长三角核心网网络组织现状及存在的问题
2019-07-11 08:55

摘要:长三角城市群之间经济联系十分紧密,人员流动频繁,跨省通信业务需求旺盛。传统上以省为单位进行核心网网络规划建设资源利用率低,专业化运营能力不强,无法快速推出业务适应市场竞争,不能充分发挥网络虚拟化后电信云的能力与优点。详细分析了核心网网络功能虚拟化、软件化、集中化、云化的演进趋势,给出了长三角一体化核心网规划建设目标和策略,针对长三角一体化核心网推进过程中存在的问题,给出了解决建议。

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引言

由上海市、江苏省和浙江省共同组成的长江三角洲(简称“长三角”)区域面积达21.9万km2,常驻人口1.59亿,生产总值13.8万亿元,占全国的20%。长三角地区自然禀赋优良,经济基础雄厚,体制比较完善,城镇体系完整,科教文化发达,已成为全国发展基础最好、体制环境最优、整体竞争力最强的地区之一,也是世界六大城市群之一。

据12306网站数据统计,沪宁高铁269趟/天,沪杭高铁169趟/天,宁杭高铁123趟/天,行程均在1 h左右,日均发送旅客186.1万人,占全国总发送旅客的19.9%。沪宁杭间已经实现高铁公交化运营,形成了“金三角”通道。

上海地铁11号线延伸到苏州昆山花桥,昆山轻轨S1线直接对接上海地铁11号线,上海地铁17号线规划对接苏州4号线,上海地铁9号线规划延伸至嘉兴,这些都紧密了长三角城市间的联系。

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长三角核心网网络组织现状及存在的问题

长三角区域现有核心网都按照省为单位进行部署。移动核心网电路域MSC Server、MGW、HSS/HLR、MGCF,移动核心网分组域SGSN/MME、GGSN/GW、PCRF、CG 、ENUM/DNS ,IMS域CSCF等,都部署在省级枢纽中心,接入侧的AG、SBC,媒体转发面的IM-MGW、MGW以及互联互通GMSC部署在地(市)。地(市)节点与省级枢纽中心以及各省级枢纽中心之间通过承载网互通。长三角现有核心网网络组织示意如图1所示。

▲ 图1 长三角现有核心网网络组织示意图

以地(市)、省为单位进行核心网网络部署是建网初期形成的历史格局。随着竞争格局的变化以及网络演进,现有网络结构出现了一些问题:新业务开通时间长;无法满足OTT业务极速发展的竞争需要;无法充分发挥电信云的能力和优点;随着长三角区域内城市之间的联系愈加紧密,以地(市)、省为单位建网造成网络切换频繁,网络路由冗长,用户感知下降,网络利用率低下等。

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核心网演进趋势分析

2.1  虚拟化

网络功能虚拟化(NFV)克服了传统电信网络设备中专用硬件设备种类各异,数量众多,硬件生命周期趋短的缺点。希望通过IT虚拟化技术将传统电信网络设备统一应用到工业化标准的高性能、大容量的服务器、存储设备和交换机上,实现电信设备软硬件解耦合的目的。通用硬件平台实现硬件标准化,提高资源利用效率,降低了网络建设和维护成本,同时激发了业务创新能力,可以快速推出新业务,缩短业务TTM,更灵活满足客户需求。

2.2  软件化

软件定义网络(SDN)是一种新型的网络架构,它的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离,并实现可编程化控制。通过网络设备与业务应用解耦,以快速提供业务;通过网络设备控制层和转发层解耦合,以降低对设备要求,节省CAPEX。

2.3  云化

全球电信运营商在以虚拟化与软件化为目标的战略转型中,都以网络云化为基本要求。运营商需要未雨绸缪才能更好地规划网络和业务发展,保持价值链顶端的地位。用IT思维构建智能、开放、高效、敏捷的云信息基础设施,通过统一的云架构实现资源统一规划与建设,统一部署与管理,统一调度与共享,统一承载、按需分配资源。美国电信运营商AT&T的DomAIn2.0计划涉及到内部软件化、外部能力开放,帮助AT&T网络服务和网络基础架构向云化演进,计划2020年实现75%的网络功能软件化,成功转型为“软件公司”。中国移动发布的NovoNet2020愿景,希望融合NFV、SDN等新技术,构建一张资源可全局调度、能力可全面开放、容量可弹性伸缩、架构可灵活调整的新一代云化网络。在中国联通的CUBE-Net 2.0和中国电信的CTNet战略中,都提出了以云DC为核心,进行云网协同和网络全面云化。

