張宏遠(yuǎn)，丁海峰，朱立潔

（1.上海郵電設(shè)計(jì)咨詢研究院有限公司，上海 200093；2.中國(guó)電信集團(tuán)有限公司云網(wǎng)發(fā)展部，北京 100052；3.中國(guó)電信集團(tuán)有限公司上海分公司，上海 200000）

0 引言

從程控電話網(wǎng)到現(xiàn)在的5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，從固定語(yǔ)音通信到現(xiàn)在的移動(dòng)多媒體通信，通信網(wǎng)絡(luò)迅猛發(fā)展。數(shù)字中國(guó)建設(shè)離不開(kāi)數(shù)據(jù)通信，通信網(wǎng)絡(luò)為數(shù)字中國(guó)的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、社會(huì)、生態(tài)提供基礎(chǔ)通信能力。在數(shù)字產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求下，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商也在努力建設(shè)融合、共享、高效的通信網(wǎng)絡(luò)。中國(guó)電信在固移融合背景下，實(shí)現(xiàn)IP 城域網(wǎng)及無(wú)線回傳網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)一承載[1]，廣電的承載網(wǎng)融合則是為了最大化利用其豐富的機(jī)房、管道和光纜資源[2]。分析通信系統(tǒng)架構(gòu)變革的歷程，研究人員以服務(wù)為目標(biāo)提出系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)的規(guī)律和方向，提出“平臺(tái)化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)”的發(fā)展理念[3]。

隨著云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，核心網(wǎng)一直朝著云計(jì)算的方向演進(jìn)。對(duì)于5G 來(lái)說(shuō)已經(jīng)有了開(kāi)源系統(tǒng)，并支持Kubernetes 部署[4]，VoLTE 也可以通過(guò)開(kāi)源無(wú)線接口平臺(tái)項(xiàng)目（Open Air Inteface，OAI）及開(kāi)源IMS 核心網(wǎng)項(xiàng)目（Open IMS Core）實(shí)現(xiàn)[5]。2020年，微軟收購(gòu)云原生網(wǎng)絡(luò)解決方案提供商Affirmed Networks、核心網(wǎng)供應(yīng)商Metaswitch，并著手與美國(guó)第二大移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商AT&T 達(dá)成協(xié)議，協(xié)助AT&T 將核心網(wǎng)部署在Azure 公有云上，計(jì)劃像開(kāi)超市一樣向企業(yè)客戶售賣核心網(wǎng)。作為通信網(wǎng)絡(luò)的控制中樞，從核心網(wǎng)的功能出發(fā)，核心網(wǎng)的主要作用是進(jìn)行終端鑒權(quán)、用戶管理及交換控制等[6]，上云后沒(méi)有了底層硬件的區(qū)別，則融合的核心網(wǎng)平臺(tái)就成了一個(gè)選擇。本文透過(guò)核心網(wǎng)的網(wǎng)元，直接從核心網(wǎng)的功能進(jìn)行分析，探討融合的核心網(wǎng)架構(gòu)，在通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化演進(jìn)的大趨勢(shì)下，參考IT、業(yè)務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)，提出了核心網(wǎng)的平臺(tái)化架構(gòu)。

1 核心網(wǎng)功能分析

1.1 核心網(wǎng)功能演進(jìn)

在程控交換機(jī)時(shí)代，固定核心網(wǎng)主要負(fù)責(zé)電路交換，隨著接入終端類型的增加，固網(wǎng)業(yè)務(wù)類型增加，需要對(duì)終端進(jìn)行接入鑒權(quán)，不同的業(yè)務(wù)需要進(jìn)行鑒權(quán)。到了軟交換、IMS 時(shí)期，業(yè)務(wù)承載演進(jìn)到分組域，固定核心網(wǎng)不僅要鑒權(quán)、交換控制，還要負(fù)責(zé)鏈路的建立與切換。雖然固定核心網(wǎng)的主要任務(wù)是實(shí)現(xiàn)這些功能，但對(duì)于網(wǎng)絡(luò)建設(shè)來(lái)說(shuō)，核心網(wǎng)廠商一般把網(wǎng)絡(luò)功能封裝在不同的網(wǎng)元中，如軟交換的媒體網(wǎng)關(guān)（Media Gateway，MGW）負(fù)責(zé)媒體交換，移動(dòng)交換中心（Mobile Switch Center，MSC）負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)控制、鑒權(quán)等功能，IMS 的呼叫業(yè)務(wù)與控制功能實(shí)體（Call Session Control Function，CSCF）網(wǎng)元負(fù)責(zé)呼叫業(yè)務(wù)與控制功能，歸屬用戶服務(wù)器（Home Subscriber Server，HSS）負(fù)責(zé)鑒權(quán)等。核心網(wǎng)設(shè)計(jì)就是根據(jù)業(yè)務(wù)需求對(duì)網(wǎng)元的布局、數(shù)量及配置進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，因此傳統(tǒng)核心網(wǎng)的最小設(shè)計(jì)單元是網(wǎng)元。

