（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司安徽分公司, 合肥 230041）

1 概述

當(dāng)前，核心網(wǎng)的發(fā)展和建設(shè)存在兩個(gè)特點(diǎn)，一方面運(yùn)營(yíng)商采用集中化方式建設(shè)核心網(wǎng)，通過(guò)集中化建設(shè)、集中化運(yùn)維管理實(shí)現(xiàn)低成本高效運(yùn)營(yíng)。另一方面，現(xiàn)網(wǎng)主流廠家的核心網(wǎng)設(shè)備，逐步由CPCI平臺(tái)向基于x86架構(gòu)的ATCA和BC平臺(tái)演進(jìn)。在此基礎(chǔ)上部署云技術(shù)，動(dòng)態(tài)調(diào)度計(jì)算資源則是提高資源利用率，降低建維成本的重要舉措。

本文主要針對(duì)目前尚未有成熟標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的核心網(wǎng)領(lǐng)域引入云計(jì)算的必要性、可行性、引入策略和步驟進(jìn)行了分析和研究，目的是為了在運(yùn)營(yíng)商在未來(lái)的建設(shè)和采購(gòu)過(guò)程中，推動(dòng)核心網(wǎng)廠家產(chǎn)品朝著IT化、虛擬化和云化的目標(biāo)逐步發(fā)展，最終達(dá)到建設(shè)一張低成本、高效率運(yùn)行的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。

2 云計(jì)算技術(shù)

云計(jì)算是一種利用大規(guī)模低成本運(yùn)算單元通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)相連而組成的運(yùn)算系統(tǒng)，以提供各種計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)。

就目前云計(jì)算技術(shù)發(fā)展來(lái)看，其關(guān)鍵技術(shù)可分為以下幾類：

服務(wù)器虛擬化：計(jì)算機(jī)的虛擬化使單個(gè)計(jì)算機(jī)看起來(lái)像多個(gè)計(jì)算機(jī)或完全不同的計(jì)算，從而提高資源利用率并降低IT成本。

x86服務(wù)器集群：由低成本、通用化的x86組成的服務(wù)器集群已經(jīng)在高性能計(jì)算中占據(jù)主流，性價(jià)比高于現(xiàn)有的小型機(jī)系統(tǒng)。

虛擬存儲(chǔ)與云存儲(chǔ)：分布式云存儲(chǔ)采用冗余存儲(chǔ)的方式來(lái)保證存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性，以高可靠軟件來(lái)彌補(bǔ)硬件的不可靠，從而提供廉價(jià)可靠的系統(tǒng)。

3 核心網(wǎng)引入云計(jì)算技術(shù)的必要性分析

3.1 核心網(wǎng)現(xiàn)狀存在的問(wèn)題

3.1.1 大部分設(shè)備硬件平臺(tái)為傳統(tǒng)平臺(tái)，分散部署

現(xiàn)網(wǎng)普遍采用CPCI等傳統(tǒng)平臺(tái)技術(shù)，設(shè)備平均容量較低，現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的單位占地和能耗較大?，F(xiàn)網(wǎng)設(shè)備分布在大量的交換機(jī)房，造成運(yùn)維成本較高，運(yùn)維效率較低。

3.1.2 設(shè)備軟硬件不可分割，通用性較差

現(xiàn)網(wǎng)各設(shè)備廠家依照既定的網(wǎng)元功能、接口協(xié)議和設(shè)備要求等規(guī)范開發(fā)各自的硬件和軟件產(chǎn)品，網(wǎng)元功能均基于特定的硬件平臺(tái)開發(fā)，軟硬件具有不可分割性；網(wǎng)元分類多，控制/承載類/存儲(chǔ)/計(jì)費(fèi)等各類網(wǎng)元功能存在明顯差異，不利于集中采購(gòu)。

3.1.3 存在多種用戶數(shù)據(jù)

2G/TD-SCDMA HLR用戶數(shù)據(jù)、IMS的固網(wǎng)IMS-HSS用戶數(shù)據(jù)以及TD-LTE的SAE-HSS用戶數(shù)據(jù)在不同設(shè)備單獨(dú)設(shè)置，不利于用戶數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和開通。

3.2 云計(jì)算提供了解決核心網(wǎng)問(wèn)題的方案

引入云計(jì)算技術(shù)，采用高容量、集中化、基于x86架構(gòu)的標(biāo)準(zhǔn)ATCA平臺(tái)或刀片式服務(wù)器平臺(tái)，可以解決現(xiàn)網(wǎng)大部分設(shè)備硬件平臺(tái)為傳統(tǒng)平臺(tái)，設(shè)備容量較低，占地/能耗較高，從而降低建設(shè)和維護(hù)成本，使網(wǎng)絡(luò)低成本、高效率地運(yùn)行。

