第二届全球未来网络发展峰会
创新·引领·未来
各位领导、各位嘉宾,大家早上好!前面王院长给大家描绘了一个很好5G的蓝图,电信和联通的专家分别从切片、边缘计算方面描述了5G如何和不同垂直行业相结合,来打造合作共赢的生态圈。如何来协同发展,这一切听起来都非常美好,我也是非常赞同这些观点的。但是这里我想强调一点的是,要实现这些难题也好、目标也好,底层一定要有一个与之相适应灵活的网络架构。这就是我今天演讲的主题,软件化,服务化的5G网络架构。我今天主要想谈一下网络架构设计时候我们的一些思考。
2016年底的时候,3GPPSA2启动了5G网络架构的设计的研究工作,通过一轮又一轮激烈的讨论,终于在去年的5月份在杭州的SA2的第121次会议上终于确立了以中国移动牵头推动的服务化的5G网络架构,并作为了5G的唯一的基础的软件架构。这个架构也标志着移动网络的架构呢走向软件化、服务化和开放化。
架构我主要从三方面谈一下,第一方面是软件化、服务化方面的必要性,为什么5G的架构选择了软件化、服务化的SA架构,这其中到底是偶然还是必然,第二方面呢,我想谈一下如何一步一步设计成了软件化服务的网络架构,设计成现在大家看到的这个样子的。最后因为5G网络马上商用在即,实现和部署的时候,可能会有一些问题。所以这里我们提出一些我们的考量。
从过去的300多年以来,人类经历从蒸汽机、电力、半导体、计算机等主要技术为代表的三次工业革命,目前正在进行第四次工业革命,以物联网、云计算、互联网大数据、人工智能、5G等等爆发式等于一些新的技术为代表,从这个图我们可以发现一个趋势。第二次工业革命开始,通信和技术就开始成为引领时代的主角。我们当前所处的时代是一个非常好的时代,而且呢我们从事的也正是唱主角的通信和信息化行业。所以时代的使命感,刚才主持人也强调了,国家的大战略,在时代的使命感和国家的大战略的要求下,我们有责任有义务,必须设计出一个面向未来的足够先进的网络架构来引导整个行业的变革。有人会提出质疑5G网络的架构要不要变革,要不要重新设计。是不是从4G的ETC网络,稍微改一下就要拿过来就可以了,在无线做一些增强,就可以满足大贷款的需求了,我们的回答是必须要重新设计。为什么呢?主要是从这两方面来讲,第一个是现在,大家都追求了以更低成本来实现大流量和大连接。未来5到10年,用户每年网络流量的需求增长150%,网络流量将是现代的近千倍。未来十年,会有海量的设备接入到网络里面,网络连接的数量也将达到500亿的规模,是按照的10倍或者是几十倍,网络的连接种类也将极大的丰富。当前运营商采用的专用网络设备,设备和厂商之间相互绑定,而且现有的网络架构资源利用率相对较低,造成运营商扩建、新建网络投资非常大。
第二点,是用新技术实现灵活的多样化服务,提升连接的价值。刚才前面的同事也讲到了,面向垂直行业的5G网络有多样性,所以使得网络在内容、对象、速度等三个层面发生了重大变革,需要在流量和应用紧密结合以提升连接的价值。网络服务多样性就要求网络从过去深度耦合的硬管道变为敏捷灵活的软管道,也就是软定义的网络,从而实现流量和应用的紧密结合。要实现这个大流量、大连接,以及多样化的连接,必须要实现5G网络架构。
到底应该设计成什么样子的呢?我们的回答是要设计为一个Cloud Native的架构。我给大家普遍一下这个概念,翻译过来叫云延伸,也是一个思想的集合,主要包括两方面,从技术层面来看呢,包括微服务、敏捷基础设施等等,从管理层面来看呢,为什么是5G网络的必然选择呢?首先从运营商的角度来看,为了应对面向初级行业的万物互联的需求,5G网络需要以一个敏捷的、可持续演进的新架构,更需要一个走在时代前列,代表当前最新技术,面向未来引领时代发展的架构。而它是当前软件的集大成者,是软件界、IT界最新成果的结晶,所以可以很好地满足5G网络的诉求。这里强调一点的是它并不是把传统的网络功能软件简单地移植到虚拟化平台上,在5G的时候是需要从架构、业务逻辑、系统功能、系统组织和管理方式等等方面都要发生深刻的改变。
