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虚拟化核心网大区部署探讨

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

作者:金友兴来源:中兴通讯|2018-11-16 16:09

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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