5G核心網關鍵技術布局及應用

孔珍

目前，5G已經成為數字經濟發展不可缺少的部分，賦能各行業領域。5G面臨的是滿足不同用戶的個性化需求，實現多場景的實際應用。這就對5G核心網的編排架構與管理提出了更高的功能和性能要求。本文基于微服務的方式，對5G核心網提出了新的編排架構和管理方式，能夠實現用戶個性化對網絡資源的延展應用，同時具備較好的容災能力，有效提高5G核心網的利用率。

5G核心網的系統架構包括兩個方面：一是應用面；二是管理與編排面。5G核心網應用面包括了網絡占用資源，以及基礎層、虛擬層和服務層。5G核心網的管理與編排實現了5G核心網的網絡層到資源層的管理與編排。5G核心網系統架構示意圖如圖1所示。

（一）服務層

5G核心網的服務層在3GPP標準下包括了所有網絡功能。不同的網絡功能在不同的虛擬技術支撐下，可以在虛擬機和容器中實現運行。大多數的網絡功能都可以通過5G核心網的網元接口進行數據通信，對于特殊的網絡功能可以通過開放式N4接口與會話管理的通信。同時，由于5G核心網的網絡層已經完全地址化，因此，無論是基于虛擬機還是容器的方案，都能夠支撐各個網絡功能之間的數據通信。置于服務層的網絡功能也可以采取調用接口（API）暴露的方式，支持第三方對5G核心網的內部功能服務進行調用。

（二）虛擬層

5 G核心網的虛擬層采用虛擬機監視器（Hypervisor）實現對于網絡底層數據的計算和存儲，其原理是將虛擬機作為網絡功能的載體，可以采用Virtual PC等虛擬機技術實現。還可以在虛擬層采用容器運行時（Container Runtime）的虛擬化方式，例如Docker 容器技術等，再綜合判斷5G核心網虛擬機操作的便捷性和安全性，兩者的結合使用有可能造成網絡資源利用率下降的問題。

（三）基礎層

包括了對5G核心網基于虛擬化技術（NFV）支持下，全部網絡資源、數據計算和存儲的集合。5G核心網在NFV結構下，通常配置為x86通用服務器。由中央計算單元支撐數據計算；內存單元、硬盤驅動器和固態硬盤支撐數據存儲；網絡帶寬作為網絡資源。

本文參考了基于虛擬化技術（NFV）和基于微服務的管理與編排（MANO），重構了5G核心網的架構，其管理與編排結構如圖2所示。

5 G核心網微服務架構模式采用應用層協議（RESTful HTTP）實現網絡功能的數據通信，每一個單獨的網絡功能都建立了屬于自己的數據庫，不同的網絡功能之間相互獨立，不會存在干擾問題，通過數據通信和調用完成5G核心網的管理與編排任務。API網關提供了良好的Web操作界面，而且是5G核心網微服務管理與編排數據集中的出入口，對雙向的數據通信請求進行集中匯聚，用戶通過界面操作完成基于微服務的管理與編排流程。

（一）5G核心網管理與編排

5G核心網基于微服務的管理與編排流程主要包括五個方面，涵蓋了5G核心網整個生命周期，分別是創建、實例化、擴縮容、終止和刪除。5G核心網實例創建成功之前，數據信息沒有被存儲于數據庫表中，其狀態為空（NULL）。在對5G核心網進行管理與編排操作時，大部分操作都會觸發5G核心網實例狀態發生改變，只有在進行擴縮容操作時，其實例狀態才不會發生改變。

（二）5G核心網實例創建

NSD是來自于虛擬化技術中的概念，一個NSD包含了實例化一個網絡服務所需要的全部信息。因此，在創建5G核心網實例之前，需要創建并存儲NSD，流程如下。

運營商根據客戶應用場景的實際需求，將5G核心網實例的所有性能指標轉換為應用部署方案，對NSD進行調用，以此創建描述符，最終集中匯聚NSD。描述符的參數存儲在數據庫中，待全部創建完成再進行NSD發布。

運營商通過調用鏡像管理的創建接口，按照5G核心網的要求，向網絡私有倉發送5G核心網的鏡像數據。

運營商必須獲得全部NSD之后，才能創建新的5G核心網實例。

運營商將NSD的ID作為 HTTP POST 請求體，在選取完要創建的5G核心網實例后，向編排功能發送創建實例請求。

編排管理根據NSD的ID，在收到創建核心網實例請求后，對查詢接口進行調用，最終獲得完整的NSD對象。

編排在數據庫表中創建核心網實例的信息，根據NSD對象信息依次創建所有核心網實例，將全部核心網實例狀態都設置為NOT_INSTANTIATED。

當響應了編排核心網實例創建成功時，并沒有完全實例化，不會占用任何網絡資源。

本文提出了基于微服務的5G核心網管理與編排架構，重點對管理與編排流程和網絡功能進行了詳細的研究與設計。實現了5G核心網管理與編排流程以及網絡功能之間的調用。基于微服務化的5G核心網管理與編排架構具備良好的可行性，且其在性價比、資源利用率以及容災功能上有著顯著成績。

作者單位：中通服咨詢設計研究院有限公司