盧云，王計艷

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司, 北京 100080）

1 引言

現(xiàn)在運營商網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的彈性不足，網(wǎng)絡(luò)運維笨重、僵化，網(wǎng)絡(luò)配置的開通和調(diào)整，往往需要幾個月的時間，最快也要幾周。而面向移動視頻、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，應(yīng)用場景更加個性化，需要運營商網(wǎng)絡(luò)更加靈活、開放，響應(yīng)速度更加快速。

基于這樣的認(rèn)識，全球越來越多的運營商啟動了面向2020的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略。網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)型的核心是網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施巨大價值的重新釋放。通過SDN/NFV、云化等技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)進行軟件定義和云化改造，使之成為業(yè)務(wù)的高效使能平臺。

2 通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)現(xiàn)狀及問題

以中國移動網(wǎng)絡(luò)為例，網(wǎng)絡(luò)劃分為8個邏輯層次，它們是接入網(wǎng)、傳送網(wǎng)、承載網(wǎng)、核心網(wǎng)、內(nèi)容網(wǎng)、業(yè)務(wù)平臺、IT支撐系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)與信息安全管控系統(tǒng)。圖1為典型運營商傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖。

目前運營商邏輯分層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系，各網(wǎng)絡(luò)、各業(yè)務(wù)系統(tǒng)相對獨立，每個邏輯網(wǎng)絡(luò)都是由一個個軟硬件一體化的通信設(shè)備組成，他們之間有著復(fù)雜的上下層關(guān)系，每個設(shè)備都有固定功能。面對通信網(wǎng)絡(luò)每一次更新?lián)Q代，運營商都需要采購新的通信硬件設(shè)備或者是對老的設(shè)備進行升級替換，而硬件設(shè)備的升級替換或新建是一項龐大的、復(fù)雜的系統(tǒng)工程，涉及設(shè)備到貨、機房環(huán)境準(zhǔn)備、硬件安裝、調(diào)測等一系列工作。使得運營商的網(wǎng)絡(luò)維護、升級建設(shè)、更新?lián)Q代都強烈依賴廠家。

可見傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在部署的靈活性、容量的彈性、建設(shè)成本、維護成本、網(wǎng)絡(luò)的快速響應(yīng)能力等方面，都難以滿足業(yè)務(wù)發(fā)展和用戶的需求。

3 通信網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)

面向未來，做移動通信網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)重構(gòu)，有四大重點技術(shù)。

圖1 典型運營商傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)圖

3.1 SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）

解決了網(wǎng)絡(luò)配置的問題，它打破了控制與轉(zhuǎn)發(fā)一體的封閉架構(gòu)，實現(xiàn)了可編程的新紀(jì)元。SDN具有以下三大特征。

開放可編程：定制化開發(fā)管理網(wǎng)絡(luò)資源的應(yīng)用程序，如靈活、動態(tài)調(diào)度網(wǎng)絡(luò)帶寬，提高虛擬化網(wǎng)絡(luò)能力。

控制面集中：全局網(wǎng)絡(luò)資源統(tǒng)一控制，提高效率。

標(biāo)準(zhǔn)化接口協(xié)議：使轉(zhuǎn)發(fā)面技術(shù)和上層技術(shù)解耦，加速創(chuàng)新，適應(yīng)多廠家互通。

3.2 NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）

解決的是網(wǎng)元也就是設(shè)備層面的問題，它打破了軟硬件一體的封閉網(wǎng)元架構(gòu)，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化。NFV具有四大特征：虛擬化、通用基礎(chǔ)設(shè)施、云化管理、網(wǎng)絡(luò)自動化。

3.3 Clouding（云化）

是資源的變革，它打破了網(wǎng)絡(luò)資源和IT資源分離的局面，構(gòu)筑統(tǒng)一云化的虛擬資源池。在NIST對云計算的定義中，包括了5個基本特征，即按需自助服務(wù)、泛在接入、虛擬化的資源池、彈性計算和可測量的服務(wù)。