引入云計(jì)算技術(shù)，在統(tǒng)一的硬件平臺(tái)上運(yùn)行統(tǒng)一的軟件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)虛擬化技術(shù)，可以解決現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元功能復(fù)雜，通用性較差，設(shè)備軟硬件不可分割和網(wǎng)元服務(wù)區(qū)域性強(qiáng)的問(wèn)題，從而保障網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)具有高度的擴(kuò)展性和彈性，節(jié)約全網(wǎng)資源。

通過(guò)向UDC架構(gòu)演進(jìn)，實(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)存儲(chǔ)云”，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)用戶數(shù)據(jù)統(tǒng)一，便于推行統(tǒng)一的監(jiān)控和業(yè)務(wù)部署。

綜上所述，云計(jì)算的技術(shù)特點(diǎn)能夠在一定程度上解決目前核心網(wǎng)存在的問(wèn)題。

4 核心網(wǎng)引入云計(jì)算技術(shù)的可行性分析

4.1 引入云計(jì)算技術(shù)的判斷流程與因素

4.1.1 判斷因素

云計(jì)算最初是針對(duì)IT系統(tǒng)設(shè)計(jì)引入的，適合引入云計(jì)算的系統(tǒng)一般具備以下特點(diǎn)：

(1) 系統(tǒng)規(guī)模、發(fā)展趨勢(shì)：由具備一定規(guī)模的多個(gè)節(jié)點(diǎn)組成的系統(tǒng)，規(guī)模幾乎可以無(wú)限擴(kuò)大。呈平穩(wěn)或增長(zhǎng)趨勢(shì)的系統(tǒng)和新建系統(tǒng)。

(2) 系統(tǒng)部署方式：硬件設(shè)備可集中部署的應(yīng)用系統(tǒng)。

(3) 系統(tǒng)硬件平臺(tái)：不依賴特殊外設(shè)硬件的應(yīng)用系統(tǒng)，具備高度的擴(kuò)展性。服務(wù)器基于或可改造為虛擬化技術(shù)架構(gòu)。

(4) 業(yè)務(wù)類型：各種批處理應(yīng)用、OLAP、OLTP等。

(5) 應(yīng)用形式：交互型、存儲(chǔ)型、數(shù)據(jù)分析型、內(nèi)容類等應(yīng)用。

(6) 設(shè)備形態(tài)：基于x86部署的設(shè)備。

4.1.2 判斷流程

對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)是否適合引入云計(jì)算，一般按照如下的流程進(jìn)行判斷：

(1) 首先判斷系統(tǒng)的規(guī)模和發(fā)展趨勢(shì)：對(duì)于規(guī)模區(qū)域縮減、后期逐漸被其他系統(tǒng)融合、取代的系統(tǒng)，不適合引入云計(jì)算。

(2) 判斷系統(tǒng)的部署方式：對(duì)于不能集中化部署的系統(tǒng)，不考慮部署。

(3) 判斷系統(tǒng)的硬件平臺(tái)：對(duì)于依賴特殊外設(shè)的系統(tǒng)，不考慮部署。

(4) 判斷系統(tǒng)業(yè)務(wù)類型：各種批處理應(yīng)用、OLAP、OLTP均可以遷移至云平臺(tái)。

(5) 判斷系統(tǒng)應(yīng)用層次：應(yīng)用層、Web層應(yīng)用更適合遷移至云平臺(tái)。

(6) 判斷系統(tǒng)設(shè)備形態(tài)：對(duì)于基于x86部署的設(shè)備更適合遷移至云平臺(tái)。

4.2 核心網(wǎng)已經(jīng)或即將具備引入云計(jì)算技術(shù)的要求

4.2.1 集中化的建設(shè)模式

集中化面對(duì)的問(wèn)題是網(wǎng)元的位置問(wèn)題，在同一地理位置部署各種網(wǎng)元是“云化”的前提。大容量設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)的支持是集中化必須考慮的基本問(wèn)題。大容量、集中化的建設(shè)模式符合云計(jì)算部署的場(chǎng)景，為在核心網(wǎng)中引入云計(jì)算技術(shù)提供了前提條件。

