面向云化的核心網的架構分析

柳勤

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面向云化的核心網的架構分析

柳勤

中興通信股份有限公司，江蘇 南京 210012

核心網云化可以實現對硬軟件設施的有效連接，實現硬軟件資源的全面共享，對提高業務處理能力，提高資源利用效率以及控制網絡成本有非常重要的意義與價值?；趯鹘y核心網存在問題的分析，指出面向云化核心網建設的必要性，最后給出了面向云化核心網的架構體系，望能夠促進核心網運行效率的提升與優化。

核心網；云化；架構

在全球移動通信技術快速發展的背景下，數據業務發展速度是非常迅速的。并且，數據業務在發展過程中對網絡信息容量的需求明顯增大，這對于傳統意義上的網絡架構而言是非常大的挑戰?；谠苹暮诵木W架構可以確保資源利用效率的可靠與穩定，這也正是未來核心網快速發展的趨勢與方向。但核心網架構在面向云化發展的過程中還面臨著一定的挑戰，必須從體系架構的角度上入手進行完善，以更好地面向移動通信提供服務與支持。

1 傳統核心網存在問題

傳統意義上的核心網由硬件、軟件直接構成，基于專業技術的應用確保核心網運行可靠，提供高性能網元支持[1]。核心網中含有類型眾多的網元，但硬件資源缺乏共享性且存在系統瓶頸的問題，直接依賴于硬件提升系統性能，造成了管理成本與投資成本的增加。與此同時，核心網中資源分布區域性分散程度較高，嚴重威脅數據運維工作效率。更加重要的一點是：傳統核心網架構中網元功能是基于實體實現應用，若應用容量高于承載水平，將會在物理網元層面上無法進行關聯，直接影響平臺共享性，因此這必須引起業內人士的關注與重視。

2 核心網云化必要性分析

面向云化核心網架構的必要性體現在以下三個方面：第一，由于傳統意義上使用核心網存在建設時間過長的問題，數據應用缺乏靈活性，因此必須在網絡硬軟件系統應用過程中進行適當的調試與安裝；第二，CPCI在核心網架構體系中網元結構過多，資源缺乏共享性，會在一定程度上對投資成本產生影響，需要通過面向云化構建核心網的方式提高運行效率；第三，在面向虛擬化和業務能力開發方面，之前傳統網架機構體系協議在程序上過于繁瑣，且在網絡開放上存在較大困難。核心網在云化之后，能夠將 SDN 技術理論融入到核心網云化中被應用，在一定程度上能夠簡化網絡體系結構，這對資源在設備中是否被合理利用以及是否能有效運轉都能起到一定作用。

3 核心網架構體系

核心網的云化包括功能軟件化、硬件云資源池化以及業務統一編排的一體化集成[2]。對于移動通信運營商而言，面向云化的核心網架構自上至下包括服務管理層、網元應用層、虛擬化層以及物理層這四個部分。其架構如圖1所示。

圖1 面向云化的核心網架構示意圖

3.1 物理硬件層

物理硬件層是面向云化核心網體系的最基礎層。通過實施物理設備的方式對虛擬化環境下的硬件服務器、儲存設備以及網絡基礎設施進行集中管理，搭載基于云化的管理方式確保虛擬化層物理基礎設備運行的可靠性、統一性以及穩定性。本層一方面可實現硬件設備的計算儲存功能，另一方面能夠面向內外部設備提供聯通支持。

3.2 虛擬化層

虛擬化層可以實現操作系統與物理硬件的相互分離，使不同操作系統下所對應的虛擬服務器終端能夠搭載于同一物理服務器運行，也能使核心網硬件資源得到最大限度的應用。面向多個虛擬服務器終端全面共享物理服務器硬件資源，也可支持通過虛擬服務器管理平臺統一管理，在減少服務器終端購置投入的同時提高服務器硬件利用效率。虛擬化層主要包括虛擬機和Hypervisor這兩個部分。其中，虛擬機通過軟件模擬邏輯層計算機系統的方式，使其具備完整的計算機功能。在隔離環境中運行，并通過搭載不同網元軟件的方式支持網元功能的實現；Hypervisor可支持XEN、EXSi以及KVM等多種格式，可實現對物理資源的分區與隔離，并協調虛擬機對硬件資源的訪問，在虛擬化層各個虛擬機之間進行防護。在核心網服務器啟動執行Hypervisor的條件下，對所有虛擬機客戶端對應操作系統進行同步加載，并可根據實際需求將內存、CPU、磁盤以及網絡資源分配至不同虛擬機中。

3.3 網元應用層

在面向云化的核心網體系中，網元應用層的最主要功能是對虛擬化網元生命周期進行全面管理，包括自動部署以及彈性伸縮等功能，對多種類型的核心網網元有良好支持，包括EPC、IMS、以及EMS等。除此以外，網元應用層還可與Orchestrator協調配合的方式完成虛擬化后對網絡服務的編排?？刂泼婢W元經軟件化處理后可部署于VM上，執行基于3GPP定義的網元功能，與非虛擬化狀態下保持一致。在網元應用層中，主要構成包括網元管理系統以及網元軟件這兩大部分。其中，網元管理系統負責對核心網范疇中所有控制網元運行情況進行統籌管理，并根據移動通信運營商管理策略對網元進行合理配置，以支持對業務的快速部署以及對邏輯網絡結構的調整。網元軟件是核心網控制單元的軟件化載體，常見格式包括HSS、CSCF以及MSCe等。上述網元軟件可以在不同虛擬機上運行，基于對外接口實現網元軟件與非虛擬化網元的互通。除此以外，網元軟件可以以標準化格式將故障映射至相應虛擬機中，以便上層軟件能夠正確且快速地對故障進行處理。

3.4 服務管理層

面向云化的核心網體系中服務管理層主要包括OSS/BSS模塊以及虛擬化網絡服務編排這兩個部分。前者負責在虛擬化狀態下展開對核心網體系的管理維護以及計費，可支持對硬軟件狀態統計、上報、故障處理以及費用統計等一系列功能的實現；后者則需要負責在虛擬化網絡服務狀態下進行編排，主要具備網元生命周期管理、全局資源編排、核心網生命周期管理以及網絡服務策略管理等功能。

4 結束語

近年來，網絡設備平臺架構正不斷深化，網絡設備能力顯著提升。在這一背景下，電子信息產業與媒體信息數據的融合進一步加強，這對促進新網絡資源技術的快速進步與提升起到了非常重要的作用，對核心網網絡架構的發展與完善也有著非常重要的價值。本文重點圍繞面向云化的核心網架構體系進行分析，構建了基于物理硬件層、虛擬化層、網元應用層以及服務管理層這四大層級在內的核心網體系。

[1]薛淼，符剛，朱斌，等.基于SDN/NFV的核心網演進關鍵技術研究[J].郵電設計技術，2014（3）：16-22.

[2]余莉，張治中，程方，等.第五代移動通信網絡體系架構及其關鍵技術[J].重慶郵電大學學報（自然科學版），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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