接下来我要讲讲到底是如何一步一步设计成软件化服务化的5G网络架构,秉承着刚才提到的Cloud Native的思想。遵循着互联网化、开放化的设计理念,5G核心网进行了颠覆性的设计,通过基于服务的架构、切片、自由分离等,并结合云化的技术,实现了网络的定制化、开放化和服务化,来支持大流量、大连接和低时延的万物互联需求。5G网络有最重要的三个特性,一个是从架构方面来看,是服务化的,是基于服务的5G网络架构。第二也是前面联通和电信提到的,支持网络切片可以很好地服务于不同的垂直行业。第三是支持分布式的用户变,从而在5G网络设计之初就很好地支持了边缘计算。去年底在中国移动牵头下已经完成了5G架构和主要流程标准的设计。在今年6月份将完成接口协议设计。接下来就启动对已经冻结的R15的标准做一些修正和增强。同时呢,会启动第二版26标准的研究,对网络架构进行进一步增强,具体而言呢,5G架构要实现软件化、服务化或者,第一步是要实现功能的重构、网络化,实现了这种软定义的网络功能和网络连接,3G的网络功能,重构为网络功能这是非常大的变化。5G网络并不是从零开始的,而是从4G网络演进过来的。但是功能上做了一些增强和重新的划分,比4G网络划分的更加合理。举例来说呢,4G的MME其实包含了移动性接入管理、绘画管理还有一个健全的功能。在5G的时候,把3G的,比如说MME,这些和会话管理相关的归能都抽取出来,放在5G里面。
4G是固定的点对点的连接,5G的时候,大家看右边这个虚线的方框内,每个小方框是代表着一个NRF,相当于4G的网源,每一个NRF之间呢,他们通过的是类似于总线连接的这种方式,每一个NRF都提供了一个接口,和所有控制链其他的网源,和其他的NRF都有交互,这个接口就是服务化接口。重构对于网络架构来说,还是远远不够的,所以这就需要第二步,第二步是服务化的设计,所谓服务化的设计是把已经重构出来的5G的不同的NRF再进一步细分,细分为不同的相互独立的服务,微服务。面向云延伸定义的服务,是整个SBA架构的核心,主要体现在下面三方面,第一个是模块化便于定制,每个5G软件功能,都是由细腻服务来定义的,所以网络可以按照业务场景,以服务力度来定制和编排,这就为刚才提到的切片提供了一个很好的基础。
第二个是轻量化利于扩展,因为服务化的接口是基于互联网协议的,降低网络配置,对外提供统一的开放的统一接口,这样的话也就可以很好地满足刚才提到的构建这种合作共赢的生态圈。最后一个是可以独立化升级,服务可独立部署,使得网络功能可以快速升级。引入心功能,服务可以基于虚拟化平台快速部署。一方面不仅可以满足快速的业务需要,另外一方面对于运营商,对设备商来说,也是非常有好处的。通过网源功能的重构,以及把网源进一步细分拆分为服务,这两步拆分为微服务以后,不管是NRF服务也好,还是服务也好,他们之间并不是孤立,还是相互之间必须有一些交互通信,底层交互通信机制,就构成了服务化的框架,这个也是整个SDN的核心,通过服务的注册发现和调用,就构建了NRF服务基本通信框架,为5G核心网功能提供了一个即插即用新型的引入方式,这在传统的网络里面是不可想象的,传统网络里面要有一个新的功能实现的时候,必须要实现版本升级或者是打补丁的方式。但是在5G通过服务化架构的引入,提供了即插即用心功能的引入方式。通过服务的注册可以把刚才提到新的服务也好,新增加的NRF也好,注册到NRF里面去。最后一个是服务的授权,运营商网络严格管理的网络,服务提供者或者NRF需要判断一个服务消费者是否有权调用或者发现一个服务。
