移動核心網(wǎng)虛擬化影響和演進探究

彭 楠

（廣東省南方電信規(guī)劃咨詢設(shè)計院有限公司，廣東 深圳 518038）

眾所周知，在當前數(shù)據(jù)大爆炸的時代背景下，移動網(wǎng)絡(luò)的容量與性能都需要不斷提高才能滿足當前社會發(fā)展現(xiàn)狀。移動寬帶業(yè)務(wù)的快速發(fā)展，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)壓力不斷變大，進而數(shù)據(jù)流量不斷增長，移動運營商想要持續(xù)發(fā)展，就需要結(jié)合實際情況對相關(guān)設(shè)備進行優(yōu)化升級，這樣一來無疑增加了維護成本。移動核心網(wǎng)理念的提出與推行，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的利用率得以提高，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)多網(wǎng)融合等功能，為客戶帶來良好的業(yè)務(wù)應(yīng)用體驗。

1 移動核心網(wǎng)虛擬化的影響

相較于傳統(tǒng)移動核心網(wǎng)的運行情況來看，虛擬化技術(shù)的引進使得不同網(wǎng)絡(luò)功能之間可以共同享受底層虛擬資源與硬件資源。在擴容方面，傳統(tǒng)移動核心網(wǎng)的功能實現(xiàn)主要是以網(wǎng)元為單位，通過單板或者整機粒度進行擴容，整體靈活性較差。但是移動核心網(wǎng)虛擬化的應(yīng)用，支持更細的粒子組件，可以通過生命周期管理方式，使得核心網(wǎng)中的資源粒度得以擴展，擁有較好的靈活性。

在移動核心網(wǎng)的運維方面，傳統(tǒng)移動核心網(wǎng)運維過程中，運維人員需要結(jié)合核心網(wǎng)中的網(wǎng)元粒度垂直負責網(wǎng)元的運維工作，移動核心網(wǎng)虛擬化的實現(xiàn)，改變了傳統(tǒng)運維工作中的分工模式，運維人員需要結(jié)合核心網(wǎng)中的網(wǎng)元功能以及基礎(chǔ)設(shè)置，不斷細化運維工作。移動核心網(wǎng)虛擬化以后仍然需要遵循3GPP規(guī)范，采用計費話單形式與現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備進行對接[1]。

圖1 移動核心網(wǎng)虛擬化場景

在移動核心網(wǎng)性能方面，傳統(tǒng)的移動核心網(wǎng)設(shè)備主要采用軟硬件耦合的開發(fā)模式，按照核心網(wǎng)運營需求進行設(shè)置，保證核心網(wǎng)的各項功能。在移動核心網(wǎng)虛擬化中，虛擬網(wǎng)絡(luò)的性能取決于多個方面，包含有移動運營的基礎(chǔ)設(shè)備、虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能等多個層次，因此在應(yīng)用過程中性能實現(xiàn)方面可能會存在多種瓶頸，導(dǎo)致移動網(wǎng)運營性能受限[2]。下圖為核心網(wǎng)虛擬化運行場景示意圖。

2 移動核心網(wǎng)的現(xiàn)存問題

2.1 移動核心網(wǎng)封閉僵化

在當前現(xiàn)代信息化社會不斷發(fā)展過程中，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)逐漸普及，移動運營商的業(yè)務(wù)量在此背景下逐漸增加，各種新業(yè)務(wù)不斷出現(xiàn)。在此情況下，運營商要根據(jù)自身情況，不斷引進新型設(shè)備，對現(xiàn)有設(shè)備進行優(yōu)化升級，只有這樣才能夠提高設(shè)備性能，使得設(shè)備能夠穩(wěn)定運行[3]。但是根據(jù)移動核心網(wǎng)的現(xiàn)存情況來看，移動核心網(wǎng)較為封閉并且僵化，不能滿足新業(yè)務(wù)的對網(wǎng)絡(luò)開放性、高效性的需求，為移動核心網(wǎng)的持續(xù)運行帶來阻礙。

2.2 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備資源無法共享

典型運營商在完成網(wǎng)絡(luò)部署工作后，如果要對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進行優(yōu)化升級，那么將會在一定程度上受到設(shè)備制造商的制約，因為新業(yè)務(wù)的關(guān)系，各類型新型設(shè)備增加，設(shè)備之間的業(yè)務(wù)融合難度較大。再加上不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間通常情況下都是由不同廠家開發(fā)完成，因此擁有自己專用的應(yīng)用平臺，運營維護管理系統(tǒng)也有所不同，因此設(shè)備無法實現(xiàn)資源共享[3]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)部署缺乏彈性

通常情況下移動核心網(wǎng)在運營過程中無論是在容量擴充還是縮小方面，流程都較為復(fù)雜，需要從硬件安裝、軟件配置等方面考慮，因此核心網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)部署周期普遍較長，需要大量的人力資源與物力資源支持。這一現(xiàn)象導(dǎo)致移動核心網(wǎng)的部署沒有彈性，設(shè)備本身的擴展性受到限制，進而無法滿足業(yè)務(wù)量增長的需求。

3 移動核心網(wǎng)虛擬化需求

3.1 大容量

根據(jù)當前移動核心網(wǎng)的發(fā)展情況來看，數(shù)據(jù)流量的增長在一定程度上也增加了網(wǎng)元的容量與數(shù)量。當數(shù)據(jù)量突發(fā)、終端與網(wǎng)絡(luò)交互頻繁以及永遠在線的情況下，對于移動核心網(wǎng)而言，除了空口資源會受到一定限制之外，核心網(wǎng)內(nèi)部控制面板信令的處理以及用戶面的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)發(fā)等，都可能會對核心網(wǎng)的運行帶來一定挑戰(zhàn)。因此，核心網(wǎng)在運行過程中一定要擁有足夠的容量進行應(yīng)對，才能確保自身穩(wěn)定運行。