移動(dòng)核心網(wǎng)增加了移動(dòng)性管理、移動(dòng)切換、漫游等功能需求。如圖1 所示，在2G、3G 時(shí)代，移動(dòng)核心網(wǎng)的MGW、MSC 及歸屬位置寄存器（Home Location Register，HLR）就實(shí)現(xiàn)了這些功能。4G 移動(dòng)核心網(wǎng)演進(jìn)為數(shù)據(jù)承載網(wǎng)，不同用戶的業(yè)務(wù)承載QoS 需要不同的控制策略，因此移動(dòng)核心網(wǎng)中疊加了PCC（策略控制與計(jì)費(fèi)）功能。5G 核心網(wǎng)控制平面是在IT 服務(wù)架構(gòu)基礎(chǔ)上重新構(gòu)建的移動(dòng)核心網(wǎng)架構(gòu)體系，網(wǎng)元之間以服務(wù)化接口進(jìn)行互通[7-8]。5G 核心網(wǎng)的網(wǎng)元基本以功能命名，如接入管理功能（Access and Mobility Management Function，AMF）、業(yè)務(wù)控制功能（Session Management Function，SMF）、網(wǎng)絡(luò)切片管理功能（Network Slice Selection Function，NSSF）等，以前包含在MSC、移動(dòng)性管理實(shí)體（Mobility Management Entity，MME）等核心網(wǎng)元中的用戶鑒權(quán)功能單獨(dú)由鑒權(quán)服務(wù)功能（Authentication Server Function，AUSF）來(lái)承接。

圖1 移動(dòng)核心網(wǎng)功能演進(jìn)

1.2 以功能為核心的優(yōu)勢(shì)分析

從以上分析可以看出，核心網(wǎng)的本質(zhì)是計(jì)費(fèi)、鑒權(quán)認(rèn)證、策略控制、話務(wù)控制、資源分配、接入控制等功能[9]，網(wǎng)元僅僅是封裝這些功能的載體。在上云前，由于產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、設(shè)備管理、網(wǎng)絡(luò)配置、運(yùn)維等原因，利用網(wǎng)元概念可以簡(jiǎn)化核心網(wǎng)架構(gòu)，快速進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，簡(jiǎn)化運(yùn)維；上云后，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)功能作為可以云化部署的軟件功能，核心網(wǎng)功能與業(yè)務(wù)平臺(tái)、IT 等系統(tǒng)的軟件功能并沒(méi)有本質(zhì)區(qū)別，因此核心網(wǎng)功能云化部署后，用網(wǎng)元對(duì)核心網(wǎng)功能進(jìn)行封裝就沒(méi)有了必要性，直接對(duì)功能及能力進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)資源共享、彈性伸縮、快速部署，從而提高網(wǎng)絡(luò)的效率和靈活性。在核心網(wǎng)中直接把網(wǎng)絡(luò)功能作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、規(guī)劃的對(duì)象，可以帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì)：

