I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组 5G核心网云化部署需求与关键技术白皮书 目录 引言 P1 标准化进展与产业背景 P2 5G核心网对云化NFV平台的关键需求 P4 5G核心网云化部署基础框架 P7 5G核心网云化部署关键技术 P12 总结与展望 P20 贡献单位 P22 IMT-2020(5G)推进组于2013年2月由中国工业和信息化部、国家发展和改革委员会、科学技术部联合推动成立，组织架 构基于原IMT-Advanced推进组，成员包括中国主要的运营商、制造商、高校和研究机构。推进组是聚合中国产学研用力 量、推动中国第五代移动通信技术研究和开展国际交流与合作的主要平台。 I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组 5G核心网云化部署需求与关键技术白皮书 引言 随着5G标准冻结，商用部署提上议程，5G 5G核心网部署以NFV技术成熟为基础，然 需求中所描绘的未来美好的全社会信息化生活正 而现阶段NFV商用部署刚刚起步，标准进展相 在从畅想变得触手可及。作为连接万物，赋能业 对滞后，与使能5G核心网全网部署这一目标存 务的社会化信息基础设施的重要环节，移动核心 在距离。因此当前有必要明确5G核心网云化部 网在5G阶段实现架构、功能和平台的全面重构。 署需求，收敛框架和方案选项，促进产业界合力 相比于传统4G EPC核心网，5G核心网采用 开展关键技术攻关。本白皮书总结了IMT-2020 原生适配云平台的设计思路、基于服务的架构和 （5G）推进组网络技术组针对5G核心网云化部署 功能设计提供更泛在的接入，更灵活的控制和转 的阶段性研究成果，梳理了5G核心网在云化NFV 发以及更友好的能力开放。5G核心网与NFV基础 平台上的部署需求，给出5G核心网在云化组网、 设施结合，为普通消费者、应用提供商和垂直行 部署和演进的基础框架建议，并进一步探讨了部 业需求方提供网络切片、边缘计算等新型业务能 署方案中关键问题的解决思路和面临的挑战。希 力。5G核心网将从传统的互联网接入管道转型为 望以此凝聚NFV与移动网络产业力量，合力推动 全社会信息化的赋能者。 部署方案成型，共建5G云。 1 I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组 5G核心网云化部署需求与关键技术白皮书 标准化进展与产业背景 1. 5G核心网 5G核心网的创新驱动力源于5G业务场景需 在3GPP SA2，下一版本（R16）5G系统架 求和新型ICT使能技术，旨在构建高性能、灵活 构预研已经启动，方向聚焦垂直行业和网络智 可配的广域网络基础设施，全面提升面向未来的 能化。重点项目包括：垂直行业架构增强、大 网络运营能力。5G系统架构采用原生云化设计思 数据/AI赋能网络自动化和增强微服务化架构。 路，关键特性包括服务化架构（Service-based 同时，ITU-T将IMT-2020（5G）网络与NFV/ Architecture）、网络切片、边缘计算。服务化 SDN等纳入未来网络的研究框架，这些预研项目 架构将网元功能拆分为细粒度的网络服务，“无 为5G网络持续发展提供了保障。 缝”对接云化NFV平台轻量级部署单元，为差异 因此，综合架构特性、标准进展和发展趋势 化的业务场景提供敏捷的系统架构支持；网络切 来看，5G核心网已具备商用基础，宜尽快启动面 片和边缘计算提供了可定制的网络功能和转发拓 向部署的相关工作。 扑。更有意义的是，5G网络能力不再局限于运营 商的“封闭花园”，而是可以通过友好的用户接 口提供给第三方，助力业务体验提升，加速响应 业务模式创新需求。 第一版本（R15）的5G核心网标准已在2018 年6月SA全会上批准冻结。具体到相关工作组的 标准编制进展包括：业务需求规范完成、系统架 构规范完成（含独立组网和非独立组网）、系统 安全规范90%、接口协议规范95%、网管计费规 范主体部分基本完成。 2 I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组 5G核心网云化部署需求与关键技术白皮书 2. 网络功能虚拟化 网络功能虚拟化（Network Function 目前，基于NFV技术的解决方案已经成为 Virtualization，NFV）是运营商实现云化组网的 运营商核心网扩容和新建的优选考虑，在全球已 关键技术。从2012年10月第一次正式提出NFV构 有超过400项部署计划和100个多商用局点，覆盖 想，2013年成立ISG NFV工作组至今，其已发展 EPC、IMS、物联网等多种网络场景。通过近两 成ETSI参与会员最多的工作组，共包含38家运营 三年的概念验证、试验网、现网试点以及试商用 商在内的300多个成员。 等一系列准备工作，国内外运营商已经基本掌握 ETSI在NFV标准化方面成果显著，为NFV 了NFV虚拟化阶段的核心技术和部署能力，可以 产业发展奠定了坚实的基础。每个版本的关键性 预期不久的未来有更多的规模商用部署落地。