3.4 5G（下一代移動通信技術(shù)）

5G網(wǎng)絡(luò)主要有三大特點，極高的速率 Enhanced Mobile Broadband (eMBB)，極大的容量 Massive Machine Type Communication(mMTC)，極低的時延Ultra Reliable Low Latency Communications(URLLC)。5G 網(wǎng)絡(luò)引入IT 化技術(shù)實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的靈活高效和智能配置。通過采用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）和軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)，進行網(wǎng)元功能分解、抽象和重構(gòu)，5G 網(wǎng)絡(luò)將形成由接入平面、控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面構(gòu)成的IT化新型扁平平臺。

4 未來通信網(wǎng)目標(biāo)架構(gòu)藍圖

在以上四大技術(shù)推動下，未來移動通信網(wǎng)絡(luò)目標(biāo)架構(gòu)藍圖如圖2所示。其轉(zhuǎn)型主要體現(xiàn)在五大方面：

軟硬解耦：核心網(wǎng)軟硬二層、三層解耦；傳統(tǒng)業(yè)務(wù)平臺，如短彩信業(yè)務(wù)網(wǎng)關(guān)的軟硬解耦。

轉(zhuǎn)控分離：核心網(wǎng)控制面、轉(zhuǎn)發(fā)面分離；承載網(wǎng)的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面分離；無線網(wǎng)元CU/DU分離。

網(wǎng)絡(luò)全云化：隨著核心網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)面的下沉，以及CDN的下層，資源布局將打破網(wǎng)絡(luò)資源和IT資源分離的局面，構(gòu)筑基于DC的統(tǒng)一云化虛擬資源池。

架構(gòu)扁平化：傳送網(wǎng)和承載網(wǎng)扁平化，BNG下沉；CDN融合與下沉。 5G架構(gòu)扁平化，可能簡化到2層（CU/DU）。

布局層次化：控制面網(wǎng)元進一步集中上移，轉(zhuǎn)發(fā)面網(wǎng)元進一步下沉。呈現(xiàn)綜合接入、骨干匯聚、區(qū)域匯聚、地市DC和省級DC五層布局。

圖2 未來移動通信網(wǎng)架構(gòu)轉(zhuǎn)型及目標(biāo)藍圖

4.1 變化1：軟硬解耦

NFV打破傳統(tǒng)電信設(shè)備的豎井式體系，其核心是網(wǎng)元的分層解耦和引入新的MANO管理體系實現(xiàn)全生命周期管理。

加速業(yè)務(wù)創(chuàng)新：NFV自主編排和資源調(diào)度能力，為新業(yè)務(wù)快速上線提供了重要手段；對于業(yè)務(wù)頻繁迭代更新的需求，NFV可實現(xiàn)新功能的快速迭代升級；通過靈活的調(diào)度，滿足精細(xì)化業(yè)務(wù)需求，優(yōu)化流量和用戶體驗。

構(gòu)建彈性網(wǎng)絡(luò)：通過虛擬化實現(xiàn)軟硬件解耦，擺脫對專有硬件的依賴；通過云化實現(xiàn)資源共享和彈性伸縮；業(yè)務(wù)量增長時，NFV可實現(xiàn)快速彈性擴縮容；新領(lǐng)域、新網(wǎng)元建設(shè)、網(wǎng)絡(luò)升級替換時，NFV可實現(xiàn)快速網(wǎng)元部署和上線。

NFV技術(shù)的軟硬分離特性，打破了現(xiàn)有各廠家專有硬件、軟硬件耦合設(shè)計的架構(gòu)和思路，如圖3所示；NFV技術(shù)的軟硬分離特性，軟硬件同步建設(shè)的模式，進而影響了運營商生態(tài)圈、規(guī)劃建設(shè)的靈活性、維護的復(fù)雜性、新的可靠性問題、網(wǎng)絡(luò)的敏捷開放。

4.2 變化2：轉(zhuǎn)控分離

圖3 NFV實現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)元軟硬分離

未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將走向轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面的分離，首先是核心網(wǎng)，其次是承載網(wǎng)以及中遠期的無線網(wǎng)。未來通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)控分離架構(gòu)如圖4所示。

