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移動通信與人們的工作和生活密切相關(guān)，而人們對于更高性能的移動通信網(wǎng)絡(luò)的需求也在不斷提升，5G將能夠提供可媲美光纖的數(shù)據(jù)傳輸速率。并且業(yè)界希望在端到端時延上5G能夠達(dá)到“無感知”的程度。為了實現(xiàn)這樣的性能要求，業(yè)界需要在網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的背景下，考慮5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)趨勢和策略。
基于SDN（Soft Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）和NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）等前沿技術(shù)構(gòu)筑的5G網(wǎng)絡(luò)云化架構(gòu)在提升網(wǎng)絡(luò)靈活性、降低部署成本以及提升效率方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，使得SDN及NFV成為5G的關(guān)鍵技術(shù)之一。
典型應(yīng)用場景驅(qū)動5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)云化演進(jìn)
5G是發(fā)展科技創(chuàng)新及數(shù)字經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略性基礎(chǔ)設(shè)施資源，其核心聚焦在移動互聯(lián)網(wǎng)及移動物聯(lián)網(wǎng)，解決的重點問題從人與人之間的互聯(lián)延伸到人與物以及物與物的連接。從需求的角度看，5G需要滿足快速的移動數(shù)據(jù)流量增長，并具備海量的設(shè)備連接能力，同時需要靈活適應(yīng)多樣化的場景需求，有效實現(xiàn)業(yè)務(wù)內(nèi)容及用戶行為的智能感知與優(yōu)化，從而為各類用戶提供高品質(zhì)的業(yè)務(wù)體驗，最終真正實現(xiàn)“萬物互聯(lián)”。
5G典型的應(yīng)用場景主要分為三大類：eMBB(增強移動寬帶)、uRLLC(低時延高可靠)、mMTC(海量大連接)。
eMBB場景是指在現(xiàn)有移動寬帶業(yè)務(wù)場景的基礎(chǔ)上，為用戶提供極致的通信體驗，主要滿足超高清視頻、下一代社交網(wǎng)絡(luò)、沉浸式游戲、全息視頻等移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求，隨時隨地（包括在小區(qū)邊緣、高速移動等惡劣環(huán)境和局部熱點地區(qū)）為用戶提供無縫的高速業(yè)務(wù)。
uRLLC場景包括各類對延遲/時延高度敏感的業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括自動或輔助駕駛、AR（增強現(xiàn)實）、VR（虛擬現(xiàn)實）、觸覺互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)控制等。如果網(wǎng)絡(luò)時延較高，uRLLC類業(yè)務(wù)的正常運行就會受到影響，并會出現(xiàn)（工業(yè)）控制方面的誤差。
mMTC場景主要面向智慧城市、環(huán)境監(jiān)測、智慧農(nóng)業(yè)、森林防火等以傳感和數(shù)據(jù)采集為目標(biāo)的應(yīng)用場景，具有小數(shù)據(jù)包、低功耗、海量連接等特點。
豐富的業(yè)務(wù)場景使得5G網(wǎng)絡(luò)在帶寬、時延以及連接數(shù)量等方面為用戶提供了全新的體驗，同時也因為承載的業(yè)務(wù)種類繁多、業(yè)務(wù)特征不盡相同、對網(wǎng)絡(luò)要求差異化明顯等特點，必然導(dǎo)致傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)面臨巨大變革和挑戰(zhàn)，包括網(wǎng)絡(luò)功能、架構(gòu)、資源、路由等多方面的定制化設(shè)計挑戰(zhàn)。
目前業(yè)界達(dá)成的普遍共識是5G網(wǎng)絡(luò)將基于SDN/NFV技術(shù)、云計算技術(shù)來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化、云化部署，5G網(wǎng)絡(luò)云化部署將面臨用戶面轉(zhuǎn)發(fā)性能待提升、安全隔離技術(shù)待完善等方面的挑戰(zhàn)。
5G網(wǎng)絡(luò)基于服務(wù)化架構(gòu)設(shè)計，通過網(wǎng)絡(luò)功能模塊化、控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離等技術(shù)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)按照不同業(yè)務(wù)需求快速部署、動態(tài)的擴(kuò)縮容和網(wǎng)絡(luò)切片的全生命周期管理，包括端到端網(wǎng)絡(luò)切片的靈活構(gòu)建、業(yè)務(wù)路由的靈活調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)資源的靈活分配以及跨域、跨平臺、跨廠家乃至跨運營商（漫游）的端到端業(yè)務(wù)提供等，這些都給5G網(wǎng)絡(luò)運營和管理帶來新的挑戰(zhàn)。