但 成果和工作进展包括：Release-1在2013年发布 目前大多数部署方案采用的是基于同厂家垂直建 的NFV参考架构和2014年发布的NFV管理与网络 设再整合的模式，与NFV云化阶段所要求的统一 编排（MANO）框架；2015年Release-2针对功 云平台解耦部署、全网资源共享、敏捷的业务编 能、模型、接口及互操作标准方面进行标准化定 排等能力要求仍存在差距。 义及完善；Release-3的工作于2016年启动，重 点研究NFV投入商用的架构框架和功能特性，以 及与接口和描述符相关的新需求和规范。由于互 操作接口和信息模型标准的部分议题推进较慢， 因而导致NFV Stage 3整体进展延后。 3 I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组 5G核心网云化部署需求与关键技术白皮书 5G核心网对云化NFV平台的关键需求 5G核心网既是对传统移动互联网服务能力 ● 可靠：电信业务对现有IT数据中心（Data 的升级，也是向产业互联网迈进不可或缺的关键 Center，DC）和基础设施在可靠性方面提出了 一环。当前5G核心网云化部署面临标准滞后，技 更高要求，NFV系统由服务器、存储、网络和云 术储备薄弱和缺乏全局规模成熟的部署经验等困 操作系统多部件构成，涉障节点多，潜在故障率 难。因此从推进5G核心网云化部署的角度来说， 更高，电信级“5个9”的可靠性需要针对性的优 现阶段有必要梳理关键需求，确定基础框架，开 化方案。 展关键技术攻关与试验验证，促进5G核心网与 NFV云化两种技术协同并进。 5G核心网对云化NFV平台（简称云平台） 的关键需求包括： ● 开放：云平台需要实现解耦部署和全网资 源共享，探索标准化和开源相结合的新型开放模 式，消减网络和平台服务单厂家锁定风险，依托 主流开源项目和符合“事实标准”的服务接口来 建立开放式通信基础设施新生态。 4 I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组 5G核心网云化部署需求与关键技术白皮书 ● 高效：云平台的效能需求包括业务性能和 ● 简约：5G核心网的网络功能单元粒度更 运维弹性两个方面。业务性能体现在云平台需要 细，需要云平台提供更轻量化的部署单元相匹 满足5G核心网服务化接口信令处理、边缘并发计 配，实现敏捷地网络重构和切片编排。NFV编排 算和大流量转发的要求；运维弹性主要包括云平 需要将复杂的网络应用、容器/虚机、物理资源 台业务快速编排，灵活跨DC组网和资源动态扩 间的依赖关系、拓扑管理、完整性控制等业务过 缩容的能力。 程模板化，实现一键部署和模板可配，降低交付 复杂度和运维技术门槛。 ● 智能：云平台能够从广域网络和海量数据 中提取知识，智能管理面向多行业、多租户、多 场景的广域分布的数据中心资源。引入人工智能 辅助的主动式预测性运营，为网络运营商和切片 租户提供运维优化、流量预测、故障识别和自动 化恢复等智能增值服务。 5 I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组 5G核心网云化部署需求与关键技术白皮书 如图1所示，其中开放、可靠和高效是5G网 NFV平台选型、核心网建设等基础框架问题，促 络功能在云化NFV平台规模部署的基础要求。 进5G核心网云化部署落地。待后续云平台运行稳 因此，5G核心网云化部署建议采取分步推进的 定后，基于NFV灵活扩展和快速迭代的特征，可 模式：部署初期重点考虑满足云平台开放性、稳 按照不同业务场景的高阶功能要求，逐步进行针 定性和基本业务性能要求，确定DC组网规划、 对性优化和完善。 图1 5G核心网对云化NFV平台关键需求 6 I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组 5G核心网云化部署需求与关键技术白皮书 5G核心网云化部署基础框架 1. 端到端组网框架 如图2所示，5G核心网部署可采用 “中心- 中，不同运营商可根据自身网络基础、数据中心 边缘”两级数据中心的组网方案。在实际部署 规划等因素灵活分解为多层次分布式组网形态。 图2 端到端云化组网参考架构 7 I M T - 2 0 2 0 ( 5 G ) 推 进 组 5G核心网云化部署需求与关键技术白皮书 中心级数据中心一般部署于大区或省会中 心城市，主要用于承载全网集中部署的网络功 据分流，可以将数据分发控制在指定区域内， 满足特定场景的安全性需求。 能，如网管/运营系统、业务与资源编排、全 虚拟化层方面，针对移动核心网业务，运 局SDN控制器，以及核心网控制面网元和骨干 营商可采用统一的NFV基础设施平台向下收敛 出口网关等。控制面集中部署的好处在于可以 通用硬件，支持软硬件解耦或NFV系统三层解 将大量跨区域的信令交互变成数据中心内部流 耦能力。电信运营商对云平台的核心价值关切 量，优化信令处理时延；虚拟化控制面网元集 在于高可用性、高可靠、低时延、大带宽。 中统一控制，能够灵活调度和规划网络；根据 数据中心组网方面，通过两级数据中心节 业务的变化，按需快速扩缩网元和资源，提高 点的SDN控制器联动提供跨DC组网功能，提高 网络的业务响应速度。 5G核心网切片端到端自动化部署和灵活的拓扑 边缘级数据中心一般部署于地市级汇聚和 编排管理能力；数据中心内部组网可采用两层架 接入局点，主要用于地市级业务数据流卸载的 构+交换机集群(TOR/EOR)模式，减少中间层 功能，如UL-C