（1）把核心網(wǎng)功能作為網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、部署的對(duì)象，讓核心網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)更貼近核心網(wǎng)的本質(zhì)，避免網(wǎng)元中固定配置的多余功能封裝，提高核心網(wǎng)的柔性及精確性。這種直接面向功能的核心網(wǎng)設(shè)計(jì)對(duì)于建設(shè)輕量化定制核心網(wǎng)具有重要意義。如圖2 所示，4G 核心網(wǎng)MME、HSS 等網(wǎng)元封裝了核心網(wǎng)功能，規(guī)劃、設(shè)計(jì)顆粒度就只能是網(wǎng)元，如果以功能為目標(biāo)則就可以更精細(xì)化地規(guī)劃設(shè)計(jì)，有利于網(wǎng)絡(luò)功能的演進(jìn)與融合。

圖2 核心網(wǎng)功能的歸并

（2）直接以網(wǎng)絡(luò)功能作為核心網(wǎng)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)對(duì)象符合核心網(wǎng)的服務(wù)化架構(gòu)演進(jìn)。服務(wù)化架構(gòu)是以輕量級(jí)接口協(xié)議為基礎(chǔ)，為網(wǎng)絡(luò)功能、接口位置提供服務(wù)。不同垂直行業(yè)對(duì)核心網(wǎng)的差異化需求主要體現(xiàn)在功能的差別，若在建設(shè)核心網(wǎng)的過(guò)程中，仍使用傳統(tǒng)的網(wǎng)元部署方式，容易忽略不同行業(yè)的功能區(qū)別，網(wǎng)元封裝的功能難以適配不同垂直行業(yè)的定制化核心網(wǎng)業(yè)務(wù)特性。以網(wǎng)絡(luò)功能作為目標(biāo)后，核心網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)就更容易體現(xiàn)行業(yè)功能要求[10]，并關(guān)注用戶的上網(wǎng)要求，然后對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能進(jìn)行分離設(shè)計(jì)，通過(guò)虛擬化技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)功能。

（3）以功能作為核心網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容對(duì)核心網(wǎng)的布局與建設(shè)帶來(lái)了新思路。目前核心網(wǎng)的規(guī)劃設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容是網(wǎng)元的布局與配置，核心網(wǎng)容災(zāi)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是網(wǎng)元容災(zāi)。如果以功能為規(guī)劃設(shè)計(jì)內(nèi)容，有利于直接對(duì)網(wǎng)絡(luò)功能制定合理的容災(zāi)策略，如鑒權(quán)認(rèn)證功能就可以利用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、免鑒權(quán)、AI 智能鑒權(quán)、分級(jí)授權(quán)等方式來(lái)保障用戶遇到核心網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)故障時(shí)的基本業(yè)務(wù)。

（4）以功能為對(duì)象可以節(jié)省投資。每次網(wǎng)絡(luò)升級(jí)換代后，網(wǎng)元類型會(huì)增加，網(wǎng)元功能也會(huì)有較大升級(jí)，因此從1G 到5G，每次升級(jí)都要新建核心網(wǎng)。核心網(wǎng)云化后，以功能為建設(shè)對(duì)象，則每次的網(wǎng)絡(luò)升級(jí)換代都是一次功能升級(jí)。在功能升級(jí)的建設(shè)思路下，就可以利舊大部分的網(wǎng)絡(luò)功能，僅需增補(bǔ)或升級(jí)部分功能，從而節(jié)省投資。

（5）以網(wǎng)絡(luò)功能為對(duì)象有利于推進(jìn)云網(wǎng)融合。傳統(tǒng)核心網(wǎng)不僅軟件功能與硬件緊密耦合，業(yè)務(wù)與網(wǎng)絡(luò)也是耦合的，不同網(wǎng)元封裝不同的功能，各網(wǎng)元之間采用不同的接口協(xié)議，如與HSS 交互需支持Diameter 協(xié)議。云網(wǎng)融合就是要充分利用云網(wǎng)資源，并結(jié)合云的高可用性、可擴(kuò)展性及彈性擴(kuò)縮容，此時(shí)以功能為對(duì)象更適合進(jìn)行核心網(wǎng)與云的有效分工。

