摘要：近年来，我国的5G通信技术有了很大进展，网络功能虚拟化电信云可以满足电信级高性能、高可靠性的部署需求，并具备统一编排和智能化调度的能力。目前部分核心网网元已经在虚拟化云资源池上开展了试点部署。结合目前NFV、5G核心网试验网试点情况从架构、组网、性能、可靠性以及机房环境角度阐述5G核心网对虚拟化云资源池的要求。
关键词：网络功能虚拟化；5G核心网；数据中心
引言
5G引入虚拟化技术实现无线网灵活可控、开放可定制的目标，也契合运营商网络转型方向。通过分析5G无线网架构，研究虚拟化技术在无线网中的应用，并介绍了运营商典型的无线网虚拟化方案，为组建面向业务、高度智能的5G网络提供借鉴。
15G的发展与挑战
2016年3月，第3代合作伙伴计划（3GPP）组织启动R145G标准研究项目，5G技术标准研究全面启动；2017年12月完成非独立组网（NR）标准；至2018年6月，3GPP组织确定了5G独立组网（SR）功能冻结，标志着5G的首个正式标准R15诞生。目前，5G已经完成全功能标准化工作的第一阶段。一些机构已经完成5G关键技术、R15技术标准和核心频段等方面的技术验证，实验性商业网络也已进入实用测试阶段，预计2020年正式推出商用服务。5G网络可实现2G、3G、4G、WiFi等接入的无缝集成，提供超过10Gbit/s的速度、低延迟、高可靠性、超高密度用户容量、高移动性等功能支持。3GPP组织定义了5G服务描述及需求[1]，超过74项服务和技术要求被分为3大类：即增强型移动宽带（eMBB）、海量机器类通信（mMTC）、高可靠低时延（uRLLC），5G核心网能同时支持这些应用场景，灵活性和适应性是5G核心网络的关键特征。在5G时代，数千亿台设备将连接到网络，但不同类型的设备和应用场景具有不同的网络要求，如何满足同一网络物理设施上的不同业务的服务质量（QoS）要求是5G技术关键点。
2电信云资源池架构
（1）NFV电信云资源池架构规划。NFV的引入将在基础设施层面形成以DC/资源池为中心的分层网络，所有的网络功能和业务应用都运行在云数据中心上。NFV颠覆以网元设备为中心的组网方式，DC/资源池布局应充分考虑网络架构层级和用户接入要求分层部署。根据网元特性和业务需求，DC/资源池需要规划2~3层。①区域DC：位于大区或省中心，数量较少，用于部署集中化、时延较不敏感的控制面和管理调度网元。②边缘DC：位于地市或区县，数量较多，用于部署分布化、高带宽、时延敏感的媒体、转发类网元。③接入AP：用于解决用户“最后一公里”接入问题，将存在专用设备、X86设备和虚拟化设备等多种设备形态。（2）5G核心网网元在各层级DC之间的位置。5G核心网网元建议仍遵循区域和边缘两级电信云DC进行规划建设，边缘计算设备可按需部署在更低的接入节点。区域云NFVI承载5G核心网控制面网元，UDM、PCF等网元和NFVI管理设备需存储大量的用户、日志、监控信息，对存储容量存在较大需求，需配备高性能大容量的存储设备，对特别重要的数据，建议采用磁阵。流量流向以东西向流量为主，应基于SDN集中式管理思路，加强对NFVI服务提供点（NFVI-POP）网络流量的精细化管控，实现流量实时调度和负载均衡。边缘云NFVI承载5G核心网用户面网元UPF，需配备转发加速设备。流量流向以南北向流量为主，需对UPF流量进行接入汇聚，并保证与外部公网的连接，重点要规划好物理和虚拟组网方案，保证交换机的南北向链路带宽，提供QoS能力。
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3无线网虚拟化技术