4.2.2 IT化成為業(yè)界趨勢(shì)

核心網(wǎng)若要引入云計(jì)算，必須硬件采用通用的x86平臺(tái)，具有高度可擴(kuò)展性；同時(shí)軟/硬件分離解耦，可靈活匹配；業(yè)務(wù)和計(jì)算/存儲(chǔ)解耦；引入資源共享、動(dòng)態(tài)分配、負(fù)載均衡等虛擬化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)資源的虛擬化。

目前，核心網(wǎng)主流的設(shè)備廠家的新版本設(shè)備都朝著大容量、集中化、IT化方向發(fā)展。諾西公司的Open Core戰(zhàn)略，所有核心網(wǎng)元均采用ATCA硬件平臺(tái)，以及統(tǒng)一的Open Core軟件平臺(tái)；華為公司的Single Core解決方案中，不同網(wǎng)元的軟件模塊具備共機(jī)柜、共機(jī)框、共單板部署；愛立信公司也提出了核心網(wǎng)設(shè)備共機(jī)架、共機(jī)框的Blade System解決方案。

4.2.3 IP化

控制、承載、業(yè)務(wù)分離的架構(gòu)，以及話音、數(shù)據(jù)、信令的IP承載，是集中化部署的前提，即“云化”的前提。

4.2.4 接口開放

控制層與承載層設(shè)備之間接口完全開放，實(shí)現(xiàn)異廠家設(shè)備對(duì)接，是實(shí)現(xiàn)服務(wù)無(wú)區(qū)域限制的前提。

4.2.5 用戶數(shù)據(jù)融合

用戶數(shù)據(jù)融合(UDC)將HLR、HSS、AS等實(shí)體中的用戶數(shù)據(jù)抽取出來(lái)在數(shù)據(jù)庫(kù)中統(tǒng)一存儲(chǔ)和訪問(wèn)，從而分離用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和應(yīng)用邏輯、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理、提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)效率，進(jìn)而簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、為基于用戶數(shù)據(jù)融合的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)融合創(chuàng)造條件。

UDC的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)部分（BE）可應(yīng)用云計(jì)算技術(shù)，引入基于通用硬件集群的分布式存儲(chǔ)系統(tǒng)，替代現(xiàn)有的盤陣存儲(chǔ)方式，實(shí)現(xiàn)低成本、高效率的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)處理。

4.3 核心網(wǎng)引入云計(jì)算技術(shù)可行性小結(jié)

隨著網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的演進(jìn)，核心網(wǎng)不斷朝著IT系統(tǒng)的方向發(fā)展。

(1) 隨著LTE的引入，電路域逐漸萎縮，分組域演進(jìn)為接入通道，核心網(wǎng)由多網(wǎng)并存，演變成IMS為核心的統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。

(2) 隨著核心網(wǎng)設(shè)備的逐步x86化、IT化，核心網(wǎng)設(shè)備由軟硬件不可分割、多種設(shè)備類型逐步演進(jìn)為通用的設(shè)備平臺(tái)，可支持多種類型軟件。

(3) 隨著設(shè)備的逐步集中化，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)朝著扁平化方向發(fā)展。

由此可見，核心網(wǎng)在系統(tǒng)規(guī)模、發(fā)展趨勢(shì)、系統(tǒng)部署方式、系統(tǒng)硬件平臺(tái)、設(shè)備形態(tài)上都符合引入云計(jì)算的條件，根據(jù)判斷流程，核心網(wǎng)初步具備了引入云計(jì)算的可行性。

5 核心網(wǎng)引入云計(jì)算技術(shù)的策略和關(guān)注問(wèn)題

5.1 總體策略

5.1.1 選擇適合使用云計(jì)算部署的網(wǎng)元

根據(jù)第4節(jié)的云計(jì)算技術(shù)引入判斷原則，將判斷依據(jù)歸類成以下3類：

(1) 是否有規(guī)模發(fā)展的潛力，是今后核心網(wǎng)的發(fā)展方向。

根據(jù)當(dāng)前通信行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)，話音業(yè)務(wù)增長(zhǎng)放緩，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的增長(zhǎng)日益迅猛，多媒體業(yè)務(wù)逐漸成為主流，下一代核心網(wǎng)將逐漸演進(jìn)為：電路域萎縮、分組域演進(jìn)為接入通道、IMS為主體的網(wǎng)絡(luò)。因此應(yīng)選擇LTE系統(tǒng)中的核心網(wǎng)元和IMS域的核心網(wǎng)元作為引入云計(jì)算技術(shù)的重點(diǎn)。