3.2 低能耗

在核心網(wǎng)運行過程中，管理問題、能耗問題日益突出，核心網(wǎng)只有根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化對核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)資源進行調(diào)整，才能使得核心網(wǎng)整體運行得到優(yōu)化，避免核心網(wǎng)低效運行。在不同的時間段，核心網(wǎng)對網(wǎng)絡(luò)資源的占用是動態(tài)變化的。例如，在夜間某個周期性的時間段，在辦公地、集會場等周期性的場所，網(wǎng)絡(luò)可能會出現(xiàn)峰值與谷值的交替，如果按照核心網(wǎng)運行時的流量峰值配置網(wǎng)絡(luò)資源，在流量谷值會導(dǎo)致移動網(wǎng)設(shè)備出現(xiàn)空閑浪費現(xiàn)象?；诖?，想要降低移動核心網(wǎng)的運行能耗，就要從網(wǎng)絡(luò)的實際使用情況入手，有針對性的增加或者減少網(wǎng)絡(luò)資源的應(yīng)用，對于降低能耗，提高移動核心網(wǎng)管理效率有著十分重要的意義[4]。

3.3 可持續(xù)

目前，想要在移動核心網(wǎng)快速引入網(wǎng)絡(luò)新功能，工作人員通常會通過IT虛擬化以及應(yīng)用軟件化，使得網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)快速引入。虛擬化技術(shù)的應(yīng)用帶來的管理智能化、功能軟件化這一趨勢，在很大程度上提供了移動核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)部署的靈活性。在虛擬化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，網(wǎng)元演進可以為軟件，能夠在虛擬資源直接開展擴容、加載、縮容以及靈活調(diào)度，最終使得網(wǎng)絡(luò)新功能的推出時間得以縮短。在選用硬件方面，移動核心網(wǎng)要選擇通用硬件，使得設(shè)備能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一化以及資源共享。在運行過程中，通過統(tǒng)一的自動化運維管理，使得運維管理質(zhì)量與效率得以提升，在根據(jù)網(wǎng)絡(luò)運行負載情況對系統(tǒng)進行擴容、縮容，避免能耗過多，為移動核心網(wǎng)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。

4 移動核心網(wǎng)虛擬化的演進

由于網(wǎng)絡(luò)虛擬化是網(wǎng)絡(luò)未來的發(fā)展方向，移動核心網(wǎng)虛擬化引入的過程中，可以考慮從小規(guī)?；蛘咛厥鈶?yīng)用內(nèi)部署、驗證虛擬化的移動核心網(wǎng)。在此過程中可以從企業(yè)的物聯(lián)網(wǎng)切入。首先可以對物聯(lián)網(wǎng)中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行特殊處理，通過設(shè)立單獨APN的方式，啟用虛擬化EPC承載相關(guān)業(yè)務(wù)。其次可以通過虛擬化技術(shù)針對業(yè)務(wù)情況靈活擴容、縮容，最終達到高效利用資源的目的。

在移動核心網(wǎng)虛擬化技術(shù)逐漸成熟的情況下，再考慮將該技術(shù)進行逐步推廣應(yīng)用，有規(guī)模的擴大移動核心網(wǎng)的應(yīng)用范圍。

首先，在移動核心網(wǎng)中，控制面的主要作用是處理相關(guān)信令和狀態(tài)機計算，因此可以利用芯片以及通用服務(wù)器的計算性能進行完成。在將控制面虛擬化之后，需要引進硬件設(shè)備，不但堆疊設(shè)備才能滿足信令要求。此外，還可以通過移動核心網(wǎng)的管理功能與編排功能，使得移動核心網(wǎng)實現(xiàn)自動化調(diào)動與部署，進而提高移動網(wǎng)絡(luò)本身的自動化程度?；诖耍覀兛芍趯崿F(xiàn)移動核心網(wǎng)虛擬化的過程中，第一階段是要通過控制面網(wǎng)元實現(xiàn)虛擬化，對編排系統(tǒng)等進行集中管理，與傳統(tǒng)移動網(wǎng)實現(xiàn)兼容。工作人員需要注意的是在推廣過程中要始終結(jié)合實際情況，有計劃的分階段實施。從核心網(wǎng)的演進需求，虛擬化技術(shù)的成熟程度以及運動核心網(wǎng)的自身特點，分階段對移動核心網(wǎng)虛擬化技術(shù)進行引進。以免對移動核心網(wǎng)的應(yīng)用帶來影響[5]。

其次，因為移動核心網(wǎng)中的通用服務(wù)器以及芯片存在用戶數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)等性能短板，因此在實現(xiàn)移動核心網(wǎng)虛擬化的過程中，需要充分考慮到轉(zhuǎn)發(fā)性能需求，基于此，可以考慮在第二極端對移動核心網(wǎng)用戶面網(wǎng)元實現(xiàn)虛擬化，對其轉(zhuǎn)發(fā)性能不斷優(yōu)化，與傳統(tǒng)網(wǎng)元實現(xiàn)兼容。

5 結(jié)束語

綜上所述，在傳統(tǒng)的移動網(wǎng)絡(luò)中，一直以來都是低彈性、高可用的封閉系統(tǒng)，而網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用，使得傳統(tǒng)思路被打破。移動核心網(wǎng)虛擬化技術(shù)的實現(xiàn)，使得核心網(wǎng)的敏捷性以及自動化管理不斷提升，無論是部署周期還是擴容周期都在縮短，最終實現(xiàn)自動化、彈性靈活的移動網(wǎng)絡(luò)，為移動運營商實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)。