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MBB Core云化演进之路

2016-08-05 文/王岩 尹东明

MBB核心网云化演进已成为趋势

  自2006年Google首先提出云计算的概念以来,经过10年的发展,云计算技术已经非常成熟并得到了广泛的应用,伴随着NFV/SDN技术的发展,电信网络的云化也越来越受到业界的关注,经过几年的摸索,现在NFV/SDN技术已经进入了实质性商用阶段,电信网络云化已经成为运营商网络转型的趋势,业界已经认识到,电信网络云化将带给运营商以下价值。

敏捷的业务创新

  在传统电信网络软硬件一体的模式下,网络要实现新业务往往同时涉及软件和硬件的开发,也需要经过完整的软件和硬件测试,在交付建设中则需要经过长时间设备运输、硬件安装和调测,导致新业务往往需要数月甚至数年才能上线,从而错过了商业机会,也在市场竞争中落后。

  通过引入NFV技术实现软件和硬件的解藕,新的业务只需要进行软件的开发和调测,交付过程也只需要进行软件安装,大大加快了新业务和新功能的开发、上线和迭代的速度,使运营商的新业务开通时间从原来的数十个月缩短到几周甚至几小时,将业务快速转变为收入,而运营商从传统的电信运营模式向高效的互联网化模式转型也成为了可能。

自动化运维

  传统设备的网络功能基于特定硬件运行,故障发生时往往需要人工干预进行修复,甚至需要及时更换硬件来排除故障。在引入虚拟化技术后,由于软硬件的解藕和硬件的通用化,当故障发生时,系统可以自动地将软件迁移到其它正常的硬件上运行,而故障硬件也无须即刻处理,只需隔离并等待集中处理即可,这既缩短了故障中断时间也大大提升了运维效率。

  同时,在系统业务量发生变化时,也不需要像传统设备一样进行硬件扩容,系统可以自动申请更多的资源来扩大容量,或自动释放一些不需要的资源以实现资源的有效利用。随着更多新业务的使用,“快生快死”的互联网模式使得在业务上线和生命周期管理中已经不太可能进行大量的人工干预,因此,网络的自动化和智能化运维成为必然趋势。

面向下一代网络平滑演进

  随着VR/AR(虚拟现实/增强现实)终端和无人机等新型电子设备的兴起,芯片、传感器、低功耗、云平台、分布式计算和大数据等技术也日渐成熟,人类社会即将迈入全联接时代。万物互联的移动信息社会将对下一代移动通信网络提出新的要求。

  进入5G时代,以自动驾驶、远程医疗、虚拟现实和智能电网等为代表的新兴领域和市场将依赖于移动网络提供的通信服务,当通信行业从当前主要提供人与人之间的通信服务扩展到向大规模物联网和各垂直行业提供服务时,业务应用场景将千差万别,对网络的要求也呈现出巨大的差异化,所以在统一的物理基础设施上建设面向各类业务的差异化网络切片将是未来的建网模式。当前的网络通过NFV改造后,物理基础设施部分在未来是可以重用的,只要软件功能部分进行重构就可以实现网络切片,这样将使网络的演进更加平滑。

MBB核心网云化演进的节奏

MBB核心网构架的两阶段演进

  考虑到技术和标准的逐步成熟以及新业务的逐步普及,未来网络构架的演进将分为两个阶段进行:在第一阶段,网络将引入NFV和云化技术,通过软硬件分离将现有网元实现软件化,并运行在通用硬件上,实现基础设施的通用化改造以及资源的弹性和业务的灵活性,为进一步网络功能的重构奠定基础;在第二阶段,现有的网元例如SGSN、GGSN、MME和P/S GW等将会按照功能的颗粒度来进行重新设计和构造,以支持可编程的网络建设模式。

Cloudification阶段:MBB核心网基础构架云化改造

  在演进的第一阶段,网络的改造首先是硬件基础设施的改造,网络将从使用传统专有硬件的建设模式转变为使用通用硬件建设,在此过程中,需要解决通用硬件带来的可靠性和性能方面的问题,以及物理网络的拓扑规划、机房和传输的改造等问题,并逐步形成NFV硬件性能的benchmark和硬件标准规范。

  另一方面,NFV作为新技术和新构架也将促使人员技能和组织流程的优化与更新。虚拟化技术使得多种应用以多租户的形式运行在统一的平台上,以前按照纵向烟囱式设置的组织结构需要更多的水平拉通,一些以前需要人工处理的环节和流程也将转向自动化,所以NFV技术也将成为运营商数字化转型重要的驱动力和支撑。同时,网络将变得更开放、功能扩展更容易,这将带来很多业务和商业模式上的创新,这些创新也将为最终的目标网络做好新业务和新生态环境上的准备。

Cloud Native阶段:实现可编程的MBB核心网目标构架

  在云化演进的第二阶段,云化技术将不仅应用于基础设施和网元,还将应用于网元内的功能模块,所以被称为Cloud Native。

  在第二阶段的目标网络构架里,传统的网元将不再存在,取而代之的是按照服务单元和功能单元重构的模块,各模块将按照网络切片的要求生成并进行组合,此过程被称为可编程。由于经过第一阶段的改造,网络基础设施已经实现了云化和通用化,所以从第一阶段到第二阶段的演进将相对平滑,主要是功能的重构以及建网、运营和运维模式的切片化。

