面向云化的核心网的架构分析

柳勤



面向云化的核心网的架构分析

柳勤

中兴通信股份有限公司，江苏 南京 210012

核心网云化可以实现对硬软件设施的有效连接，实现硬软件资源的全面共享，对提高业务处理能力，提高资源利用效率以及控制网络成本有非常重要的意义与价值。基于对传统核心网存在问题的分析，指出面向云化核心网建设的必要性，最后给出了面向云化核心网的架构体系，望能够促进核心网运行效率的提升与优化。

核心网；云化；架构

在全球移动通信技术快速发展的背景下，数据业务发展速度是非常迅速的。并且，数据业务在发展过程中对网络信息容量的需求明显增大，这对于传统意义上的网络架构而言是非常大的挑战。基于云化的核心网架构可以确保资源利用效率的可靠与稳定，这也正是未来核心网快速发展的趋势与方向。但核心网架构在面向云化发展的过程中还面临着一定的挑战，必须从体系架构的角度上入手进行完善，以更好地面向移动通信提供服务与支持。

1 传统核心网存在问题

传统意义上的核心网由硬件、软件直接构成，基于专业技术的应用确保核心网运行可靠，提供高性能网元支持[1]。核心网中含有类型众多的网元，但硬件资源缺乏共享性且存在系统瓶颈的问题，直接依赖于硬件提升系统性能，造成了管理成本与投资成本的增加。与此同时，核心网中资源分布区域性分散程度较高，严重威胁数据运维工作效率。更加重要的一点是：传统核心网架构中网元功能是基于实体实现应用，若应用容量高于承载水平，将会在物理网元层面上无法进行关联，直接影响平台共享性，因此这必须引起业内人士的关注与重视。

2 核心网云化必要性分析

面向云化核心网架构的必要性体现在以下三个方面：第一，由于传统意义上使用核心网存在建设时间过长的问题，数据应用缺乏灵活性，因此必须在网络硬软件系统应用过程中进行适当的调试与安装；第二，CPCI在核心网架构体系中网元结构过多，资源缺乏共享性，会在一定程度上对投资成本产生影响，需要通过面向云化构建核心网的方式提高运行效率；第三，在面向虚拟化和业务能力开发方面，之前传统网架机构体系协议在程序上过于繁琐，且在网络开放上存在较大困难。核心网在云化之后，能够将 SDN 技术理论融入到核心网云化中被应用，在一定程度上能够简化网络体系结构，这对资源在设备中是否被合理利用以及是否能有效运转都能起到一定作用。

3 核心网架构体系

核心网的云化包括功能软件化、硬件云资源池化以及业务统一编排的一体化集成[2]。对于移动通信运营商而言，面向云化的核心网架构自上至下包括服务管理层、网元应用层、虚拟化层以及物理层这四个部分。其架构如图1所示。

图1 面向云化的核心网架构示意图

3.1 物理硬件层

物理硬件层是面向云化核心网体系的最基础层。通过实施物理设备的方式对虚拟化环境下的硬件服务器、储存设备以及网络基础设施进行集中管理，搭载基于云化的管理方式确保虚拟化层物理基础设备运行的可靠性、统一性以及稳定性。本层一方面可实现硬件设备的计算储存功能，另一方面能够面向内外部设备提供联通支持。

3.2 虚拟化层

虚拟化层可以实现操作系统与物理硬件的相互分离，使不同操作系统下所对应的虚拟服务器终端能够搭载于同一物理服务器运行，也能使核心网硬件资源得到最大限度的应用。面向多个虚拟服务器终端全面共享物理服务器硬件资源，也可支持通过虚拟服务器管理平台统一管理，在减少服务器终端购置投入的同时提高服务器硬件利用效率。虚拟化层主要包括虚拟机和Hypervisor这两个部分。其中，虚拟机通过软件模拟逻辑层计算机系统的方式，使其具备完整的计算机功能。在隔离环境中运行，并通过搭载不同网元软件的方式支持网元功能的实现；Hypervisor可支持XEN、EXSi以及KVM等多种格式，可实现对物理资源的分区与隔离，并协调虚拟机对硬件资源的访问，在虚拟化层各个虚拟机之间进行防护。在核心网服务器启动执行Hypervisor的条件下，对所有虚拟机客户端对应操作系统进行同步加载，并可根据实际需求将内存、CPU、磁盘以及网络资源分配至不同虚拟机中。

3.3 网元应用层

在面向云化的核心网体系中，网元应用层的最主要功能是对虚拟化网元生命周期进行全面管理，包括自动部署以及弹性伸缩等功能，对多种类型的核心网网元有良好支持，包括EPC、IMS、以及EMS等。除此以外，网元应用层还可与Orchestrator协调配合的方式完成虚拟化后对网络服务的编排。控制面网元经软件化处理后可部署于VM上，执行基于3GPP定义的网元功能，与非虚拟化状态下保持一致。在网元应用层中，主要构成包括网元管理系统以及网元软件这两大部分。其中，网元管理系统负责对核心网范畴中所有控制网元运行情况进行统筹管理，并根据移动通信运营商管理策略对网元进行合理配置，以支持对业务的快速部署以及对逻辑网络结构的调整。网元软件是核心网控制单元的软件化载体，常见格式包括HSS、CSCF以及MSCe等。上述网元软件可以在不同虚拟机上运行，基于对外接口实现网元软件与非虚拟化网元的互通。除此以外，网元软件可以以标准化格式将故障映射至相应虚拟机中，以便上层软件能够正确且快速地对故障进行处理。

3.4 服务管理层

面向云化的核心网体系中服务管理层主要包括OSS/BSS模块以及虚拟化网络服务编排这两个部分。前者负责在虚拟化状态下展开对核心网体系的管理维护以及计费，可支持对硬软件状态统计、上报、故障处理以及费用统计等一系列功能的实现；后者则需要负责在虚拟化网络服务状态下进行编排，主要具备网元生命周期管理、全局资源编排、核心网生命周期管理以及网络服务策略管理等功能。

4 结束语

近年来，网络设备平台架构正不断深化，网络设备能力显著提升。在这一背景下，电子信息产业与媒体信息数据的融合进一步加强，这对促进新网络资源技术的快速进步与提升起到了非常重要的作用，对核心网网络架构的发展与完善也有着非常重要的价值。本文重点围绕面向云化的核心网架构体系进行分析，构建了基于物理硬件层、虚拟化层、网元应用层以及服务管理层这四大层级在内的核心网体系。

[1]薛淼，符刚，朱斌，等.基于SDN/NFV的核心网演进关键技术研究[J].邮电设计技术，2014（3）：16-22.

[2]余莉，张治中，程方，等.第五代移动通信网络体系架构及其关键技术[J].重庆邮电大学学报（自然科学版），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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