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中国电信移动核心网虚拟化部署的探索与实践

2017/12/20    来源:机房360    作者:佚名      
关键字:NB-IoT  虚拟化部署  
随着4G网络的大规模部署和智能手机的普及,移动业务正从以话音、短信业务为主的模式快速转变为以移动互联网业务为主的模式。
    在移动互联网OTT业务的巨大冲击下,运营商处于一种被动挨打的态势。运营商现有网络架构封闭、扩展困难、新业务成熟周期过长、创新缺乏,不能满足移动互联网业务按需供给、随需而变和灵活快速的需求。因此,运营商急需一个能够实现资源灵活调度、业务快速上线,且可以节省投资的网络来应对困境。从目前的情况看,NFV(network functions virtualization,网络功能虚拟化)/SDN(software defined network,软件定义网络)的理念是解决运营商困境的一个比较有效的方法。
  
    移动核心网元虚拟化后,可按需弹性提供网络资源,解决了传统设备无法灵活扩缩容的问题;由于硬件设备标准化和通用化可以有效降低了网络成本;通用设备的使用,可以极大地降低新业务成熟周期,满足多业务复杂的应用场景。但是NFV技术目前也仍存在COTS设备可靠性低、厂商三层解耦能力不足能技术挑战。
  
    2016 年 7 月中国电信集团公司发布《CTNet2025 网络架构白皮书》,明确了未来网络的演进路径,坚持“网络云化”和“新老协同/能力开放”两条腿并行的方式。为了接应集团公司的号召,中国电信上海研究院成立项目组,在移动核心网网元(包括P-GW、MME、SGW、ePDG、CG等)虚拟化技术领域进行了积极而深入的探索,并分别开展vEPC和vePDG现场试验,将研究成果在中国电信上海公司现网上进行了有效的尝试。
  
    通过本次实践,一方面在验证NFV技术灵活性、低成本、易部署的优点在现网运营的实际意义,另一方面也通过实验室开发测试与现网验证相结合的模式,积极推动产业链,推进可靠性和三层解耦能力等问题的解决。
  
    1.1 方案概述
  
    本方案以支撑NB-IoT和VoWiFi业务商用为目的,在电信机房建设全套虚拟化移动核心网网络(包括vPGW、vSGW、vMME、vePDG、vCG),与IT系统、NB-IoT使能平台、VoLTE-IMS网络打通,建立端到端的试验环境。
  
    为了验证vEPC各个虚拟网元的网络功能,验证传统EPC与vEPC在相互叠加组网时,根据配置不同IMSI、不同号段、不同APN等方式的分流方法是否可以按预定设想进行分流,同时验证各个接口的信令是否正常;分别在不同组网形式下进行试验,为后续的全面化商用部署提供依据。
  
    为了验证VoWiFi业务商用能力,本项目通过研究3GPP S2b相关标准,制定了VoWiFi技术方案,对组网架构、虚拟化ePDG网元功能性能要求、相关接口要求、主要业务流程进行了明确定义,并在中国电信上海公司现网完成部署。之后进行大量的虚拟化功能及MANO功能的现网测试。
  
    本项目实施过程中,完成了《基于S2b的非受信的WLAN接入EPC的核心网总体技术要求》等4项CCSA行业标准和1项研究报告的立项,制定了《中国电信LTE EPC系统设备支持VoLTE的增补技术要求》等4项中国电信企业标准,并在《电信科学》发表了1篇论文,获得了专利受理6件。
  
    1.2 应用场景
  
    本项目的主要应用场景之一为NB-IoT业务。上海公司拥有大量物联网应用为主的行业类客户,具有各自的个性化需求,但是目前传统的 EPC 业务扩展性较差,无法完全满足用户需求。为此,在上海电信进行 vEPC 试点,解决现实的业务场景和迫切的需求。主要以 NB-IoT 为网络切入点,试点基于 vEPC 的端到端组网和业务适配,满足窄带物联网灵活部署、快速开通和网络安全的要求;以行业应用为业务出发点,解决大量的行业和企业定制化需求,满足 vEPC进行灵活随需的配置;同时以融合组网为发展着眼点,研究现网与 vEPC 融合组网方案,安全隔离策略和业务区分策略,满足现网用户的不同需求。
  