圖4 未來通信網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)控分離架構(gòu)

（1）核心網(wǎng)：過去運營商倡導(dǎo)的智能管道建設(shè)，其核心就是把核心網(wǎng)的控制面分離出來，實現(xiàn)智能管控，從而達到智能管道的目標(biāo)。

（2）承載網(wǎng)：未來，承載網(wǎng)也將智能化。以BRAS為例，傳統(tǒng)BRAS設(shè)備是在路由器上疊加了用戶接入管理功能構(gòu)建的。CU分離BRAS的基本思路就是將多臺BRAS設(shè)備上的用戶管理功能抽取出來并且集中，形成控制面（Control Plane，CP）；BRAS設(shè)備上保留路由器的控制面以及BRAS的轉(zhuǎn)發(fā)面，形成轉(zhuǎn)發(fā)面（User Plane，UP）。因此，CU分離BRAS由CP和UP兩組成。轉(zhuǎn)發(fā)面、控制面分離，破除轉(zhuǎn)發(fā)面和控制面的緊耦合，有利于分別靈活擴容，互相不為約束。

（3）無線網(wǎng)：面向5G的架構(gòu)演進，目前是核心思路也是實現(xiàn)CU(集中單元)和DU(分布單元)的應(yīng)用和功能切分，能夠使得網(wǎng)絡(luò)更加智能，適應(yīng)不同的業(yè)務(wù)場景，分別是eMBB（Enhanced Mobile Broadband，增強型移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)）、mMTC（Massive Machine Type Communication，海量連接的物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)）和uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication，超高可靠性與超低時延業(yè)務(wù)）。

4.3 變化3：網(wǎng)絡(luò)全云化

未來核心網(wǎng)（PS/IMS/信令網(wǎng)等）、業(yè)務(wù)承載網(wǎng)、承載網(wǎng)、無線網(wǎng)的部分網(wǎng)元將承載在電信云TIC上。

未來網(wǎng)絡(luò)將圍繞“電信云”為中心進行規(guī)劃和建設(shè)。承載的網(wǎng)元除核心網(wǎng)外，還包括業(yè)務(wù)承載網(wǎng)、承載網(wǎng)BRAS-CP、5G無線網(wǎng)CU等。

根據(jù)部署的網(wǎng)元業(yè)務(wù)特性、業(yè)務(wù)體驗要求、容災(zāi)要求不同，電信云一般分為三級架構(gòu)：省級TIC、地市TIC和邊緣TAC，分級架構(gòu)如圖5所示。

* 核心電信云資源池：部署省級DC。

* 地市電信云資源池部署在地市DC。

* 邊緣TAC部署在匯聚或匯聚之下。

4.4 變化4：架構(gòu)扁平化

（1）CDN下沉：CDN部署進一步向用戶側(cè)下沉，向移動側(cè)延伸。面向手機視頻業(yè)務(wù)的快速增長，部署手機電視業(yè)務(wù)的融合CDN。目前互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)已經(jīng)在部署P2P CDN。

圖5 未來電信云三級架構(gòu)

圖6 未來網(wǎng)絡(luò)分層布局架構(gòu)

（2）BNG覆蓋：面對大流量沖擊，推進BNG補點覆蓋，進一步實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)扁平化。

（3）5G網(wǎng)元重構(gòu)：5G前傳網(wǎng)絡(luò)中，BBU/RRU重構(gòu)為CU-DU-RRU兩級架構(gòu)，CU設(shè)備處理非實時的無線高層協(xié)議棧功能，DU設(shè)備處理物理層功能和實時性需求。