網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)為5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)指明方向
面對5G網(wǎng)絡(luò)的種種挑戰(zhàn)，如何充分考慮網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀并結(jié)合各種新興技術(shù)的特點來設(shè)計5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的演進(jìn)策略是極其重要的環(huán)節(jié)，運營商的網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)戰(zhàn)略將作為重要的參考依據(jù)。以中國電信CTNet2025網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)戰(zhàn)略為例，其核心是基于SDN、NFV、云計算等關(guān)鍵技術(shù)推動網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)，構(gòu)建簡潔、敏捷、集約、開放的網(wǎng)絡(luò)新架構(gòu)。CTNet2025目標(biāo)架構(gòu)是包含固網(wǎng)、移動網(wǎng)演進(jìn)的統(tǒng)一架構(gòu)。5G網(wǎng)絡(luò)作為移動網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，是CTNet2025網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的重要組成部分，也是CTNet2025目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)全面落地的最佳機(jī)遇。CTNet2025關(guān)于目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)具備的新特征給予了明確闡述。
一是簡潔，網(wǎng)絡(luò)的層級、種類、類型、數(shù)量和接口應(yīng)盡量減少，降低運營和維護(hù)的復(fù)雜性和成本；二是敏捷，網(wǎng)絡(luò)提供軟件編程能力，資源具備彈性的可伸縮的能力，便于網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的快速部署和保障；三是開放，網(wǎng)絡(luò)能夠形成豐富、便捷的開放能力，主動適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所需；四是集約，網(wǎng)絡(luò)資源應(yīng)能夠統(tǒng)一規(guī)劃、部署和端到端運營，改變分散、分域情況下高成本、低效率的狀況。
CTNet2025目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1所示，自下而上主要分為3個層面：網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施層、網(wǎng)絡(luò)功能層和協(xié)同編排層。該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的主要特點包括：基礎(chǔ)設(shè)施資源實現(xiàn)歸一化和標(biāo)準(zhǔn)化、網(wǎng)絡(luò)功能實現(xiàn)軟件化和虛擬化，以及IT能力的業(yè)務(wù)化和平臺化。
圖1 CTNet2025目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)
結(jié)合網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)明確的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)特征、體系架構(gòu)，以及5G所提供的差異化體驗的需求，可以預(yù)見云化的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是5G的必然趨勢。面向服務(wù)的5G云化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)涉及無線網(wǎng)、核心網(wǎng)、承載網(wǎng)、邊緣計算等多個層面，其中5G核心網(wǎng)的云化是最為關(guān)鍵一環(huán)。
圖2為基于服務(wù)化架構(gòu)（service-based architecture，SBA）的5G基礎(chǔ)體系結(jié)構(gòu)，主要特點為：一是將核心網(wǎng)的傳統(tǒng)網(wǎng)元按照網(wǎng)絡(luò)功能劃分為多個可被靈活調(diào)用的“微服務(wù)”模塊，增加了網(wǎng)絡(luò)功能配置的靈活性及開放能力；二是實現(xiàn)了控制面與轉(zhuǎn)發(fā)面分離，控制面可以集中部署、轉(zhuǎn)發(fā)面可靈活按需下沉，滿足分布式部署要求，當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)面下沉到靠近用戶的邊緣時，可實現(xiàn)本地分流功能，為用戶提供超低時延的業(yè)務(wù)體驗。