（1）无线资源虚拟化。无线资源包括频域资源、时域资源、空域资源、功率资源以及传输带宽等资源。无线资源的虚拟化是通过SDN/NFV技术，将这些资源池化，通过映射等手段，使无线网资源的调度和配置与具体的网络资源无关，即调度和配置时对无线网络资源进行屏蔽，从而达到对无线网资源的最大化利用。虚拟网络控制器负责网络虚拟化，根据业务需求自动生成网络拓扑，并向虚拟资源控制器申请网络资源。节点链路控制器是根据网络可分配资源和不同业务申请所需资源的情况，进行底层网络资源与网络需求的合理分配。（2）网络功能虚拟化.网络功能的虚拟化是通过NFV/SDN技术来实现。NFV技术（上层业务云化，底层硬件标准化）将网络功能转移到边缘云中的虚拟机（VMs）中，采用成熟商用的服务器（COTS），这些VMs通过SDN技术实现与核心云VMs的互联互通。虚拟机可以较为容易地实现资源的分配与隔离，即软件功能与硬件能力的解耦，从而支撑5G网络的切片。为了满足不同业务对时延等的不同需求，可以选择将网络功能设置在边缘VMs还是核心VMs。a）网络服务（NF）的管理和编排，包括面向业务场景的网络服务与编排、网络服务的生命周期管理。b）虚拟网元（VNF）的管理与编排，包括虚拟网元的生命周期管理、虚拟网元相关的虚拟资源管理、虚拟网元的配置管理。c）虚拟资源的管理和编排，包括NFV基础设施虚拟资源管理。无线侧网络功能虚拟化，实现网络承载能力与覆盖需求的分离，使得网络节点能力的配置不受物理位置的限制，从而更好地为5G切片服务。
4可靠性要求
（1）系统架构可靠性要求系统中不能存在单点故障，因此需要分别从云管理系统、网元应用层、虚拟资源层、硬件资源层考虑冗余模型，满足业务SLA（服务水平承诺）要求。（2）虚拟层可靠性要求虚拟层关键进程具备冗余能力，关键进程包括数据库、消息队列、VIM服务，其它重要进程具备故障检测和恢复能力。虚拟层高可用集群具备自我保护能力，能够有效监测并恢复自身守护进程，能够正确处理脑裂问题。支持数据库、消息队列的同步镜像功能；支持集群配置数据（软件许可、根证书、SSH密钥、各类密码、已分配的网络地址及分布式存储ring等）的持久化功能；支持主机节点的运行状态监测；支持虚拟机亲和性和反亲和性策略的生效情况监测；支持网络链路的健康状态监测；支持网络的亚健康状态监控；支持存储使用情况监控；支持虚拟机运行状态监测；支持虚拟层自我监控。（3）VNF软件可靠性要求软件自身需要具备高可靠性机制，在底层出现故障时，能够快速切换到备用的模块，保证业务的连续性。（4）MANO可靠性要求MANO（NFVO/VNFM/VIM）对上层应用和管理系统提供高可靠的资源申请、调度通道，要求云管理系统提供高达99.999%的可靠性。MANO（NFVO/VNFM/VIM）与硬件、虚拟化层保持一定的隔离；MANO可独立升级；MANO（NFVO/VNFM/VIM）需要提供备份恢复能力。
结束语
综上所述，5G移动网络即将启动商用，网络虚拟化及软件定义的网络切片可以很好地提高5G差异化服务部署的灵活性和开放性。5G核心网虚拟化云资源池部署需要结合前期核心网NFV运维经验，充分考虑组网、性能、可靠性以及机房环境的要求，在保证安全性的同时，实现硬件资源共享，增强系统灵活性，提升维护管理效率。
参考文献：
[1]翟振辉，邱巍，吴丽华，等.NFV基本架构及部署方式[J].电信科学，2017（6）：179-185.
[2]吴丽华，沈蕾.NFV资源池规划与部署方案[J].电信科学，2018（6）：99-106.
[3]杨旭，肖子玉，邵永平，等.面向5G的核心网演进规划[J].电信科学，2018（7）：162-170.
作者简介：罗丽娟（1979-），女，汉族，湖南祁阳人，本科，助理通信工程师，主要从事交换设备维护工作。
论文作者:罗丽娟
论文发表刊物:《基层建设》2019年第21期
论文发表时间:2019/10/16
标签：资源论文; 网络论文; 核心网论文; 功能论文; 业务论文; 设备论文; 能力论文; 《基层建设》2019年第21期论文;