  同时,在新业务的商业模式和生态环境上,由于第一阶段已经具备了静态切片功能,可以为一些新业务和垂直领域提供有限的切片服务,所以第二阶段的大规模、自动化切片模式已经具备了初步的商业和生态环境。

MBB核心网云化演进的关键技术

  为实现目标网络的演进,系统需要具备以下关键技术。

Cloudification阶段关键技术之一:NFV与云化

  在MBB网络演进的第一阶段引入了NFV技术,但通常所说的NFV技术仅能实现虚拟化功能,即实现电信设备的软硬件分离,这对于电信网络向新的基础设施架构演进是不够的。例如:网元级的虚拟化还依赖于传统电信模式下的1+1备份来提供可靠性保障,但由于硬件的可靠性已经降低,在此模式下将无法达到电信级的可靠性保障。所以网络仅仅虚拟化是不够的,还需要在网元级别引入云化技术,将网元中记录用户信息的有状态部分进行分布式的多份备份,以确保可靠性;而将无状态的计算处理部分减少备份,甚至不进行备份,以提高资源效率。通过网元的云化,系统将在3个9的硬件上实现5个9的可靠性,同时网络资源的使用也将更加弹性和高效。

Cloudification阶段关键技术之二:网关用户面和控制面的分离

  网关用户面和控制面分离(CU分离)通过剥离网关复杂的控制逻辑,将其功能保留在集中化的传统网关或集成到融合的控制面,不仅可以有效降低网关分布式部署所带来的成本压力,同时也可以化解信令路由迂回和接口负担等问题。

  网关CU分离首先要做到功能轻量化,剥离复杂的控制逻辑功能;其次要对保留的核心基本功能进行建模,定义出通用转发面模型和对象化的接口,以实现转发面的可编程,支持良好的扩展性;最后,在复杂业务功能被剥离的基础上,实现配置轻量化,支持一键式部署。

Cloud Native阶段关键技术之一:控制面SOA化重构

  控制面重构将重新定义控制面的网络功能,以实现网络功能模块化,然后通过网络功能的按需配置和定制满足网络切片的多样化需求;同时由于模块化之后网络功能之间是去耦合的,可以独自演进和更新,从而缩短了新业务的上线时间。例如,核心网的控制面功能可以重构为用户数据管理、鉴权与安全、策略、会话管理、与RAT相关的移动管理功能、小数据传输、近距离通信,以及MBMS等多个功能模块,这些网络功能可以根据运营商网络支持的应用场景按需配置和部署。

  控制面重构的关键技术包括控制面功能的整合与解耦,以及网络数据的融合与网络功能的治理(NF Repository Function)。其中网络功能的治理就是将重构过的控制面各功能模块挂接在SOA总线上,进行网络功能的注册、相互发现和状态检测等,通过网络功能的实时在线治理,实现网络功能之间的互联、网络功能的灵活部署和可靠运行。

Cloud Native阶段关键技术之二:用户面面向可编程模型重构

  之前用户面的功能定义、处理的报文格式以及拓扑关系都是经过较长时间的标准化明确定义的,无法根据需求变化实现灵活的定制。网关实现CU分离后,使得用户面可以由严格定义的封闭系统变得更加灵活和开放。通过对用户面进行重新建模,将用户面的各项功能进一步分解和抽象为设备、链路、用户、承载、会话、流和策略等不同级别的实体对象,使得控制面可以通过可编程接口指示用户面创建、更新和删除相关的实体对象,并且根据用户签约数据和业务策略等为实体对象赋予相关的策略对象,编排实体对象之间的顺序,从而达到对该用户业务数据的控制。用户面借鉴对象化建模思想,通过编排实体对象和策略对象之间的关系使用户面具备高度灵活的可编程性,满足不同网络切片中多样化的业务需求,并大幅减少新业务上线的TTM时间。

  在IT领域,类似的可编程模型被用于路由控制方面,例如采用OpenFlow的SDN模型集中控制数据流的路由,但由于电信业务需要基于用户数据业务进行动态策略控制,所以OpenFlow模型并不适合MBB核心网的目标构架,而需要根据电信业务的策略特征和对象特征来重新建模,通过将控制面和用户面控制功能相结合的模型实现用户面的可编程。

云化助力运营商构建未来竞争力

  作为MBB网络演进第一阶段的解决方案,华为的CloudEdge率先实现了云化构架,帮助运营商构建高效、高可靠的MBB网络,并通过开放性设计和提供系列工具支持运营商快速、可靠的商用能力。截止到2015年Q4,华为CloudEdge解决方案已经完成了包括VDF、DT、FT、TEF和AM等大T在内超过50家运营商网络云化改造的PoC测试和预商用,并已经签署了18个商业合同,建成了欧洲第一个基于NFV的CloudEPC网络,在印尼建成了业界最大容量的CloudEPC网络,在MBB网络云化建设上积累了丰富的经验。

  同时,华为也在积极推动产业和标准的成熟,在全球已经建立了3个OpenLab实验室,华为会继续加大投入,与业界一起构建一个面向未来网络架构的更加健康的生态系统。

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