谷俊江

（中国移动通信集团广东有限公司，广东 广州 510623）

0 引 言

核心网络架构主要是以虚拟化网络和软件所定义的网络为基础，不仅可以让核心网的接口以及相关协议变得更加简单，而且可以非常方便地搭建智能化管理模块。因此，它可以让未来的移动网络变得更加自动化，让5G网络在任何环境下都可以正常工作[1]。同时，虚拟化核心架构也可以很好地集成各种功能，相互分离处理模块和用户模块，从而更好地分布式处理核心网[2]。

1 以4G网络为基础的核心网虚拟化

在4G网络构架中，核心网一般是由一系列物理网元组成的。这些物理网元之间在标准化接口的作用下可以实现相互通信。4G网络架构主要是对控制界面和用户界面进行分别控制的架构，其中控制面网元主要可以概括为移动管理实体（MME）、服务GPRS支持节点（SGSN）、归属签约服务器（HSS）以及策略和计费规则功能（PCRF），作用是对用户进行接入管理、鉴权移动性管理，还包括对会话进行管理、对策略进行控制等一系列功能。用户面网元主要包括服务网关（SGW）、PDN GW等，主要作用是转发用户的数据包、管理隧道以及管理地址。虽然对于4G网络构架而言，控制界面与用户界面相互分离，但是在SGW和PDN GW中仍然存在着一部分关于控制面的功能。这部分的主要功能是对会话进行管理、对相应的IP地址进行必要的分配以及建立起用户面GTP隧道[3-4]。

在对核心网进行虚拟化时，最简单的一种方法是将4G网络架构的所有物理网进行单独虚拟化，即在通用硬件上和软件平面上可以分别实现MME、SGSN、HSS、PCRF等所有控制面网元的所有功能。通过对用户面网元和对PDN GW进行必要的拆开，形成GW控制面功能和GW转发面功能两种形式，且可以让GW转发这项功能集成到交换设备上，使各种操作变得更加简便。对于SGW、PDN GW等其他控制面功能，可以将其虚拟化成为GW控制器。当GW控制器经过虚拟化后，可以在SDN接口协议的相应辅助作用下，对SDN交换设备中的GW转发器进行相应的控制，其中具体的架构如图1所示。

图1 基于4G架构的核心网虚拟化

图1 中，GW控制器主要负责GW转发面位置的选择以及对一些隧道协议的建立。当接收到MME/SGSN规划建立的响应请求后，相应地选择出比较合适OFS作为这个会话的GW转发面。GW控制器负责的主要任务是相应地分配GTP隧道中的信息，建立一个会话转发表。在SDN控制器的相应作用下，将这个转发表发送给OFS。在这个结构框架中，GW控制器、SGSN/MME之间可以非常方便地形成S4/S11接口，从而可以进行相应的通信，且通信时不会对4G架构以及相关的各项流程产生任何影响。

2 面向未来的移动通信核心网架构

2.1 集成虚拟核心网架构

在对虚拟核心网架构进行建立前，一个前提条件就是不会改变4G网络的架构。在虚拟化平台上的网元进行数据传输时，所有的信息都是共享的，这样可以有效减少网元间的接口和信令交互，有效缩短各种时延，提升通信效率。同时，在虚拟化平台上可以非常方便地实现核心网元的所有功能。已经集成的核心网软件包可以有效减少网元之间的接口，从而简化各项流程，有效缩短时延，提升系统的便捷程度[5]。

