虚拟化核心网大区部署探讨

Posted 2021-05-02 ZTe刊

NFV技术使得网元的软件与底层的硬件解耦、VNF的部署不再依赖专用硬件，为网络集中化、规模化部署提供了可能。本文对虚拟化核心网大区集中部署做简要分析

网络功能虚拟化（NFV）是核心网的发展趋势，目前NFV核心网已经在全球得到了大规模商用。NFV最重要的特点就是采用通用的硬件和虚拟层（NFVI）为上层各个虚拟化网元（VNF）提供统一的运行资源，NFV技术为VNF的灵活部署、快速上线、智能及自动化运维、网络转型等提供技术基础。NFV技术使得网元的软件与底层的硬件解耦、VNF的部署不再依赖专用硬件，为网络集中化、规模化部署提供了可能。本文对虚拟化核心网大区集中部署做简要分析。

大区集中部署是与分省部署比较而言的。目前的电信网络（物理化设备）中，每个省份都有自己独立的机房、独立的硬件和软件、BOSS等，省份之间的资源完全独立，无论硬件还是软件，都是按省份独立维护。大区集中部署是指多个省的网络设备组成大区集中部署和集中运维，为本大区的所有用户提供网络服务。一般而言，大区DC内集中部署业务类网元、数据管理类网元、控制面网元以及对时延不敏感的用户面网元。根据大区的地理区域跨度大小按需部署用户面网元：地理区域跨度小的大区，4G EPC用户面以及5G eMBB场景UPF可在大区集中部署；地理区域跨度大的大区，4G EPC-U以及5G UPF下沉到边缘DC或者接入DC部署（见图1）。

大区集中部署需要考虑的问题

核心网大区集中部署与目前按省份部署的网络差异很大，需要综合分析，重点考虑下列问题。

● 传输

大区集中部署，意味着流量需要汇聚。控制面流量和用户面流量（全部或部分）需要汇聚到集中部署VNF的数据中心（DC），需要新建或改造现有的传输网络，尤其是无线网络与核心网之间的传输网络改造。无线网络分布式部署在各个省份，核心网集中化意味着回传网络必须在大区汇聚，大区的用户规模越大，对传输的带宽要求越高，并且随着用户流量的增加，对传输网络的带宽要求会进一步提高。

● 时延

无线网络中，不同的业务有不同的QoS要求，有时延不敏感的业务（如NB-IoT）、时延敏感类业务（如实时游戏、语音、实时视频等）、超低时延业务（如网络自动驾驶、工业控制等），业务部署必须考虑满足不同QoS的要求，用户体验不降低。

● 容灾

大区集中部署，必须考虑容灾方式，保证容灾能力与现有的分省份部署相同。

● 互操作

大区集中部署，必须考虑与省份的现存网络进行互操作，满足业务连续性要求，提升用户体验。

● 业务迁移

大区集中部署与现有省份业务会长期并存，必须制定长期计划，保证大区用户平滑地从省份迁移到大区。

● 资源利用率

 大区集中部署，必须关注资源利用率的提升，发挥集约化的优势，挖掘云化网络的潜力，提升资源利用率。

● 运维

大区集中部署的一个优势是资源池规模大，NFVI和VNF可以集约化运维，必须部署自动化工具，提升运维效率；大区内适合采用大数据分析、人工智能（AI）等技术提升运维自动化水平，降低维护成本。

● 大区和省份协调

核心网集中在大区，无线网络和现有网络还在省份，要考虑大区和省份的协调工作，以及组织架构变化、职责划分、故障处理流程、业务发展协调、差异化运营等问题。

用户面部署形态分析

核心网大区部署场景下，控制面网元采用NFV设备，已经是共识，用户面网元（比如4G GW-U和5G UPF）的部署形态是当前关注热点之一。用户面部署要满足三大需求、基于四大选择因素（见图2）。

三大需求

● 高性能、低成本

以较低的成本提供高吞吐和低时延能力，满足流量爆炸式增长和高带宽低时延业务需求。

● 按需部署

具备快速部署、位置动态调整、新业务快速使能和弹性资源扩展能力，实现垂直行业个性化服务质量需求。

● 持续演进能力

平滑演进支持4G/5G融合用户面，统一接入支持语音和数据连续性。

用户面选择四大因素

● 性能

用户面不仅需要支撑当前EPC场景，也必须满足未来5G 高流量增长的需求。随着资费降低和越来越多高带宽业务的兴起，用户流量持续大规模增长，用户面的性能必须匹配流量增长。随着通用服务器性能的提高，目前基于NFV架构的性能已经与传统设备对齐，并且随着通用CPU性能的快速提升以及软件加速、硬件加速技术的发展，NFV架构的用户面性能在快速提升。

● 成本

在当前取消数据漫游费及不限流量套餐用户快速增加的情况下，如何降低TCO是运营商面临的问题。传统专用CPU设备演进速度慢，成本不可控，而NFV设备成本透明，采购成本下降速度比传统设备快。大区集中部署，便于集约化运维和管理，大幅降低运维成本，提高资源利用率。

● 架构

用户面的架构需要满足按需、弹性和长期演进需求。5G网络中的业务特性千差万别，用户的QoS差异很大，要求用户面可灵活部署，满足不同差异化需求。传统用户面设备基于固化的硬件架构，无法扩展和弹性部署，而NFV的用户面设备非常匹配灵活部署要求，在5G切片化部署场景下，NFV设备更能满足用户需求。

● 成熟度

用户面形态选择需要依赖成熟的产业链，虚拟化设备在IT领域中已经大规模部署，在CT领域，全球已经有几个百vEPC商用网络在稳定运营，积累了较为丰富的经验。

综上分析，虚拟化用户面架构更先进，硬件成本透明，运维成本低，扩展性好，满足网络关键需求和长期演进目标，在满足QoS的条件下，用户面部署在大区可以做大资源池，提高资源池利用率，提升维护效率。

核心网大区集中部署，给网络建设带来了诸多挑战，运营商需要从自身的需求和条件出发，进行各因素的综合评估和合理规划。虚拟化形态的用户面具有综合优势，在大区建设中，建议采用NFV用户面，可以满足4G/5G网络关键需求，匹配长期演进目标，降低网络建设TCO。

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