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基于SDN/NFV的5G服务化网络探究赵刚

发表时间：2021/4/15 来源：《基层建设》2020年第32期作者：赵刚马倩杨淼张新辉王楷

[导读] 摘要：未来不同服务对于网络的要求是多样化的，传统的移动网络架构是以语音通信及常规的数据业务而设计，网元众多、间接口复杂，其灵活性不足以支撑5G（Generation）时代多场景的业务需求。

        国网新疆电力有限公司信息通信公司新疆乌鲁木齐 830000
        摘要：未来不同服务对于网络的要求是多样化的，传统的移动网络架构是以语音通信及常规的数据业务而设计，网元众多、间接口复杂，其灵活性不足以支撑5G（Generation）时代多场景的业务需求。主要从5G（Generation）服务化网络产生背景、体系架构及云化前景进行分析，为5G（Generation）服务化网络的进一步发展开拓思路。
        关键词：5G；SDNNFV；云化；OTT
        1、5G服务化网络关键技术功能
        1.1服务化网络系统架构
        服务网络提供基于服务的呼叫接口。服务接口基于TCP/HTTP2.0进行通信，并使用JSON作为应用层通信协议的封装。基于TCP/HTTP2.0/JSON调用方法，使用轻量级IT。该技术框架可以适应5G网络灵活组网定义，快速开发和动态部署的要求。服务接口也可以使用QUI/HTTP2.0进行通信，这可以实现比TCP/HTTP2.0更高的通信效率。在面向服务的5G网络架构中，现有网络侧的控制功能统一统一，控制平面功能分解为多个独立的网络业务。这些独立的网络服务可以根据服务要求灵活组合。每个网络服务和其他服务与服务功能分离，提供统一的服务类型，为其他呼叫者提供服务，并将多个解耦接口转换为单个服务接口，这可以减少接口数量并统一服务调用的方式，增加了网络的灵活性。
        1.2服务化网络的能力开放
        为了实现5G网络架构设计，将满足网络的全功能开放性和OTT交互能力。它需要考虑部署专有功能开放功能，提供安全，统一的内部功能开放方法，并与外部应用程序连接以形成独特的解决方案。通过服务网络实现自动发现和与其他核心网络服务的完全互联，网络中的每个网元都可以通过能力开放功能开放自己的能力，更好地满足OTT的应用业务需求，从而进一步深化水平。5G功能是开放的，以提供更方便的API打开和调用功能。5G服务网络可帮助企业快速上线，进一步增强容量开放的灵活性。例如，通过能力开放功能，可以直接连接外部应用实体，可以通过网络内部业务功能实体的业务接口灵活获取和处理统计信息，位置信息和计费信息，从而实现另一方面，减少定制开发和复杂性的循环有助于不同数据的组合应用以产生新的业务价值。
        1.3服务化网络的维护
        在服务网络下，消费者在网元在线且服务可用后获得注册到NRF的服务实例。由完整服务实例注册的内容必须至少包括服务名称，服务的数字证书，服务的通信地址，服务的版本号以及服务的实例标识符。服务的数字证书用于认证服务消费者的身份，并且NRF返回已根据服务名称注册的一个或多个实例的注册信息。服务的消费者需要从多个注册的实例中选择一个或多个实例以根据业务需求发起服务请求。NRF无法保证返回给服务使用者的每个服务实例信息都可用。因此，当服务使用者需要建立多个服务实例的连接并且需要与所选服务实例建立服务通道时，需要重新建立它。选择其他可用服务实例。服务的通信地址是一个URI，可以包含FQDN，IP地址或多个IP地址。特定网元可以启动服务实例注册到NRF而不是OAM系统，这可以简化OAM的管理功能，提高网元管理的效率和速度，并促进第三方的整合-派对服务提供商。服务的消费者通过NRF发起服务实例发现过程，并且要传递的内容包括要发现的服务的名称和服务消费者的数字证书。当NE确定升级服务时，需要注册注册的服务实例并在升级后重新注册。在服务升级过程中，短时间内无法提供服务。当连接不可用时，已建立连接的服务使用者将从NRF重新获取服务实例列表，并重新选择可用的服务实例以确保服务的连续性。

