(xiàn)出彈性架構(gòu)運(yùn)行的適應(yīng)能力。在簡(jiǎn)短功能模塊市場(chǎng)試運(yùn)行期間，能夠有效控制市場(chǎng)試運(yùn)行成本，在總體企業(yè)管理支出中，能夠有效降低成本消耗。高頻信號(hào)能夠提升虛擬化網(wǎng)絡(luò)開(kāi)放程序，順應(yīng)各類功能、業(yè)務(wù)的通訊需求，便于提升業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力。

2.2 網(wǎng)絡(luò)切片

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的緩存，能夠提升網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容交互效果，增強(qiáng)終端用戶網(wǎng)絡(luò)體驗(yàn)品質(zhì)?，F(xiàn)階段針對(duì)網(wǎng)絡(luò)切片的研究活動(dòng)，集中在虛擬化應(yīng)用層次。網(wǎng)絡(luò)切片是以原有網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)運(yùn)行環(huán)境，具有硬件系統(tǒng)功能，表現(xiàn)為專用性能，高效整合了邏輯關(guān)系、端口資源，含有多元化網(wǎng)絡(luò)框架形態(tài)，以虛擬形態(tài)融合在專網(wǎng)5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中。由于網(wǎng)絡(luò)切片在虛擬網(wǎng)絡(luò)中的傳輸能力，在各功能層中實(shí)際運(yùn)維時(shí)，應(yīng)保持相互隔離狀態(tài)，以更為獨(dú)立的運(yùn)行狀態(tài)，完成網(wǎng)絡(luò)切片運(yùn)行，便于在各類需求功能中，完成傳輸網(wǎng)切片分配，保障每個(gè)傳輸網(wǎng)切片，以相對(duì)獨(dú)立狀態(tài)，存儲(chǔ)在物理網(wǎng)絡(luò)中。

網(wǎng)絡(luò)切片在使用期間，運(yùn)行了虛擬化技術(shù)，虛擬化處理的資源包括網(wǎng)絡(luò)端口、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)等，能夠切分傳輸硬件設(shè)施，使其以多重邏輯關(guān)系，在子網(wǎng)中完成虛擬傳輸，實(shí)現(xiàn)原有物理、虛擬分支等網(wǎng)層的建設(shè)。在新建虛擬化網(wǎng)絡(luò)體系中，與物理網(wǎng)層處于相對(duì)獨(dú)立的管理狀態(tài)，使其控制層、轉(zhuǎn)發(fā)層具備高效運(yùn)行能力。因此，各類差異性功能，能夠在虛擬網(wǎng)絡(luò)層協(xié)同獲得支持，達(dá)成各類業(yè)務(wù)運(yùn)行的隔離目標(biāo)[3]。

2.3 切片部署

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)，在規(guī)?；虡I(yè)應(yīng)用中融合時(shí)，針對(duì)各類差異網(wǎng)元對(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬化融合的差異性需求，由此造成功能需求無(wú)法獲得滿足，引起網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定問(wèn)題。用戶針對(duì)網(wǎng)絡(luò)虛擬化應(yīng)用部署，應(yīng)分別從有效引入、慎重使用、嚴(yán)禁引入三個(gè)視角予以完成，如表1 所示。

表1 NFV 部署策略

以原有業(yè)務(wù)視角觀之，未來(lái)一段時(shí)間的業(yè)務(wù)量，將會(huì)發(fā)生一定數(shù)量的增長(zhǎng)，或者表現(xiàn)為業(yè)務(wù)規(guī)模獲得增加，由此形成網(wǎng)元、業(yè)務(wù)量性能相應(yīng)提升的需求。如若對(duì)網(wǎng)元進(jìn)行替換，其更換潛在需求為積極部署網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，類如分組域公用網(wǎng)絡(luò)，即表1 中原有功能中積極引入的MME、PCRF 等。針對(duì)功能使用量一般，未來(lái)發(fā)展?jié)撃茌^小的網(wǎng)元，比如LDRA，應(yīng)關(guān)注其全方位發(fā)展能力，在引入網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化時(shí)應(yīng)予慎重。嚴(yán)禁引入的功能，作為市場(chǎng)受眾能力較差的業(yè)務(wù)，不應(yīng)對(duì)此類業(yè)務(wù)完成網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的引入。

對(duì)于積極引入與慎重引入的網(wǎng)絡(luò)虛擬化部署網(wǎng)元而言，在部署網(wǎng)絡(luò)切片期間，人們能夠發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化部署的更多便利性。網(wǎng)絡(luò)切片在實(shí)際部署期間，能夠完成多種部署形式，比如單一域在跨域中的部署。此種跨越式部署，應(yīng)事先掌握產(chǎn)品性能，獲取客戶使用需求。在部署單域至跨域期間，核心網(wǎng)絡(luò)完成傳輸、無(wú)線應(yīng)用的成長(zhǎng)。與此同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)切片支持的功能范圍獲得了擴(kuò)充，運(yùn)營(yíng)商能夠完成切片智能管理，加強(qiáng)切片設(shè)計(jì)與開(kāi)放，以期順應(yīng)各類應(yīng)用需求、多元化應(yīng)用場(chǎng)景。此外，每個(gè)切片中，均能夠完成特定管理策略的靈活部署，提升各類業(yè)務(wù)與功能的個(gè)性化設(shè)定效果。

綜上所述，5G 通信的使用，為人們通信帶來(lái)了多重便利。然而，NFV 技術(shù)，提升了5G 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)完善性。5G 承載網(wǎng)絡(luò)在研發(fā)與運(yùn)行期間，成功完成了5G 核心網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的升級(jí)。在此基礎(chǔ)上，科學(xué)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)切片部署方案，借助NFV 功效，提升網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展?jié)撃?，?G 技術(shù)成熟化發(fā)展提供多重可能性，由此增強(qiáng)運(yùn)營(yíng)商核心競(jìng)爭(zhēng)力，彰顯5G 網(wǎng)絡(luò)通信便利價(jià)值。