此外，網(wǎng)絡(luò)切片是5G網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵技術(shù)，為了滿足多樣化的業(yè)務(wù)需求，需要在統(tǒng)一的基礎(chǔ)設(shè)施資源基礎(chǔ)之上按需切分出多個滿足不同服務(wù)等級的虛擬化網(wǎng)絡(luò)實例，各個虛擬網(wǎng)絡(luò)間實現(xiàn)資源共享以及安全隔離，并且3GPP中定義的網(wǎng)絡(luò)切片管理功能包括通信業(yè)務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)切片管理及網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理，這些都依賴編排器及控制器等核心網(wǎng)絡(luò)管理單元來實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)實例的管理和配置的自動化下發(fā)等功能。
由此可見，5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的云化演進(jìn)與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)的技術(shù)體系是一脈相承、不可分割的，5G網(wǎng)絡(luò)需要實現(xiàn)底層資源的統(tǒng)一共享，網(wǎng)絡(luò)功能的模塊化要基于不同場景需求進(jìn)行靈活的功能模塊組合，實現(xiàn)資源靈活調(diào)度，提升網(wǎng)絡(luò)彈性，NFV技術(shù)的引入是優(yōu)選方案。同時，在CU分離以及用戶面的控制方面，SDN技術(shù)滿足相關(guān)的技術(shù)需要。同時，SDN/NFV也是網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)體系中重要的技術(shù)手段，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的按需定制、靈活開放，滿足網(wǎng)絡(luò)智能化需求。
圖2 基于服務(wù)化的5G體系結(jié)構(gòu)
SDN/NFV對5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)云化演進(jìn)的價值體現(xiàn)
SDN是一種控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離并直接可編程的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其核心是將傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備緊耦合的結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離，控制層面實現(xiàn)集中化部署，并通過靈活開放的可編程接口增加網(wǎng)絡(luò)的“軟化”能力。
SDN架構(gòu)可以與上層業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，快速響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)和應(yīng)用的創(chuàng)新，另外控制集中化，能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的智能調(diào)度，簡化運維，提高資源利用率。同時，通過標(biāo)準(zhǔn)化接口提供網(wǎng)絡(luò)自動化開通和配置下發(fā)功能，大幅縮短業(yè)務(wù)開通時間。
5G網(wǎng)絡(luò)中引入SDN技術(shù)，能夠快速實現(xiàn)控制與轉(zhuǎn)發(fā)的分離、控制面的集中部署和轉(zhuǎn)發(fā)資源的全局調(diào)度，通過可編程接口為后續(xù)5G網(wǎng)絡(luò)的智慧化運維提供技術(shù)手段。SDN的典型架構(gòu)分為應(yīng)用層、控制層、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)層（轉(zhuǎn)發(fā)層）3個層面，如圖3所示。
圖3 ?SDN典型體系架構(gòu)
NFV的本質(zhì)是實現(xiàn)軟硬件資源的解耦及軟件功能的抽象，依托于標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)器、存儲及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等通用基礎(chǔ)設(shè)施資源，利用虛擬化技術(shù)實現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能，來替代通信網(wǎng)絡(luò)中的專用、封閉的網(wǎng)元，實現(xiàn)統(tǒng)一的開放邏輯架構(gòu)。
