未来通信网架构转型及目标蓝图探索

卢云，王计艳

（中国移动通信集团设计院有限公司, 北京 100080）

1 引言

现在运营商网络架构的弹性不足，网络运维笨重、僵化，网络配置的开通和调整，往往需要几个月的时间，最快也要几周。而面向移动视频、物联网和工业互联网的发展，应用场景更加个性化，需要运营商网络更加灵活、开放，响应速度更加快速。

基于这样的认识，全球越来越多的运营商启动了面向2020的网络架构转型战略。网络架构转型的核心是网络基础设施巨大价值的重新释放。通过SDN/NFV、云化等技术对网络进行软件定义和云化改造，使之成为业务的高效使能平台。

2 通信网络架构现状及问题

以中国移动网络为例，网络划分为8个逻辑层次，它们是接入网、传送网、承载网、核心网、内容网、业务平台、IT支撑系统和网络与信息安全管控系统。图1为典型运营商传统网络架构图。

目前运营商逻辑分层的网络架构体系，各网络、各业务系统相对独立，每个逻辑网络都是由一个个软硬件一体化的通信设备组成，他们之间有着复杂的上下层关系，每个设备都有固定功能。面对通信网络每一次更新换代，运营商都需要采购新的通信硬件设备或者是对老的设备进行升级替换，而硬件设备的升级替换或新建是一项庞大的、复杂的系统工程，涉及设备到货、机房环境准备、硬件安装、调测等一系列工作。使得运营商的网络维护、升级建设、更新换代都强烈依赖厂家。

可见传统网络架构在部署的灵活性、容量的弹性、建设成本、维护成本、网络的快速响应能力等方面，都难以满足业务发展和用户的需求。

3 通信网络新技术

面向未来，做移动通信网网络架构重构，有四大重点技术。

图1 典型运营商传统网络架构图

3.1 SDN（软件定义网络）

解决了网络配置的问题，它打破了控制与转发一体的封闭架构，实现了可编程的新纪元。SDN具有以下三大特征。

开放可编程：定制化开发管理网络资源的应用程序，如灵活、动态调度网络带宽，提高虚拟化网络能力。

控制面集中：全局网络资源统一控制，提高效率。

标准化接口协议：使转发面技术和上层技术解耦，加速创新，适应多厂家互通。

3.2 NFV（网络功能虚拟化）

解决的是网元也就是设备层面的问题，它打破了软硬件一体的封闭网元架构，实现了网络资源的虚拟化。NFV具有四大特征：虚拟化、通用基础设施、云化管理、网络自动化。

3.3 Clouding（云化）

是资源的变革，它打破了网络资源和IT资源分离的局面，构筑统一云化的虚拟资源池。在NIST对云计算的定义中，包括了5个基本特征，即按需自助服务、泛在接入、虚拟化的资源池、弹性计算和可测量的服务。

3.4 5G（下一代移动通信技术）

5G网络主要有三大特点，极高的速率 Enhanced Mobile Broadband (eMBB)，极大的容量 Massive Machine Type Communication(mMTC)，极低的时延Ultra Reliable Low Latency Communications(URLLC)。5G 网络引入IT 化技术实现网络功能的灵活高效和智能配置。通过采用网络功能虚拟化（NFV）和软件定义网络（SDN）技术，进行网元功能分解、抽象和重构，5G 网络将形成由接入平面、控制平面和转发平面构成的IT化新型扁平平台。

4 未来通信网目标架构蓝图

在以上四大技术推动下，未来移动通信网络目标架构蓝图如图2所示。其转型主要体现在五大方面：

软硬解耦：核心网软硬二层、三层解耦；传统业务平台，如短彩信业务网关的软硬解耦。

转控分离：核心网控制面、转发面分离；承载网的控制面和转发面分离；无线网元CU/DU分离。

网络全云化：随着核心网转发面的下沉，以及CDN的下层，资源布局将打破网络资源和IT资源分离的局面，构筑基于DC的统一云化虚拟资源池。

架构扁平化：传送网和承载网扁平化，BNG下沉；CDN融合与下沉。 5G架构扁平化，可能简化到2层（CU/DU）。

布局层次化：控制面网元进一步集中上移，转发面网元进一步下沉。呈现综合接入、骨干汇聚、区域汇聚、地市DC和省级DC五层布局。

图2 未来移动通信网架构转型及目标蓝图

4.1 变化1：软硬解耦

NFV打破传统电信设备的竖井式体系，其核心是网元的分层解耦和引入新的MANO管理体系实现全生命周期管理。

加速业务创新：NFV自主编排和资源调度能力，为新业务快速上线提供了重要手段；对于业务频繁迭代更新的需求，NFV可实现新功能的快速迭代升级；通过灵活的调度，满足精细化业务需求，优化流量和用户体验。

构建弹性网络：通过虚拟化实现软硬件解耦，摆脱对专有硬件的依赖；通过云化实现资源共享和弹性伸缩；业务量增长时，NFV可实现快速弹性扩缩容；新领域、新网元建设、网络升级替换时，NFV可实现快速网元部署和上线。

NFV技术的软硬分离特性，打破了现有各厂家专有硬件、软硬件耦合设计的架构和思路，如图3所示；NFV技术的软硬分离特性，软硬件同步建设的模式，进而影响了运营商生态圈、规划建设的灵活性、维护的复杂性、新的可靠性问题、网络的敏捷开放。