2.4  集中化

随着核心网设备的虚拟化、软件化、云化,网络控制与业务承载分离,核心网最关键的网络控制层面设备可以集中部署,方便集中控制、集中调度和集中维护。

a) 控制层面维护需要的技术能力较高,集中设置可以充分发挥人员集聚的优势。

b) 集中化设置方便设备容量共享,可以提高资源利用率,降低基础设施建设成本。

c) 集中化设置方便业务统一部署,缩短业务部署时间,快速响应市场需求。

美国电信运营商Verizon在全美设置2个大区,每个大区选择3个节点设置分布式HSS,采用大容量集群化设备组网HSS。欧洲电信运营商Vodafone,根据用户分布划分全网为4个核心网站点,形成4个大区,采用NFV架构组网IMS。

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长三角一体化核心网规划建设思路

3.1  去行政化

随着长三角区域交通、经济一体化的推进,建设信息通信服务的运营商网络时,建议打破现有的行政区划限制,一体化考虑核心网的规划和建设。以性能最优,效率最高,投资最省为出发点,考虑核心网的规划、建设和运营。

3.2  虚拟化、集中化

移动核心网语音业务在逐步萎缩,目前没有新建电路域MSC Server、MGW、MGCF设备的需求,4G/5G的语音由VoLte/VoNR来实现,随着4G/5G覆盖的完善,现有2G/3G语音设备可以逐步退网。HSS/HLR作为负责移动用户管理的数据库,目前已经采用分布式架构在省内相对集中部署,也具备虚拟化的条件。

移动核心网分组域MME设备主要完成信令层面的处理,主要设备厂家都支持vMME,具备集中化的条件。为了支持未来5G高速率、大连接、低延迟的业务需求,移动核心网分组域SAE-GW设备需要采用CU分离架构,C面主要处理控制层面数据,U面主要承载用户层面数据,并尽量让U面靠近用户,所以,SAE-GW可以分离为SAE-GW-C与SAE-GW-U 2个部分,SAE-GW-C采用虚拟化架构,集中设置,SAE-GW-U采用虚拟化架构,靠近用户设置。PCRF作为业务数据流和IP承载资源的策略与计费控制策略决策点,目前基本上相对集中设置在省会城市,也具备虚拟化的条件。CG、ENUM/DNS服务器都是传统上的IT设备,具备虚拟化、集中化的条件。

移动网IMS域CSCF设备主要完成呼叫的控制,主要设备厂家也都支持虚拟化,可以集中化设置。IMS域AS设备是IMS系统中位于最上层的应用层设备,本身就是IT设备,所以也具备虚拟化、集中化的条件。

5G核心网NGC中要求所有设备,如UDM、PCF、AMF、SMF、UPF等都基于虚拟化实现,按照网络切片提供网络服务,所以也具备虚拟化、集中化的条件。

3.3  云化、DC化

随着移动核心网主要设备的虚拟化,其主要功能将通过软件来实现,软件、硬件以及虚拟化层实现三层解耦。为了最大化利用硬件资源的处理能力,发挥最大效能,有必要建设云化通信基础设施——电信云,为所有的网络功能提供硬件资源。

电信云对机房、动力、空调等的需求与传统的通信设备要求有很大不同。对机房的承重、层高等要求都比通信机房要高。单机架功率密度是传统通信设备的3~5倍,对电的需求量增大很多。由于单机架功耗较大,机架排列方式、送风方式、制冷方式等,也与现有通信机房有很大不同。所以,电信云的构建要参考IDC的建设,新建DC化云枢纽或者对现有核心机房进行DC化改造,才能满足未来网络的发展需求。