如圖4所示為ETSI標(biāo)準(zhǔn)組織定義的NFV體系架構(gòu)，其中的MANO網(wǎng)絡(luò)管理和編排子系統(tǒng)是NFV體系的核心，根據(jù)業(yè)務(wù)需求通過對網(wǎng)絡(luò)資源的自動編排，實現(xiàn)虛擬網(wǎng)元的自動部署、彈性伸縮、故障隔離等功能。NFV體系通過分層解耦的模式將5G網(wǎng)絡(luò)中服務(wù)化模型的各個網(wǎng)元功能以APP的模式在統(tǒng)一的云化基礎(chǔ)設(shè)施上運行，借助MANO還可以快速實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)切片的功能，通過與傳統(tǒng)網(wǎng)管的融合，提供集約運維和智能管理手段。
圖4 ETSI定義的NFV體系架構(gòu)
SDN與NFV兩種技術(shù)在5G網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用，相互之間不是競爭而是優(yōu)勢互補的關(guān)系，SDN側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重新定義，并將控制平面與數(shù)據(jù)平面解耦；而NFV則側(cè)重于對網(wǎng)元設(shè)備結(jié)構(gòu)的重新定義，可以將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)從特定的硬件緊耦合關(guān)系中分離開來，為5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)提供重要技術(shù)基礎(chǔ)。兩者將共同提升5G網(wǎng)絡(luò)彈性，實現(xiàn)CT與IT的融合。同時，也應(yīng)關(guān)注兩種技術(shù)在技術(shù)成熟度、業(yè)務(wù)發(fā)展模式、相應(yīng)的人才體系建設(shè)和體制流程等方面所面臨的挑戰(zhàn)，因地制宜，按需引入和推廣。
基于SDN/NFV的5G網(wǎng)絡(luò)云化架構(gòu)
2018年6月，中國電信對外發(fā)布5G技術(shù)白皮書，提出了5G目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)簡稱“三朵云”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，“三朵云”架構(gòu)滿足未來的5G網(wǎng)絡(luò)靈活、智能、融合和開放的特點，同時也構(gòu)建于SDN/NFV及網(wǎng)絡(luò)云化的技術(shù)基礎(chǔ)之上，“三朵云”包括接入云、控制云和轉(zhuǎn)發(fā)云3個邏輯域，其結(jié)構(gòu)如圖5所示。
圖5 中國電信“三朵云”5G網(wǎng)絡(luò)總體架構(gòu)
基于SDN/NFV的5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由3個平面構(gòu)成“三朵云”，主要包括智能開放的控制云、靈活的接入云和高效低成本的轉(zhuǎn)發(fā)云。此架構(gòu)充分體現(xiàn)了SDN/NFV的控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、控制平面集中化、轉(zhuǎn)發(fā)功能分布下沉、軟硬件解耦、軟件功能虛擬化等特點?！叭湓啤敝g彼此配合，密不可分。
控制云完成集中的策略控制、會話管理、移動性管理、策略管理、信息管理等流程，以及對于轉(zhuǎn)發(fā)資源的全局調(diào)度，并支持面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)能力開放和按需的網(wǎng)絡(luò)編排管理功能，實現(xiàn)全部或部分的會話控制、移動性管理和QoS保證定制網(wǎng)絡(luò)與服務(wù)，并提供面向業(yè)務(wù)場景的網(wǎng)絡(luò)能力開放接口，滿足業(yè)務(wù)差異化需求，提供了在云化場景下的5G網(wǎng)絡(luò)可管、可控、可運營的服務(wù)能力，提高業(yè)務(wù)部署效率?？刂圃埔跃W(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，通過模塊化技術(shù)重新優(yōu)化了網(wǎng)絡(luò)功能之間的關(guān)系，實現(xiàn)了控制與轉(zhuǎn)發(fā)分離、網(wǎng)絡(luò)切片和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化等，整個架構(gòu)可以根據(jù)業(yè)務(wù)場景進(jìn)行定制化裁剪和靈活部署。
接入云具備多拓?fù)湫螒B(tài)、多層次類型、動態(tài)變化的特點，可針對各種業(yè)務(wù)場景選擇集中式、分布式和分層式部署，通過靈活的無線接入技術(shù)，實現(xiàn)高速率接入和無縫切換，提供極致的用戶體驗。接入云功能需求包括新型無線接入技術(shù)、靈活資源協(xié)同管理、跨制式系統(tǒng)深度融合、無線網(wǎng)絡(luò)虛擬化、邊緣計算與無線能力開放等。接入云將支持用戶在多種應(yīng)用場景和業(yè)務(wù)需求下的多種無線制式接入，并實現(xiàn)多種無線接入技術(shù)的高效融合，無線組網(wǎng)可基于集中式和分布式兩種無線組網(wǎng)機(jī)制要求，適應(yīng)各種類型的回傳鏈路，并提供邊緣計算能力。接入云能夠?qū)崿F(xiàn)更靈活的組網(wǎng)部署和更高效的無線資源管理。