核心網(wǎng)向服務(wù)化架構(gòu)演進(jìn)，5G 核心網(wǎng)架構(gòu)總體呈現(xiàn)出網(wǎng)元功能解耦、兼容萬(wàn)物互聯(lián)、業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)的導(dǎo)向，但是核心網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)還是單體架構(gòu)[8]，只是借鑒了一些云原生的思路，如服務(wù)注冊(cè)、服務(wù)發(fā)現(xiàn)等。廠商在實(shí)現(xiàn)的時(shí)候還是把每個(gè)功能體設(shè)計(jì)為封閉的網(wǎng)元，這顯然不利于核心網(wǎng)的上云與云網(wǎng)融合。天地一體網(wǎng)絡(luò)包含了多層次的異構(gòu)子系統(tǒng)，其核心網(wǎng)的本質(zhì)依然是交換控制、鑒權(quán)認(rèn)證與資源調(diào)度，同時(shí)也對(duì)AI 智能控制提出了需求，從而實(shí)現(xiàn)算力度量、智能調(diào)度、實(shí)時(shí)編排[11]。因此，基于網(wǎng)元的核心網(wǎng)架構(gòu)顯然不能適應(yīng)復(fù)雜多變的核心網(wǎng)需求，需要在通信網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)化演進(jìn)的大趨勢(shì)下，對(duì)核心網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新研究。

2 核心網(wǎng)平臺(tái)化架構(gòu)

2.1 核心網(wǎng)平臺(tái)化

平臺(tái)化服務(wù)網(wǎng)絡(luò)是移動(dòng)通信的演進(jìn)趨勢(shì)[12]，并且平臺(tái)化、服務(wù)化是移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力拓展的必然要求。在1G 的時(shí)候，語(yǔ)音電話是移動(dòng)通信的唯一業(yè)務(wù)，隨后增加了短信業(yè)務(wù)；然后在2G 后期，隨著數(shù)據(jù)能力的出現(xiàn)增加了多媒體消息；隨著3G時(shí)期數(shù)據(jù)域增強(qiáng)能力，移動(dòng)聊天、彩鈴等業(yè)務(wù)也逐步開(kāi)展；到了4G、5G 時(shí)期，大帶寬、低時(shí)延、多鏈接的移動(dòng)數(shù)據(jù)交換能力使得在線游戲、移動(dòng)辦公、直播等業(yè)務(wù)都能在通信網(wǎng)絡(luò)上飛速發(fā)展。當(dāng)承載少數(shù)幾個(gè)業(yè)務(wù)時(shí)，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)可以為這些業(yè)務(wù)定制服務(wù)，當(dāng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上承載了成百上千的業(yè)務(wù)后，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)不可能為單個(gè)業(yè)務(wù)去調(diào)整，此時(shí)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)變?yōu)橐粋€(gè)平臺(tái)，它為不同業(yè)務(wù)提供通用化的數(shù)據(jù)交換、基本位置能力等服務(wù)。

如圖3 所示，互聯(lián)互通的移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)、固定網(wǎng)絡(luò)共同構(gòu)建了一個(gè)業(yè)務(wù)承載平臺(tái)，其上承載了基礎(chǔ)業(yè)務(wù)、融合業(yè)務(wù)及數(shù)字產(chǎn)業(yè)應(yīng)用。

圖3 通信網(wǎng)絡(luò)的平臺(tái)化

核心網(wǎng)是通信網(wǎng)絡(luò)的控制與交換中心，最初的固定網(wǎng)絡(luò)主要服務(wù)電報(bào)、電話業(yè)務(wù)，移動(dòng)電路域也是與語(yǔ)音話務(wù)緊密結(jié)合。隨著核心網(wǎng)承載、控制、業(yè)務(wù)的分離，現(xiàn)在的移動(dòng)核心網(wǎng)、固定網(wǎng)也不再為單個(gè)業(yè)務(wù)服務(wù)，5G 核心網(wǎng)提供的AMF、SMF、用戶數(shù)據(jù)管理（Unified Data Management，UDM）、AUSF 等都是與具體業(yè)務(wù)解耦的通用服務(wù)能力。在固網(wǎng)方面，IMS 也做到業(yè)務(wù)與控制的分離，每個(gè)業(yè)務(wù)都可以通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器提供相應(yīng)的業(yè)務(wù)應(yīng)用。綜上所述，現(xiàn)在的移動(dòng)核心網(wǎng)、固定核心網(wǎng)已經(jīng)成為一個(gè)能力平臺(tái)，以后隨著固移融合，融合了固移能力的核心網(wǎng)平臺(tái)將成為更大、更強(qiáng)的能力平臺(tái)[9]。顯然，核心網(wǎng)已經(jīng)成為一個(gè)能力平臺(tái)，在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network Function Visualization，NFV）、軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）等技術(shù)已經(jīng)成熟的情況下，就應(yīng)該按照平臺(tái)化架構(gòu)的目標(biāo)去規(guī)劃設(shè)計(jì)核心網(wǎng)，而不應(yīng)該按照傳統(tǒng)的網(wǎng)元單體架構(gòu)去規(guī)劃、設(shè)計(jì)。