5G的MEC（Mobile Edge Computing，移動邊緣計算），MEC可利用無線接入網(wǎng)絡(luò)就近提供電信用戶IT所需服務(wù)和云端計算功能，而創(chuàng)造出一個具備高性能、低延遲與高帶寬的電信級服務(wù)環(huán)境，加速網(wǎng)絡(luò)中各項內(nèi)容、服務(wù)及應(yīng)用的快速下載，讓消費者享有不間斷的高質(zhì)量網(wǎng)絡(luò)體驗。MEC一方面可以改善用戶體驗，節(jié)省帶寬資源，另一方面通過將計算能力下沉到移動邊緣節(jié)點，提供第三方應(yīng)用集成，為移動邊緣入口的服務(wù)創(chuàng)新提供了無限可能。

4.5 變化5：布局層次化

網(wǎng)元軟硬解耦，網(wǎng)絡(luò)功能轉(zhuǎn)控分離，網(wǎng)絡(luò)全云化，架構(gòu)扁平化，使得網(wǎng)絡(luò)的布局發(fā)送了革命性的變革，網(wǎng)絡(luò)的邏輯層次突破了上下層的關(guān)系，布局以DC為中心，分層次，統(tǒng)一承載在云化資源池上。

主體的層次包括核心層、分布層、邊緣層，分別對應(yīng)省級DC、地市DC和邊緣DC，如圖6所示。

核心層機房：即省級DC機樓，滿足業(yè)務(wù)網(wǎng)平臺、核心電信云、支撐云、內(nèi)容網(wǎng)省級IDC、一級CDN、承載網(wǎng)和傳送網(wǎng)的骨干、一干部署需求。

分布層機房：即地市DC機樓，滿足分布式業(yè)務(wù)平臺、地市電信云、支撐云、內(nèi)容網(wǎng)地市IDC和二級CDN，以及傳送網(wǎng)和承載網(wǎng)省干、城域部署需求。

邊緣層機房：包括區(qū)域匯聚、骨干匯聚、綜合接入以及基站用房四類，主要承擔(dān)邊緣DC功能，滿足傳送網(wǎng)、承載網(wǎng)、內(nèi)容網(wǎng)，以及未來5G需求。

5 未來通信網(wǎng)架構(gòu)特點

未來通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)應(yīng)該滿足業(yè)務(wù)快速上線、敏捷運維和TCO降低等特點。

5.1 業(yè)務(wù)快速上線

目前商用情況下已經(jīng)能夠?qū)崿F(xiàn)小時級的話音業(yè)務(wù)開通，分鐘級的企業(yè)專線提供能力。未來將進一步實現(xiàn)更多ICT業(yè)務(wù)的統(tǒng)一承載和發(fā)放，運營商將具備媲美互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)商的業(yè)務(wù)創(chuàng)新能力。

5.2 敏捷運維

網(wǎng)絡(luò)運維模式將發(fā)生巨大變化，手工配置將被自動化部署取代，比如5G RAN的海量基站的回傳網(wǎng)絡(luò)配置，自動部署將極大節(jié)省人力成本，提升業(yè)務(wù)體驗。對于另外一些場景，則需要實時調(diào)整網(wǎng)絡(luò)資源分配，比如IMS的擴容縮容，而這只有在基于NFV架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中才能實現(xiàn)。

5.3 TCO降低

未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是基于分布式云數(shù)據(jù)中心構(gòu)建的網(wǎng)絡(luò)，所有網(wǎng)絡(luò)及計算資源納入統(tǒng)一管理，資產(chǎn)利用效率得到提升，而運營維護成本則大幅下降。

6 結(jié)束語

運營商網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)轉(zhuǎn)型是一次戰(zhàn)略性的大問題，面向數(shù)字化業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型、用戶需求，面向網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和運營，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)必須重新審視，重新架構(gòu)，重新設(shè)計，重新定義。運營商要打破現(xiàn)有分層分域的組織架構(gòu)，實現(xiàn)扁平化和融合化；變革高度依賴廠商的運營模式，深度介入開發(fā)、測試、集成、維護直至業(yè)務(wù)提供全過程；現(xiàn)有人才隊伍需要更新、重構(gòu)、培訓(xùn)，網(wǎng)絡(luò)工程師需要轉(zhuǎn)型，具備軟件思維；并改變現(xiàn)有按年度的靜態(tài)規(guī)劃模式。