轉(zhuǎn)發(fā)云聚焦于數(shù)據(jù)流量的高速轉(zhuǎn)發(fā)與處理。邏輯上，轉(zhuǎn)發(fā)云包括了單純高速轉(zhuǎn)發(fā)單元以及各種業(yè)務(wù)使能單元。在5G網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)云中，業(yè)務(wù)使能單元與轉(zhuǎn)發(fā)單元呈網(wǎng)狀部署，一同接受控制云的路徑管理控制，根據(jù)控制云的集中控制，基于用戶業(yè)務(wù)需求，軟件定義業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)發(fā)路徑，實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)元與業(yè)務(wù)使能網(wǎng)元的靈活選擇。轉(zhuǎn)發(fā)云配合控制云和接入云，實現(xiàn)業(yè)務(wù)匯聚轉(zhuǎn)發(fā)功能，基于不同新業(yè)務(wù)的帶寬和時延等需求，轉(zhuǎn)發(fā)云在控制云的路徑管理與資源調(diào)度下，實現(xiàn)增強移動寬帶、海量連接、高可靠低時延等不同業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的高效轉(zhuǎn)發(fā)與傳輸，保證業(yè)務(wù)端到端質(zhì)量要求。從實現(xiàn)角度，轉(zhuǎn)發(fā)云基于通用的基礎(chǔ)資源硬件平臺，可按需實現(xiàn)用戶面下沉，并根據(jù)控制云下發(fā)的緩存策略實現(xiàn)熱點內(nèi)容的緩存，從而減少業(yè)務(wù)時延、減少移動網(wǎng)往外出口流量和改善用戶體驗。轉(zhuǎn)發(fā)云在控制平面集中控制下，進(jìn)行海量業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)流的靈活路由轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)面高可靠、低時延、均負(fù)載的高效數(shù)據(jù)處理。
未來5G“三朵云”的部署基礎(chǔ)是承載各類網(wǎng)元的DC資源池，可根據(jù)網(wǎng)絡(luò)不同時期集中式或分布式部署要求，按需將5G相關(guān)網(wǎng)絡(luò)單元部署在區(qū)域DC+核心DC+邊緣DC+接入局所的DC資源池內(nèi)，如圖6所示。
區(qū)域DC放置各專業(yè)目標(biāo)期省級/全國骨干網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可與現(xiàn)樞紐樓局點基本對應(yīng)。一般可將現(xiàn)放置IP骨干網(wǎng)、大型骨干波分系統(tǒng)及核心網(wǎng)設(shè)備的樞紐局點定位為目標(biāo)區(qū)域DC。
核心DC放置各專業(yè)目標(biāo)期本地網(wǎng)核心層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可與現(xiàn)核心機(jī)樓局點基本對應(yīng)。一般可將現(xiàn)放置城域網(wǎng)CR、IPRAN ER等設(shè)備，及本地大中型OTN/DWDM波分系統(tǒng)設(shè)備的核心機(jī)樓局點定位為目標(biāo)核心DC。
邊緣DC放置各專業(yè)目標(biāo)期本地網(wǎng)匯聚層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，可與現(xiàn)一般機(jī)樓局點基本對應(yīng)。一般可將現(xiàn)放置城域網(wǎng)MSE/BRAS、IPRAN B等設(shè)備，且中繼光纜資源豐富局點定位為目標(biāo)邊緣DC。
接入局所放置各專業(yè)目標(biāo)期接入層的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與本地網(wǎng)現(xiàn)接入局所保持一致。一般可將現(xiàn)設(shè)備間、遠(yuǎn)端模塊、移動基站等末端接入局點，以及OLT/BBU/IPRAN A/匯聚交換機(jī)/匯聚傳輸設(shè)備等接入?yún)R聚局點，統(tǒng)一定位為接入局所。
圖6 “三朵云”DC資源池分布視圖
5G網(wǎng)絡(luò)具有全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，并以網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)為基礎(chǔ)，對于電信運營商而言，SDN/NFV技術(shù)的引入對于5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的云化演進(jìn)是必然選擇，隨著5G云化相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)不斷成熟和產(chǎn)業(yè)界需求不斷豐富，這為運營商提供了歷史性機(jī)遇和發(fā)展前景。
同時，隨著SDN/NFV的引入，運營商會更多關(guān)注新技術(shù)的發(fā)展對網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)方式和組織架構(gòu)的影響，通過5G與新技術(shù)的結(jié)合，推動5G產(chǎn)業(yè)的不斷成熟，打造5G時代的網(wǎng)絡(luò)新篇章。
工商網(wǎng)監(jiān)
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