核心網(wǎng)平臺(tái)化演進(jìn)將帶來(lái)以下優(yōu)勢(shì)：

（1）支持多種應(yīng)用場(chǎng)景。核心網(wǎng)平臺(tái)化可以支持不同類型的應(yīng)用場(chǎng)景，例如物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)移動(dòng)寬帶等。平臺(tái)化的核心網(wǎng)可以通過(guò)虛擬化、云化等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享和創(chuàng)新，為不同類型的應(yīng)用場(chǎng)景提供更加靈活、可定制的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

（2）提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性。核心網(wǎng)平臺(tái)化可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化、云化、軟件化等技術(shù)的應(yīng)用，提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性和可擴(kuò)展性。這些技術(shù)可以幫助運(yùn)營(yíng)商更加方便地進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)資源的配置和管理，提高網(wǎng)絡(luò)的資源利用率和運(yùn)行效率。

（3）降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)的平臺(tái)化，可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的共享和協(xié)同工作，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本。平臺(tái)化的核心網(wǎng)可以將網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化并統(tǒng)一管理，減少硬件設(shè)備的數(shù)量和維護(hù)成本，從而降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本。

（4）支持創(chuàng)新業(yè)務(wù)的快速推出。平臺(tái)化的核心網(wǎng)可以通過(guò)開(kāi)放接口、標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議等技術(shù)，支持創(chuàng)新業(yè)務(wù)的快速推出。開(kāi)放接口和標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議可以降低新業(yè)務(wù)的接入門檻，為創(chuàng)新業(yè)務(wù)提供更加靈活、高效的接入方式。

（5）提高用戶體驗(yàn)。平臺(tái)化的核心網(wǎng)可以根據(jù)不同用戶的需求和應(yīng)用場(chǎng)景，提供更加個(gè)性化、定制化的服務(wù)。這可以提高用戶的滿意度和體驗(yàn)。

綜上所述，核心網(wǎng)平臺(tái)化有提高網(wǎng)絡(luò)的靈活性、可擴(kuò)展性，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本，支持創(chuàng)新業(yè)務(wù)的快速推出，提高用戶體驗(yàn)等優(yōu)勢(shì)，具有重要的意義和價(jià)值。

2.2 平臺(tái)化架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)被譽(yù)為網(wǎng)絡(luò)研究“皇冠上的明珠”[13]，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是數(shù)字世界的“三大架構(gòu)”之一，我國(guó)的通信專家一直在探索核心網(wǎng)的新架構(gòu)[3,14]，其中云化架構(gòu)一直是他們研究的一個(gè)方向。云化架構(gòu)強(qiáng)調(diào)的是核心網(wǎng)能力的分層解耦，解決的是核心網(wǎng)功能軟件與硬件的解耦，目的是提升資源利用率和部署效率。云原生5G 核心網(wǎng)以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)功能的容器化為目的，重點(diǎn)是核心網(wǎng)功能的微服務(wù)化，在上云的基礎(chǔ)上提高網(wǎng)絡(luò)的彈性擴(kuò)縮容能力[4,15]。核心網(wǎng)平臺(tái)化架構(gòu)是在云化的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)核心網(wǎng)功能的分類歸并，讓核心網(wǎng)平臺(tái)成為承載不同業(yè)務(wù)的通用能力平臺(tái)。