4.2 变化2：转控分离

图3 NFV实现传统网元软硬分离

未来网络架构将走向转发面和控制面的分离，首先是核心网，其次是承载网以及中远期的无线网。未来通信网络转控分离架构如图4所示。

图4 未来通信网络转控分离架构

（1）核心网：过去运营商倡导的智能管道建设，其核心就是把核心网的控制面分离出来，实现智能管控，从而达到智能管道的目标。

（2）承载网：未来，承载网也将智能化。以BRAS为例，传统BRAS设备是在路由器上叠加了用户接入管理功能构建的。CU分离BRAS的基本思路就是将多台BRAS设备上的用户管理功能抽取出来并且集中，形成控制面（Control Plane，CP）；BRAS设备上保留路由器的控制面以及BRAS的转发面，形成转发面（User Plane，UP）。因此，CU分离BRAS由CP和UP两组成。转发面、控制面分离，破除转发面和控制面的紧耦合，有利于分别灵活扩容，互相不为约束。

（3）无线网：面向5G的架构演进，目前是核心思路也是实现CU(集中单元)和DU(分布单元)的应用和功能切分，能够使得网络更加智能，适应不同的业务场景，分别是eMBB（Enhanced Mobile Broadband，增强型移动互联网业务）、mMTC（Massive Machine Type Communication，海量连接的物联网业务）和uRLLC（Ultra Reliable & Low Latency Communication，超高可靠性与超低时延业务）。

4.3 变化3：网络全云化

未来核心网（PS/IMS/信令网等）、业务承载网、承载网、无线网的部分网元将承载在电信云TIC上。

未来网络将围绕“电信云”为中心进行规划和建设。承载的网元除核心网外，还包括业务承载网、承载网BRAS-CP、5G无线网CU等。

根据部署的网元业务特性、业务体验要求、容灾要求不同，电信云一般分为三级架构：省级TIC、地市TIC和边缘TAC，分级架构如图5所示。

* 核心电信云资源池：部署省级DC。

* 地市电信云资源池部署在地市DC。

* 边缘TAC部署在汇聚或汇聚之下。

4.4 变化4：架构扁平化

（1）CDN下沉：CDN部署进一步向用户侧下沉，向移动侧延伸。面向手机视频业务的快速增长，部署手机电视业务的融合CDN。目前互联网企业已经在部署P2P CDN。

图5 未来电信云三级架构

图6 未来网络分层布局架构

（2）BNG覆盖：面对大流量冲击，推进BNG补点覆盖，进一步实现网络扁平化。

（3）5G网元重构：5G前传网络中，BBU/RRU重构为CU-DU-RRU两级架构，CU设备处理非实时的无线高层协议栈功能，DU设备处理物理层功能和实时性需求。

5G的MEC（Mobile Edge Computing，移动边缘计算），MEC可利用无线接入网络就近提供电信用户IT所需服务和云端计算功能，而创造出一个具备高性能、低延迟与高带宽的电信级服务环境，加速网络中各项内容、服务及应用的快速下载，让消费者享有不间断的高质量网络体验。MEC一方面可以改善用户体验，节省带宽资源，另一方面通过将计算能力下沉到移动边缘节点，提供第三方应用集成，为移动边缘入口的服务创新提供了无限可能。

4.5 变化5：布局层次化

网元软硬解耦，网络功能转控分离，网络全云化，架构扁平化，使得网络的布局发送了革命性的变革，网络的逻辑层次突破了上下层的关系，布局以DC为中心，分层次，统一承载在云化资源池上。

主体的层次包括核心层、分布层、边缘层，分别对应省级DC、地市DC和边缘DC，如图6所示。

核心层机房：即省级DC机楼，满足业务网平台、核心电信云、支撑云、内容网省级IDC、一级CDN、承载网和传送网的骨干、一干部署需求。

分布层机房：即地市DC机楼，满足分布式业务平台、地市电信云、支撑云、内容网地市IDC和二级CDN，以及传送网和承载网省干、城域部署需求。

边缘层机房：包括区域汇聚、骨干汇聚、综合接入以及基站用房四类，主要承担边缘DC功能，满足传送网、承载网、内容网，以及未来5G需求。

5 未来通信网架构特点

未来通信网络架构应该满足业务快速上线、敏捷运维和TCO降低等特点。

5.1 业务快速上线

目前商用情况下已经能够实现小时级的话音业务开通，分钟级的企业专线提供能力。未来将进一步实现更多ICT业务的统一承载和发放，运营商将具备媲美互联网服务商的业务创新能力。

5.2 敏捷运维

网络运维模式将发生巨大变化，手工配置将被自动化部署取代，比如5G RAN的海量基站的回传网络配置，自动部署将极大节省人力成本，提升业务体验。对于另外一些场景，则需要实时调整网络资源分配，比如IMS的扩容缩容，而这只有在基于NFV架构的网络中才能实现。

5.3 TCO降低

未来网络架构是基于分布式云数据中心构建的网络，所有网络及计算资源纳入统一管理，资产利用效率得到提升，而运营维护成本则大幅下降。

6 结束语

运营商网络架构转型是一次战略性的大问题，面向数字化业务转型、用户需求，面向网络技术和运营，网络架构必须重新审视，重新架构，重新设计，重新定义。运营商要打破现有分层分域的组织架构，实现扁平化和融合化；变革高度依赖厂商的运营模式，深度介入开发、测试、集成、维护直至业务提供全过程；现有人才队伍需要更新、重构、培训，网络工程师需要转型，具备软件思维；并改变现有按年度的静态规划模式。