5G核心网关键技术布局及应用

孔珍

目前，5G已经成为数字经济发展不可缺少的部分，赋能各行业领域。5G面临的是满足不同用户的个性化需求，实现多场景的实际应用。这就对5G核心网的编排架构与管理提出了更高的功能和性能要求。本文基于微服务的方式，对5G核心网提出了新的编排架构和管理方式，能够实现用户个性化对网络资源的延展应用，同时具备较好的容灾能力，有效提高5G核心网的利用率。

5G核心网的系统架构包括两个方面：一是应用面；二是管理与编排面。5G核心网应用面包括了网络占用资源，以及基础层、虚拟层和服务层。5G核心网的管理与编排实现了5G核心网的网络层到资源层的管理与编排。5G核心网系统架构示意图如图1所示。

（一）服务层

5G核心网的服务层在3GPP标准下包括了所有网络功能。不同的网络功能在不同的虚拟技术支撑下，可以在虚拟机和容器中实现运行。大多数的网络功能都可以通过5G核心网的网元接口进行数据通信，对于特殊的网络功能可以通过开放式N4接口与会话管理的通信。同时，由于5G核心网的网络层已经完全地址化，因此，无论是基于虚拟机还是容器的方案，都能够支撑各个网络功能之间的数据通信。置于服务层的网络功能也可以采取调用接口（API）暴露的方式，支持第三方对5G核心网的内部功能服务进行调用。

（二）虚拟层

5 G核心网的虚拟层采用虚拟机监视器（Hypervisor）实现对于网络底层数据的计算和存储，其原理是将虚拟机作为网络功能的载体，可以采用Virtual PC等虚拟机技术实现。还可以在虚拟层采用容器运行时（Container Runtime）的虚拟化方式，例如Docker 容器技术等，再综合判断5G核心网虚拟机操作的便捷性和安全性，两者的结合使用有可能造成网络资源利用率下降的问题。

（三）基础层

包括了对5G核心网基于虚拟化技术（NFV）支持下，全部网络资源、数据计算和存储的集合。5G核心网在NFV结构下，通常配置为x86通用服务器。由中央计算单元支撑数据计算；内存单元、硬盘驱动器和固态硬盘支撑数据存储；网络带宽作为网络资源。

本文参考了基于虚拟化技术（NFV）和基于微服务的管理与编排（MANO），重构了5G核心网的架构，其管理与编排结构如图2所示。

5 G核心网微服务架构模式采用应用层协议（RESTful HTTP）实现网络功能的数据通信，每一个单独的网络功能都建立了属于自己的数据库，不同的网络功能之间相互独立，不会存在干扰问题，通过数据通信和调用完成5G核心网的管理与编排任务。API网关提供了良好的Web操作界面，而且是5G核心网微服务管理与编排数据集中的出入口，对双向的数据通信请求进行集中汇聚，用户通过界面操作完成基于微服务的管理与编排流程。

（一）5G核心网管理与编排

5G核心网基于微服务的管理与编排流程主要包括五个方面，涵盖了5G核心网整个生命周期，分别是创建、实例化、扩缩容、终止和删除。5G核心网实例创建成功之前，数据信息没有被存储于数据库表中，其状态为空（NULL）。在对5G核心网进行管理与编排操作时，大部分操作都会触发5G核心网实例状态发生改变，只有在进行扩缩容操作时，其实例状态才不会发生改变。

（二）5G核心网实例创建

NSD是来自于虚拟化技术中的概念，一个NSD包含了实例化一个网络服务所需要的全部信息。因此，在创建5G核心网实例之前，需要创建并存储NSD，流程如下。

运营商根据客户应用场景的实际需求，将5G核心网实例的所有性能指标转换为应用部署方案，对NSD进行调用，以此创建描述符，最终集中汇聚NSD。描述符的参数存储在数据库中，待全部创建完成再进行NSD发布。

运营商通过调用镜像管理的创建接口，按照5G核心网的要求，向网络私有仓发送5G核心网的镜像数据。

运营商必须获得全部NSD之后，才能创建新的5G核心网实例。

运营商将NSD的ID作为 HTTP POST 请求体，在选取完要创建的5G核心网实例后，向编排功能发送创建实例请求。

编排管理根据NSD的ID，在收到创建核心网实例请求后，对查询接口进行调用，最终获得完整的NSD对象。

编排在数据库表中创建核心网实例的信息，根据NSD对象信息依次创建所有核心网实例，将全部核心网实例状态都设置为NOT_INSTANTIATED。

当响应了编排核心网实例创建成功时，并没有完全实例化，不会占用任何网络资源。

本文提出了基于微服务的5G核心网管理与编排架构，重点对管理与编排流程和网络功能进行了详细的研究与设计。实现了5G核心网管理与编排流程以及网络功能之间的调用。基于微服务化的5G核心网管理与编排架构具备良好的可行性，且其在性价比、资源利用率以及容灾功能上有着显著成绩。

作者单位：中通服咨询设计研究院有限公司