2.2 多张网络并存的核心网

5G网络具有较强的多样性，因此可以满足不同场景下的不同实际需要。5G网络不仅要求能够支撑其非常密集的网络，而且应该满足各种各样的海量连接，同时应该满足传输过程的高速和可靠要求。在5G网络的所有场景中，并没有要求其在同一时间支持所有的性能。如果咋一张网络就可以满足对所有要求进行支持，不仅对网络具有非常高的要求，而且对于网络性能的各种优化也存在诸多不利条件。在5G条件下，网络会具有更多更高的要求，如果单纯用一张网络就实现对所有的功能进行支持，其困难较大。但是，如果运用网络虚拟化技术，就可以方便地构建新的移动核心网，只需将原来的版本以及相应的功能告诉编码器，就可以主动地对核心网分配相应的硬件资源、对相应的软件进行必要的加载、对网元进行实例化以及相应的配置，且可以分配网元之间的所有链路。图2为多张核心网同时存在的未来网络的运行模式。

图2中，运营商将同时运用两张虚拟核心网，其中一个核心网是人与人之间进行相互通信的网络，第二张网络主要是在物联网情况下的专用核心网。运营商不仅可以通过利用专用的网络来为物联网提供相应的终端服务，还可以考虑物联网的所有特点，从而进行有针对性的优化。对于不一样的虚拟核心网，还可以转发所有的基础设施，从而更好地实现资源共享。

2.3 智能管理

利用智能管理可以主动地对所有网络进行相应的资源配置，而且对于正在运行中的网络，还可以进行实时监控，考虑网络的实际运行情况，进行恰当且有效的调整，以使网络始终处于最好的运行情况。在5G网络时代，通过对NFV进行引进以及相应的运用，使得多个核心网在同一时间同时运行成为可能。但是，这样带来的最大问题是使核心网的配置工作以及日常的维修工作变得异常繁琐。因此，为了更好地达到专用核心网同时运行的目的，需要相关技术人员对网络进行自动安装，以及相应的部署工作和配置与维修工作。为了更好地实现对网络的智能管理，首先需要收集正在运行的所有网络情况；其次需要收集必要的空闲资源；最后需要仔细收集所有与业务有关联的信息。所有必要信息收集完成后，应该对所有信息进行分析。之所以对信息进行收集，主要目的是了解并掌握终端的所有模式，并且以掌握的信息为依据实现网络的优化。对于网络智能管理系统而言，不仅需要对各种信息进行必要收集，而且需要对收集的信息进行处理。此外，还需要一定的接口，目的是让运营商的管理人员更清楚地配置信息。常见的一些信息主要包括策略信息和网络服务要求。对于策略信息而言，主要指的是可以对网络进行相应的部署策略以及一些优化策略等；而对于网络服务需求而言，主要指的是企业或者政府等一些具体的客户的实际需求。所以，要求网络智能管理系统严格按照实际需求部署和优化相应的网络系统。图3为未来核心网的网络智能管理系统。

图2 多张专用核心网并存

图3 未来核心往里面的网络智能管理

3 结 论

以虚拟化的4G核心网作为主要依据，对5G网络提出了一种比较集成化的虚拟化核心网架构。这种核心网架构可以对网络进行智能化管理，方便多种核心网同时存在。集成的虚拟化核心网的主要特点是对核心网的所有功能进行有效集成，还可以分离处理模块和用户模块，使网络非常方便地进行所有的分布式处理。同时，积极引进并应用智能管理模块，可以使网络的运行过程以及维护过程变得更加智能化，有效解放劳动力。因此，大力发展集成化的虚拟化核心网架构十分必要。

[1] 唐小军.天津通信公司2014-2016年网络规划项目管理研究[D].长春：吉林大学，2015.

[2] 王计艳，李 斌，董 勋，等.核心网未来网络架构演进[J].电信科学，2015，23（S1）：140-147.

[3] 郑鹏程，迟喜昌.移动通信网络核心网VOIP组网分析[J].通信电源技术，2016，33（2）：142-143.

[4] 王 鲁 晗， 路 兆 铭， 马 璐， 等 .一 种 面 向WLAN与蜂窝网融合的核心网架构：中国，CN106131832A[P].2016-06-15.

[5] 陆志宏.CloudRAN构建面向未来的无线网络架构[J].移动通信，2016，40（17）：20-21.