    本项目的主要应用场景之二为VoWiFi(Voice over WiFi)业务。VoWiFi是基于WiFi无线接入、LTE核心网和IMS网络,承载于分组网络的电信级基础语音业务。移动终端用户通过WiFi网络接入后,分别在LTE网络IMS网络注册后进行呼叫接续。本项目对基于NFV的虚拟化设备vePDG(VoWiFi业务关键网元)进行标准化要求,并在现网中部署试点,通过功能测试、拨打测试等手段验证虚拟化设备的扩缩容能力、易部署能力和可靠性。
  
    本次vEPC试点对现有运营业务和试商用VoWiFi业务有完美的适配和承载能力,同时也展现了vEPC与传统EPC网络的融合能力。
  
    详细方案
  
    2.1 整体描述
 
    2.1.1 虚拟化网络架构
  
    基于虚拟化技术的核心网络架构,以移动核心网络为例,其分为两个主要部分,即硬件层和虚拟层。硬件层主要包括各种硬件资源,如网络硬件、计算机、存储硬件等。虚拟层额范围功能和管理两个部分组成。其中虚拟功能部分是以虚网络功能为主题,利用不同的软件对不同的网络功能加以实现;虚拟管理部分包括虚拟化的网管、设施管理、编排器等部分,主要负责虚拟化网络管理的实现,如下图所示;
 
    中国电信移动核心网虚拟化部署的探索与实践
  
    基于虚拟化技术的核心网络对原网络的网元功能和接口的技术要求保持不变,其改变主要体现在硬件平台的改变,使硬件及软件能够在统一的平台上实现。
  
    在NFV变革的浪潮之下,电信运营商在积极探索新的技术道路的同时,也会避免再度落入供应商锁定的窘境,同当前网络架构(独立的业务网络+OSS系统)相比,NFV从纵向和横向上进行了解构,按照NFV设计,从纵向看分为三层,如下图所示:
 
    中国电信移动核心网虚拟化部署的探索与实践
  
    1.基础设施层:NFVI是NFVInfrastructure的简称,从云计算的角度看,就是一个资源池。NFVI映射到物理基础设施就是多个地理上分散的数据中心,通过高速通信网连接起来。 NFVI需要将物理计算/存储/交换资源通过虚拟化转换为虚拟的计算/存储/交换资源池。
  
    2.虚拟网络层:虚拟网络层对应的就是目前各个电信业务网络,每个物理网元映射为一个虚拟网元VNF,VNF所需资源需要分解为虚拟的计算/存储/交换资源,由NFVI来承载,VNF之间的接口依然采用传统网络定义的信令接口(3GPP+ITU-T),VNF的业务网管依然采用NE-EMS-NMS体制。
  
    3.运营支撑层:运营支撑层就是目前的OSS/BSS系统,需要为虚拟化进行必要的修改和调整。
  
    在NFV方面,解耦是首当其冲的问题,目前业界有不解耦、软硬件解耦和三层解耦这三种思路。本项目在实施过程中也根据厂商设备的实现能力分阶段实施:
  
    ● 第一阶段由于各厂商设备还不具备分层解耦能力,主要实现单一厂商vePDG与vEPC的硬件资源共享,统一网管、统一MANO。
 
    中国电信移动核心网虚拟化部署的探索与实践
  
    ● 后期将基于各厂商设备分层解耦能力,逐步实现各NFV网元使用统一硬件服务器、云操作系统和统一MANO
 
    中国电信移动核心网虚拟化部署的探索与实践
  

责任编辑:李欢
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