核心網(wǎng)的平臺(tái)化架構(gòu)應(yīng)該將核心網(wǎng)功能與業(yè)務(wù)應(yīng)用解耦，對(duì)核心網(wǎng)功能進(jìn)行歸并管理，對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行柔性支撐。核心網(wǎng)需要支撐的業(yè)務(wù)眾多，首先應(yīng)按照業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)核心網(wǎng)的功能需求進(jìn)行分析，對(duì)不同的核心網(wǎng)功能分而治之，讓核心網(wǎng)平臺(tái)以提供通用連接管理、話務(wù)管理、移動(dòng)性管理為主，并在此基礎(chǔ)上對(duì)通用的位置應(yīng)用、消息轉(zhuǎn)發(fā)、群組通話、預(yù)付費(fèi)等提供開(kāi)放能力。

如圖4 所示，平臺(tái)化的核心網(wǎng)架構(gòu)包含接入層、核心功能層、開(kāi)放能力層、智能運(yùn)維、安全管理、公共數(shù)據(jù)等模塊。接入層應(yīng)滿足寬帶化、IP 化的接入能力，能滿足政企專線、家庭網(wǎng)關(guān)、移動(dòng)終端及衛(wèi)星終端等不同通信終端的接入需求。核心網(wǎng)功能層是核心網(wǎng)通用能力的集合，媒體編碼、轉(zhuǎn)換，會(huì)話管理、移動(dòng)性管理等在核心功能層按照系統(tǒng)功能架構(gòu)重新組合，對(duì)外提供核心功能。在核心功能層之上，平臺(tái)化的核心網(wǎng)可以提供開(kāi)放能力層，對(duì)外部業(yè)務(wù)應(yīng)用提供消息、定位、語(yǔ)音等業(yè)務(wù)能力。這些開(kāi)放能力可以被外部的業(yè)務(wù)應(yīng)用訂閱或調(diào)用，并附加定制的其他功能形成不同的政企應(yīng)用或信息通信融合（Information and Communication Technology，ICT）應(yīng)用。智能運(yùn)維模塊負(fù)責(zé)核心網(wǎng)功能配置及管理，按應(yīng)用需求配置功能實(shí)例或網(wǎng)絡(luò)實(shí)例滿足業(yè)務(wù)或網(wǎng)絡(luò)切片的需求。核心網(wǎng)平臺(tái)配備安全管理平臺(tái)對(duì)用戶數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行安全管理。

圖4 平臺(tái)化核心網(wǎng)

2.3 核心網(wǎng)平臺(tái)化架構(gòu)的關(guān)鍵點(diǎn)

核心網(wǎng)還處于上云的初期，網(wǎng)元的虛擬化部署尚未普及，核心網(wǎng)平臺(tái)化架構(gòu)距離成熟部署還有很多技術(shù)問(wèn)題需要解決，核心網(wǎng)的平臺(tái)化架構(gòu)建設(shè)也是一個(gè)逐步完善的過(guò)程。本文提出平臺(tái)化架構(gòu)是為了把核心網(wǎng)改造為一個(gè)開(kāi)放的、融合的柔性網(wǎng)絡(luò)能力平臺(tái)。

2.3.1 開(kāi)放性

核心網(wǎng)的架構(gòu)一直是基于網(wǎng)元的單體架構(gòu)，核心網(wǎng)產(chǎn)品被以網(wǎng)元的形態(tài)提供給運(yùn)營(yíng)商，網(wǎng)元對(duì)運(yùn)營(yíng)商來(lái)說(shuō)就是黑箱。平臺(tái)化架構(gòu)就可以打開(kāi)這種黑箱，讓運(yùn)營(yíng)商不僅能夠看到內(nèi)部功能，還能編排功能，從而更精細(xì)地運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)，讓核心網(wǎng)從一個(gè)定制化的消費(fèi)網(wǎng)絡(luò)變成一個(gè)可以生產(chǎn)的網(wǎng)絡(luò)。核心網(wǎng)平臺(tái)化架構(gòu)的開(kāi)放性表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）業(yè)務(wù)能力的開(kāi)放。核心功能之間遵循開(kāi)放的服務(wù)化接口，功能之間解耦，對(duì)新的業(yè)務(wù)可以通過(guò)能力編排來(lái)實(shí)現(xiàn)。