3.4  长三角一体化核心网规划建设目标

按照去行政化、虚拟化、集中化、云化、DC化的思路,长三角区域核心网应用层、控制层网络功能建议采用虚拟化的手段集中建设,可以考虑建设长三角一体化区域DC,同时服务于江浙沪3地。考虑到区域DC在网络位置中的重要性,建议采用1+1备份方式设置,提高核心网的可靠性和健壮性。区域DC需要与江浙沪各地(市)本地DC通过承载网互通,所以建议设置在传输资源比较丰富的地方。区域DC放置江浙沪3地网络控制层功能,对建设、管理、维护人员的技术能力要求较高,建议选择自然条件好,交通方便,配套齐全,能留住人才的区域。转发层以及接入层的设备,需要靠近用户设置,建议设置在本地网或者根据业务需求下沉设置,以减少网络时延、提高用户体验。长三角一体化核心网目标架构如图2所示。

▲ 图2 长三角一体化核心网目标架构示意图

长三角区域内核心网的控制层、应用层设备vCSCF、vMME、vPCRF、vGW-C、vHSS、vENUM、vAS、5G-AMF、5G-SMF、5G-UDM、5G-PCF等设备集中设置在长三角一体化区域DC中。转发层、接入层的vGW-U,5G-UPF、vSBC、AG等设置在各地(市)的本地DC中。

虚拟化设备建议采用VNF、虚拟层、硬件层三层解耦的方式建设。硬件平台选用通用、标准化的服务器、存储或者网络设备,为上层所有的网络功能提供计算、处理、存储能力。云OS层负责对下层的硬件进行虚拟化管理,并屏蔽不同硬件的差异,为上层通信服务提供透明的资源池和可靠的运行基础环境,实现网络底层资源共享、弹性调度和按需分配,可以最大限度地提高设备的利用率。VNF运行在虚拟化层之上,将传统网元设备虚拟化,完成传统通信网络设备的功能,其功能和接口均与传统网元保持一致。长三角一体化核心网部署如图3所示。

图3 长三角一体化核心网部署示意图

3.5  长三角一体化核心网建设策略及建议

由于长三角现有核心网络都是以省市为单位设置的,要实现长三角区域一体化考虑核心网的建设建议按照循序渐进,先易后难的思路,同时现有的设备采购、维护管理都要进行配套的调整。

结合核心网络演进,从局部试点入手,探索核心网集中化、虚拟化部署模式。抓住VoLTE、vIMS,vEPC,NGC新建或者更新换代的契机,按照长三角一体化的思路考虑,不搞为了一体化而一体化。

网络建设需要基础设施跟进,现有核心网设备所在的局房很难满足DC化的需求,建议对面积较大、层高较高,供电较为富余的核心局房进行DC化改造,或者新建DC化云枢纽,为长三角一体化核心网的建设提供基础设施保障。

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长三角一体化核心网存在的问题及建议

长三角一体化需打破现有的管理体系,明确投资主体、产权归属、建设管理、运维保障等问题。长三角一体化集中设置的网络设备,建议参照骨干网的管理模式进行项目建设,投资分摊到江浙沪三省市。建议设立区域网络管理维护中心,集中管理、维护集中设置的网络设备。

建议改变现有核心网设备采购模式,由原来软件与硬件捆绑采购调整为虚拟网络功能、虚拟化层、硬件资源池分开采购,同时调整现有管理维护团队架构,可以考虑硬件资源池、虚拟化层、虚拟网络功能分层维护,适应网络的变化。

网络功能虚拟化、软件化、集中化、云化使得突破行政区域考虑核心网网络规划和建设成为了可能。作为国内经济发展最活跃、联系最紧密的区域之一,江浙沪所在的长三角地区,更适合一体化考虑信息通信网络规划建设。一体化考虑网络规划建设可以缩短建设周期,快速部署业务,提高资源利用率,节省投资,提升专业化运营水平,为区域一体化发展贡献力量。当然除了核心网外,无线网、传送网、数据网等也可以根据按照区域一体化思路考虑规划建设,但是要实现网络一体化规划建设,需要打破现在的管理体制、维护体系、采购模式等。

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