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4.3 核心网之变

为了支持多场景、多业务灵活快捷地上线,支持网络功能的快速迭代和容量的弹性伸缩,5G的核心网相对于4G核心网产生了较大的变化,主要体现在基于SDN (Software Defined Network,软件定义网络)/NFV(Network Function Virtualization,网络功能虚拟化)的通用平台 [4,5] 、端到端的网络切片 [6] 和 SBA (Service-Based Architecture,服务化的架构)等 [7] 。本节将对核心网的变化进行深入阐述。

4.3.1 基于SDN/NFV的通用平台

5G基础设施平台将更多地采用基于通用硬件架构的数据中心,支持5G网络的高性能转发要求和电信级的管理要求,并以网络切片为实例,实现移动网络的定制化部署。

引入SDN/NFV技术,5G硬件平台支持虚拟化资源的动态配置和高效调度,在广域网层面,NFV 编排器可实现跨数据中心的功能部署和资源调度,SDN 控制器负责不同层级数据中心之间的广域互联。城域网以下可部署单个数据中心,数据中心内部使用统一的NFVI(NFV Infrastructure,网络功能虚拟化基础设施)层,实现软硬件解耦,利用SDN控制器实现数据中心内部的资源调度。

SDN/NFV 技术在接入网平台的应用是业界聚焦探索的重要方向。利用平台虚拟化技术,可以在同一基站平台上同时承载多个不同类型的无线接入方案,并能完成接入网逻辑实体的实时动态的功能迁移和资源伸缩。利用网络虚拟化技术,可以实现 RAN 内部各功能实体动态无缝连接,便于配置客户所需的接入网边缘业务模式。另外,针对 RAN 侧加速器资源配置和虚拟化平台间高速大带宽信息交互能力的特殊要求,虚拟化管理与编排技术需要进行相应的扩展。

SDN/NFV 技术融合将进一步提升5G 组网的能力:NFV技术实现底层物理资源到虚拟化资源的映射,构造VM(Virtual Ma chine,虚拟机),加载VNF(Virtual Network F unction,虚拟网络功能);虚拟化系统实现对虚拟化基础设施平台的统一管理和资源的动态配置;SDN技术则实现虚拟机之间的逻辑连接,配置端到端的业务链,实现灵活组网。SDN/NFV平台架构如图4.3-1所示。

图4.3-1 SDN/NFV平台架构

4.3.2 网络切片

网络切片是NFV应用于5G阶段的关键特征。一个网络切片将构成一个端到端的逻辑网络,按切片需求方的需求灵活地提供一种或多种网络服务。网络切片的架构主要包括切片管理和切片选择两项功能。

切片管理功能有机串联商务运营、虚拟化资源平台和网管系统,为不同的切片需求方(如垂直行业用户、虚拟运营商和企业级用户等)提供安全隔离、高度自控的专用逻辑网络。切片管理功能的实现包含以下三个阶段。

(1)商务设计阶段:切片需求方利用切片管理功能提供的模板和编辑工具,设定切片的相关参数,包括网络拓扑、功能组件、交互协议、性能指标和硬件要求等。

(2)实例编排阶段:切片管理功能将切片描述文件发送给 NFV M ANO (Management an d O rchestration,管理与编排)功能实现切片的实例化,并通过与切片之间的接口下发网元功能配置,发起连通性测试,最终完成切片向运行态的迁移。

(3)运行管理阶段:在运行状态下,切片所有者可通过切片管理功能对切片进行实时监控和动态维护,主要包括资源的动态伸缩,切片功能的增加、删除和更新,以及告警故障处理等。

切片选择功能实现用户终端和网络切片间的接入映射。切片选择功能综合业务签约和功能特性等多种因素,为用户终端提供合适的切片接入选择。用户终端可以分别接入不同的切片,也可以同时接入多个切片。用户同时接入多个切片的场景中将形成两个切片架构变体。

独立架构:不同切片在逻辑资源和逻辑功能上完全隔离,只在物理资源上共享,每个切片都包含完整的控制面和用户面功能。

共享架构:在多个切片间共享部分的网络功能。一般而言,考虑到终端实现的复杂度,可对移动性管理等终端粒度的控制面功能进行共享,而业务粒度的控制和转发功能则为各切片的独立功能实现特定的服务。网络切片功能架构如图4.3-2所示。

图4.3-2 网络切片功能架构

4.3.3 服务化架构

SBA是5G网络的基础架构,是5G核心网区别于传统核心网的显著差异。SBA的本质是按照“自包含、可重用、独立管理”原则,将网络功能定义为若干个可被灵活调用的“服务”模块。基于此,运营商可以按照业务需求进行灵活定制组网。

SBA网络架构具备以下三大特征:

· 松耦合的微服务;

· 轻量高效的服务调用接口;

· 自动化、智能化的服务管理框架。

在SBA中,网络功能间的交互由服务调用实现,每个网络功能都对外呈现通用的服务化接口、可被授权的网络功能或服务调用。而传统2G、3G、4G网络架构采用的是“点对点”的架构,网元和网元之间的接口需预先定义和配置,且定义的接口只能用于特定的两类网元间使用,灵活性不强。

3GPP在Rel-15选定了SBA接口的协议实现组合:TCP(Transmission C ontrol Protocol,传输控制协议)、HTTP(HyperText Transfer Protocol,超文本传输协议)/2、JSON(JavaScript Object Notation,JavaScript对象表示法)、RESTful、OpenAPI 3.0。这种协议设计带来诸多优点:便于采用新的互联网技术,实现快速部署,面向连续的集成和发布新的网络服务,便于运营商自有或第三方业务开发。

SBA 的协议将持续优化,如 HTTP/2 承载于 QUIC (Quick U DP Internet Connection,快速UDP互联网连接协议)/UDP(User Datagram Protocol,用户数据报协议),以及采用二进制编码方法CBOR(Concise Binary Object Representation,简明二进制对象展现)等是后续演进可能的技术方向。

SBA对运营商的价值在于以下几方面。

· 敏捷:服务松耦合,网络部署、维护、升级更快速、便利。

· 易扩展:轻量级的接口使得新功能的引入不需要引入新的接口设计。

· 灵活:通过模块化、可重用方式实现网络功能的组合,满足网络切片等灵活组网需求。

· 开放:新型 REST(Representational State Transfer,表现层状态转移)API (Application P rogramming Interface,应用程序编程接口)极大地方便了运营商或第三方调用服务。 EJjL283xhtTx8egQAdG1fk2CM72HF0RGtiJWQVw0YDhEmZJOvsvjEb/JTrHyPUPS

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