（2）平臺(tái)軟件、協(xié)議、代碼的開(kāi)放，保持核心網(wǎng)的長(zhǎng)期升級(jí)與擴(kuò)容。

（3）部署方式的開(kāi)放。核心網(wǎng)平臺(tái)不需要全部功能部署在一個(gè)資源池，不需要同樣的容災(zāi)備份方式，每個(gè)功能按照其技術(shù)能力選擇合適的部署地點(diǎn)與備份容災(zāi)方式。

2.3.2 融合性

“經(jīng)”“權(quán)”關(guān)系的探討源于孔子，孟子繼承了孔子的經(jīng)權(quán)學(xué)說(shuō)并有所發(fā)展。孔子之所以成為儒家思想的集大成者，成為時(shí)之圣人，與其通權(quán)達(dá)變，靈活變通有著密不可分的關(guān)系。李有光（2011）認(rèn)為，儒家正是因?yàn)閺目鬃邮季蛷?qiáng)調(diào)“經(jīng)”與“權(quán)”，即原則性和靈活性的對(duì)立統(tǒng)一、互動(dòng)互存的關(guān)系，才使得儒術(shù)在歷史長(zhǎng)河中既堅(jiān)守自己的倫理之道毫不動(dòng)搖，又不斷吸收新的思想成分，隨著歷史條件的變化而調(diào)整，從而最終確立了自身的國(guó)家意識(shí)形態(tài)和主流文化的地位。《論語(yǔ)》中多處體現(xiàn)著經(jīng)主權(quán)輔，經(jīng)權(quán)互變的思想。

平臺(tái)化的核心網(wǎng)的融合性應(yīng)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

（1）核心網(wǎng)平臺(tái)架構(gòu)中應(yīng)融合云、網(wǎng)、數(shù)、智、安等多要素，在融合云網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上提供數(shù)據(jù)、AI 及安全等多能力；

（2）融合性應(yīng)體現(xiàn)在接入能力的多樣性，無(wú)論移動(dòng)終端還是固定終端，無(wú)論是中繼接入還是Wi-Fi 接入，核心網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)該提供融合的接入及控制能力；

（3）融合性體現(xiàn)在核心功能的融合，如接入鑒權(quán)功能應(yīng)對(duì)所有接入方式的終端和用戶提供鑒權(quán)能力。

2.3.3 柔 性

核心網(wǎng)平臺(tái)要對(duì)外提供能力，而外部的需求具有不確定性，因此核心網(wǎng)平臺(tái)應(yīng)是一個(gè)柔性網(wǎng)絡(luò)，能為不同的場(chǎng)景、不同的業(yè)務(wù)需求提供不同的基礎(chǔ)能力，即通過(guò)“以應(yīng)用服務(wù)為中心”漸進(jìn)式重構(gòu)3～7 層協(xié)議棧，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)“主動(dòng)表達(dá)需求”，提供按需使用能力[13]。此外，柔性的核心網(wǎng)平臺(tái)還應(yīng)該能夠在服務(wù)化的基礎(chǔ)上提供定制化的切片網(wǎng)絡(luò)實(shí)例，服務(wù)不同的客戶。總之，平臺(tái)化的核心網(wǎng)通過(guò)控制與轉(zhuǎn)發(fā)的分離，分布式與集中式的融合，實(shí)現(xiàn)“全網(wǎng)可管控”，提供差異化能力[13]。

3 核心網(wǎng)平臺(tái)化帶來(lái)的新問(wèn)題

3.1 建設(shè)方式

平臺(tái)化核心網(wǎng)一定是部署在云上的軟件系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)功能以NFV方式部署，云資源池提供硬件能力。平臺(tái)比網(wǎng)元具有更長(zhǎng)的生命周期，在系統(tǒng)架構(gòu)允許的情況，平臺(tái)只需要升級(jí)擴(kuò)容功能，即使網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)要6G，也不需要新建一個(gè)6G 核心網(wǎng)平臺(tái)。

3.2 容災(zāi)方式

平臺(tái)化后，容災(zāi)的對(duì)象是能力集，現(xiàn)有面向網(wǎng)元的1+1、N+1 及池化（pool）容災(zāi)方式不再適用。平臺(tái)化后，核心網(wǎng)功能部署在云上，具體的核心網(wǎng)能力由云上的每臺(tái)虛機(jī)或容器來(lái)完成，而這些虛機(jī)或容器本身具備了重生、遷移等能力。