(2) 是否適宜集中化方式部署。

核心網(wǎng)設(shè)備，包括SGSN/GGSN/CSCF/MME/SBC/HSS等，均能集中放置在同一個(gè)地理位置的機(jī)房中，但是考慮到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)膯?wèn)題，控制網(wǎng)元CSCF/MME/HSS對(duì)于承載網(wǎng)絡(luò)的要求較低，可集中放置；媒體網(wǎng)元SGSN/GGSN/SBC等對(duì)于承載的要求較高，從節(jié)約長(zhǎng)途傳輸、避免路由迂回的角度而言，應(yīng)盡量本地部署。

(3) 是否采用適宜部署云計(jì)算技術(shù)的設(shè)備：

硬件采用x86服務(wù)器，軟件采用Linux和統(tǒng)一的平臺(tái)軟件的設(shè)備是實(shí)施云計(jì)算的前提，在選擇網(wǎng)元類型時(shí)，將重點(diǎn)關(guān)注采用ATCA、BC平臺(tái)的設(shè)備。

5.1.2 遵循“按需替換”的引入原則

按需替換原則是指在有新建容量需求的區(qū)域逐步引入新平臺(tái)設(shè)備，并部署在省會(huì)或區(qū)域中心，后續(xù)在舊設(shè)備退網(wǎng)和擴(kuò)容時(shí)，將容量逐步遷移到新平臺(tái)設(shè)備，其優(yōu)點(diǎn)是投資量較少，且對(duì)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)影響較小，存在的問(wèn)題是建設(shè)調(diào)整的工作量較大。

5.1.3 堅(jiān)持“循序漸進(jìn)、逐步完善”的原則

電信云平臺(tái)是未來(lái)的發(fā)展方向，但當(dāng)前的云技術(shù)尚不足以保障電信業(yè)務(wù)的開展；現(xiàn)階段主要考慮集中化的建設(shè)， 近期應(yīng)更多關(guān)注虛擬化的應(yīng)用，逐步實(shí)現(xiàn)多子網(wǎng)、多業(yè)務(wù)、多應(yīng)用和多廠商異構(gòu)，在引入云計(jì)算技術(shù)時(shí)，應(yīng)首先考慮相對(duì)容易實(shí)現(xiàn)的HSS系統(tǒng)，驗(yàn)證存儲(chǔ)云試點(diǎn)的效果，討論研究部署控制云需要解決的問(wèn)題，待IP化、接口開放及其他準(zhǔn)備工作完成后，分階段試點(diǎn)部署控制云。

5.1.4 按照“先立后破”的原則進(jìn)行部署

在確保業(yè)務(wù)質(zhì)量的前提下，通過(guò)現(xiàn)在省內(nèi)集中建設(shè)計(jì)算、存儲(chǔ)資源，集中建設(shè)/維護(hù)，降低機(jī)房投入、設(shè)備投入、人工維護(hù)投入和功耗，同時(shí)積累建設(shè)和運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)。

在核心網(wǎng)引入云計(jì)算的幾個(gè)關(guān)鍵條件成熟的前提下，考慮在全國(guó)的幾個(gè)大區(qū)中心建設(shè)核心網(wǎng)云計(jì)算、存儲(chǔ)資源池，將大區(qū)周邊省市的業(yè)務(wù)割接到大區(qū)平臺(tái)，逐步關(guān)停省市的業(yè)務(wù)和設(shè)備，將硬件資源整合到大區(qū)中心。

5.1.5 設(shè)備廠商遵循先單后多的原則

考慮到廠家的支持程度和進(jìn)度的不統(tǒng)一性，在引入初期，考慮采用單廠家設(shè)備組建云，例如，采用華為設(shè)備組建MSS/CSCF/HSS云資源池，采用諾西設(shè)備組建CSCF/MME/HSS云資源池等。后期廠商的接口開放后，考慮在同一個(gè)硬件資源池內(nèi)部署多廠家的多種業(yè)務(wù)云。

5.2 核心網(wǎng)引入云計(jì)算技術(shù)帶來(lái)的問(wèn)題

5.2.1 對(duì)設(shè)備的要求

從目前理論分析看，云平臺(tái)產(chǎn)品與電信級(jí)平臺(tái)主要有如下幾點(diǎn)問(wèn)題需要關(guān)注：

(1) 可靠性：目前的通用云平臺(tái)產(chǎn)品可靠性要比電信級(jí)產(chǎn)品低，云化后可能使系統(tǒng)容量更大，承載網(wǎng)故障或大量錯(cuò)包、丟包，影響用戶數(shù)可能會(huì)更多。