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        2、5G服务化网络云化实现的基础
        2.1云化的VNF设计
        NFV的主要特点主要体现在NFV软件和硬件的分离，上层服务的云化，底层硬件的标准化，以及通过分层操作和面向设备形式的创新加速业务发布和创新。服务网络的分层原则决定了NFVMANO中的模板设计需要以“自上而下”的方式实现，即网络特性是通过业务需求定义的，网络实例化是通过从顶层逐层设计实现的。通过网络，模块，服务和操作来实现最低点。服务网络的目标是使网络更加灵活，服务更灵活。同时，满足敏捷性，可用性，性能以及操作和维护的运营商级要求。网络功能需要基于云平台进行转换。为实现这一系列要求，云网络功能需要基于三个原则重新设计系统，即前端无状态，水平可扩展性和单点故障不影响服务。为了确保单个服务处理节点有故障并且服务消息被分发并分发到其他正常服务处理节点，新服务处理节点，新扩展的服务处理节点和后台数据库可以获得用户状态并且可以正常处理用户的服务。该消息需要将服务处理单元与存储节点分离，前提是服务网络的每个网元需要打开自己的服务能力，计算节点不再存储需要持久化的用户状态信息，仅负责处理传入的信令。在服务处理单元的前端，需要负责服务分组分发和数据平面消息负载平衡的组件。业务处理单元，分布式数据库和分布式负载均衡形成了服务网络云的优化VNF结构。基于三层云端VNF设计，您可以实现更快的服务扩展，更高的容错性和可靠性，以及更专业的模块设计。
        2.2服务化网络的NFV模型设计
        网元模块主要包括访问和移动管理功能，会话管理功能，认证服务器功能，网络暴露功能，NF库功能，策略控制功能和统一数据管理功能。基于服务的功能可以分为四个粒度级别：网络、模块、服务和操作。网络粒度是实现不同网络切片的模板，对应于NFVMANO中的NS模板设计，主要管理网络切片的内部拓扑和VNF之间的接口关系。模块粒度用于指定网络切片中包括的各种NF模块，对应于FVMANO中的VNF模板，包括服务处理单元，性能管理单元，网络管理单元等。服务粒度特定于NF模块下的每个特定业务处理单元。与原始VNF设计不同，业务处理单元将根据不同的移动网络进一步细分为服务网络的模板设计。信息和功能类型可以分为不同的服务处理单元，例如用户订阅，会话，移动性，安全性和策略。每个服务处理单元仅维护和处理与特定服务有关的信息以形成NF。不同的服务类别。运行粒度基于服务粒度，并进一步区分NF内资源的具体操作。根据对NF资源的影响，根据“可变性”和“完整性”考虑并划分服务网络中的服务粒度；“可变性”是指服务提供者是服务的时间。当请求者提供服务时，这样的服务不会改变服务提供者本身的存储状态。“完整性”服务表示服务请求者多次（可能由于网络拥塞）向服务提供者发送相同消息的情况，并且服务提供者每次都回复相同的信息。不具有“完整性”的服务意味着当服务请求者多次向服务提供者发送相同的指令时，服务提供者将多次重复该指令并回复不同的信息。
        3、结语
        面对多元化业务对网络的更高要求，5G业务网络是一种符合时代发展的全新电信网络设计理念，是未来运营商实现新的盈利模式的重要技术手段，有助于运营商进一步深化网络能力的开放，使第三方OTT公司通过业务接口直接调用相关网元的业务，甚至将自己的APP添加到运营商网络中，作为5G网络切片的一部分，实现深入的ICT合作。可以更好地适应SDN/NFV基础设施，通过多样化的业务需求实现网络资源的灵活匹配，从而以网络切片的形式满足未来5G网络中不同垂直行业的特定功能需求，最大化虚拟化技术的优势有助于运营商解决因接口数量不断增加而导致的部署和维护成本问题。
        参考文献：
        [1]杨峰义，谢伟良，张建敏.编《5G无线接入网架构及关键技术》人民邮电出版社，2018年08月.
        [2]江林华.著《5G物联网及NB-IoT技术详解》，电子工业出版社，2018年3月.