此外，沒(méi)有網(wǎng)元后，也就沒(méi)有了網(wǎng)元門限、網(wǎng)元故障。平臺(tái)化核心網(wǎng)的容災(zāi)需要考慮功能實(shí)例故障、單機(jī)故障及節(jié)點(diǎn)故障。這些故障容災(zāi)方式與現(xiàn)有的IT、業(yè)務(wù)平臺(tái)容災(zāi)方式幾乎相同，可選擇的容災(zāi)技術(shù)也就多了。

3.3 運(yùn)維方式

平臺(tái)化的核心網(wǎng)應(yīng)具備自動(dòng)運(yùn)維能力，包括自動(dòng)化部署、自動(dòng)化測(cè)試、自動(dòng)化監(jiān)控和自動(dòng)化故障排除等功能。這些功能可以使運(yùn)維人員更加高效地管理和運(yùn)維網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)也能提高網(wǎng)絡(luò)的可靠性和穩(wěn)定性。

自動(dòng)化運(yùn)維所需要的這些功能或工具需要研究人員在平臺(tái)化架構(gòu)下不斷研究、探索、試驗(yàn)，因此也對(duì)運(yùn)維人員提出了更高的要求。

3.4 智慧核心網(wǎng)

平臺(tái)化的核心網(wǎng)應(yīng)具備數(shù)據(jù)分析能力，可以對(duì)網(wǎng)絡(luò)中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和挖掘，讓運(yùn)營(yíng)商及時(shí)、準(zhǔn)確地了解用戶的需求和行為，同時(shí)對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源分配和使用，提高網(wǎng)絡(luò)的用戶體驗(yàn)和業(yè)務(wù)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

通信網(wǎng)絡(luò)是承載數(shù)字產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)平臺(tái)，現(xiàn)有核心網(wǎng)的單體架構(gòu)難以適應(yīng)數(shù)字產(chǎn)業(yè)的多樣化發(fā)展需求，本文從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的角度對(duì)未來(lái)核心網(wǎng)的架構(gòu)進(jìn)行分析研究。作為通信網(wǎng)絡(luò)的中心，核心網(wǎng)提供信令處理、用戶數(shù)據(jù)傳輸、安全保障等功能。通過(guò)分析核心網(wǎng)的本質(zhì)功能，再借鑒業(yè)務(wù)平臺(tái)、IT 系統(tǒng)的架構(gòu)優(yōu)勢(shì)，本文提出了核心網(wǎng)的平臺(tái)化架構(gòu)。核心網(wǎng)平臺(tái)化架構(gòu)是融合虛擬化、軟件化、服務(wù)化等多種現(xiàn)有技術(shù)的面向數(shù)字產(chǎn)業(yè)的應(yīng)用，滿足多種接入方式的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。核心網(wǎng)建設(shè)采用平臺(tái)化架構(gòu)后，各個(gè)核心網(wǎng)功能通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用程序接口（Application Programming Interface，API）互相調(diào)用，軟件功能部署在虛擬化的服務(wù)器中，實(shí)現(xiàn)資源共享，同時(shí)能夠進(jìn)行自動(dòng)化運(yùn)維和智能數(shù)據(jù)分析。

雖然國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商都在推進(jìn)核心網(wǎng)上云，但是核心網(wǎng)平臺(tái)化架構(gòu)的落地還需要解決服務(wù)功能之間的協(xié)作與通信問(wèn)題，并需要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)維與數(shù)據(jù)分析。此外，核心網(wǎng)規(guī)劃、設(shè)計(jì)目標(biāo)從網(wǎng)元改為功能、系統(tǒng)架構(gòu)，容災(zāi)方式也有了新的變化。核心網(wǎng)的平臺(tái)化架構(gòu)建設(shè)是一個(gè)逐漸推進(jìn)的過(guò)程，功能上可以先從數(shù)據(jù)平臺(tái)化建設(shè)、集中維護(hù)入手，并在小型的定制網(wǎng)中先行先試。