(2) 用戶體驗(yàn)：從用戶體驗(yàn)上看，核心網(wǎng)接續(xù)時(shí)延有所增加，按目前核心網(wǎng)接續(xù)時(shí)延為1～2s看，結(jié)合前期測(cè)試結(jié)果整體接續(xù)時(shí)延增加0.1～0.6s左右。

(3) 云接口標(biāo)準(zhǔn)化：目前云接口沒有標(biāo)準(zhǔn)化，各個(gè)廠家是按照自己方式設(shè)計(jì)接口，各個(gè)廠家的互聯(lián)互通問(wèn)題比較多，無(wú)法滿足快速部署要求。

(4) 可維護(hù)性：原來(lái)網(wǎng)絡(luò)的問(wèn)題定位只要考慮網(wǎng)元間的水平接口，“云化”后會(huì)增加網(wǎng)元層、虛擬化平臺(tái)層、硬件平臺(tái)層的垂直接口，涉及到更多廠家，增加了維護(hù)難度。

(5) 云安全：針對(duì)云計(jì)算平臺(tái)各層次面臨的安全威脅進(jìn)行全方位的深入分析;多層次、多維度出發(fā)，綜合考慮云安全技術(shù)體系架構(gòu)。

5.2.2 對(duì)計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的改造需求

核心網(wǎng)引入云計(jì)算后，一臺(tái)設(shè)備可能會(huì)管轄多個(gè)省市的用戶，存在跨本地網(wǎng)組網(wǎng)現(xiàn)網(wǎng)，需區(qū)分本地網(wǎng)進(jìn)行計(jì)費(fèi)的需求。有以下兩種計(jì)費(fèi)方式：

虛擬MSC ID 計(jì)費(fèi)：對(duì)每一個(gè)計(jì)費(fèi)區(qū)域（本地網(wǎng)）分配一個(gè)MSC ID（一個(gè)物理的MSC 按計(jì)費(fèi)區(qū)域劃分多個(gè)虛擬的MSC）。

位置區(qū)計(jì)費(fèi)：在本局出的主叫、被叫話單中填寫LAI，同時(shí)本局根據(jù)LAI 分配漫游號(hào)碼，這樣關(guān)口局可以從被叫的漫游號(hào)碼映射出被叫的位置，實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶的計(jì)費(fèi)。

5.2.3 對(duì)網(wǎng)管系統(tǒng)的改造需求

由于軟交換設(shè)備的集中放置，軟交換的網(wǎng)管系統(tǒng)也相應(yīng)集中設(shè)置，各地軟交換網(wǎng)元需通過(guò)網(wǎng)管網(wǎng)接入到網(wǎng)管系統(tǒng)，并通過(guò)從返牽終端的方式接入到系統(tǒng)的OSS實(shí)現(xiàn)對(duì)本地設(shè)備的管理。

5.2.4 對(duì)局址、機(jī)房設(shè)置的要求

核心網(wǎng)引入云計(jì)算之后，云平臺(tái)由一系列x86服務(wù)器組成，高性能的處理/存儲(chǔ)能力一定會(huì)帶來(lái)設(shè)備在單位體積內(nèi)發(fā)熱量增加。在未來(lái)機(jī)房散熱系統(tǒng)的管理設(shè)計(jì)可以考慮針對(duì)設(shè)備采用更高效率的精準(zhǔn)送風(fēng)方式、冷/熱通道完全隔離的合理布局等措施提高冷卻效率。

6 結(jié)束語(yǔ)

云計(jì)算為未來(lái)IT技術(shù)發(fā)展提供了新的技術(shù)手段和業(yè)務(wù)模式，它不僅是企業(yè)降低建設(shè)和維護(hù)成本的重要手段，也為企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新和市場(chǎng)開拓帶來(lái)了契機(jī)。本文主要針對(duì)目前尚未有成熟標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品的核心網(wǎng)引入云計(jì)算的必要性、可行性、引入策略和步驟進(jìn)行了分析和研究，其目的是為了在運(yùn)營(yíng)商未來(lái)的建設(shè)和采購(gòu)過(guò)程中，能夠有規(guī)劃、有針對(duì)性的對(duì)產(chǎn)品提出新的要求，推動(dòng)核心網(wǎng)廠家將產(chǎn)品朝著IT化、虛擬化和云化的目標(biāo)逐步發(fā)展，最終達(dá)到建設(shè)一張低成本、高效率運(yùn)行的優(yōu)質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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