服务化架构的第四步也是关系到整个服务化架构能不能立的关键性问题也就是接口的问题。5G网络接口包括好几个层次的选择,从传输层、应用层、API的接口描述语言等等方面,在去年7、8月份的时候,我们联合很多厂商,包括还有一些其他的运营商做了非常详细的分析,最终在8月份时候CT3和CT4的会议上,最终确立了以API为组合新一代的协议体系,新一代的协议提升,大家可以看到是完全有很多优点,最重要的有下面四点我列出来了。第一是采用最新的NT互联网技术中广泛使用的协议,这个是考虑到接口的成熟性。第二个是面向未来实现快速部署,面向未来这种开放的接口大家可以看到,可以很好和第三方行业应用相结合。
第三个是连续集成和发布系统网络功能和服务,最后是新的融合接口方便第三方的业务调用。从左下角这个图可以看到,移动网络的接口协议,从2G、3G到5G的SD2这个协议,演变过程中都是在朝着更加安全化,更加开放化的方向发展。所以说互联网云化和互联网云化基因,已经深深地融入到了新一代移动通信系统中。R15已经实现了基于服务的网络架构,已经迈出了关键的一步,还是远远不够的需要产业界一起努力,来确保保持和发扬5G网络的先进性。
目前我了解到的是3GPP在已经启动了新一阶段的架构演进的项目,NGMN关于5G网络架构的增强,第二阶段的工作已经启动,其他的ATF等等也逐步开始介入。总结起来,需要下一步重点增强恩和研究的点主要包括下面四个方面:第一个是优化传统的建模方式,提升灵活性。第二个是扩展服务的概念,大家都知道,就是R15的版本里面,只把控制点服务化了,下一步呢考虑用户面也服务化,这样就实现一个纯粹的服务化的5G核心网。第三呢是行业服务框架的增强,包括选址通信等等。第四个是提高可靠性。前面讲的服务化架构的设计理念,怎么以后不设计出来的,但是5G网络马上商用在即,我也想提一下在实现和部署SBA架构的时候的一些考量。去年我们也参与了二阶段的测试,测试的时候发现有的厂家是基于虚拟实现的,有的是基于现实实现的,都实现了网络架构,也不能说谁对谁错,各有优缺点,但是关于虚基和容器的比较,不是今天的重点。这里我想说的是实际实现时候一方面要考虑技术的成熟性。另一方面要使得网络更加高轻量敏捷。随着容器技术的进一步成熟,容器化可能会成为一个趋势,第二个呢也是一个部署和采购相关的问题。从左右这两个图的对比,大家就可以看到,特别是左边这个图,大家依然看过来发现,5G的网络架构从这么多接口,是不是更加复杂化了,这个说法也对,也不对。怎么说呢?因为从漫游的角度来看,真正需要开放出来的NRF也好、接口也好,不需要那么多,可以分区域,同厂家来部署,只考虑在漫游的时候,把需要开放的接口考虑出来。但是在同一厂家内部和同一区域内部,要保持这种灵活性。
下一个也是关于部署的问题,因为5G网络部署的时候并不是一个割裂的部署,因为用户是有黏性的,绝大部分用户特别是个人用户都是从4G网络过来的,用户会在4G和5G网络之间互操作,5G网络部署初期,肯定还是一些热点区域,因为是一个一步一步阶段性的部署,所以互操作是必不可少的。为了保持这种互操作的业务连续性,有一些网源必须得设。比如说5G的SMF,和4G的控制网源,要保持IP的连续性。有的厂家会说,当然也有一些其他的公司也可能会考虑,就是说既然有这个融合,4G和5G干脆做一个大融合算了,包括AMF,和MMB之类的这些网源也全部融合。关于这个观点,我们不是很赞同,因为5G网络架构和4G网络架构有着本质的不一样,4G是面对点对点的这种连接,5G是这种Cloud Native的新架构。如果是网络要融合呢,是把这两个完全区别非常大的两个网络生硬地绑在一起,完全丧失了5G网络的这种服务化的,灵活化的这种优势。我们考虑在必要的业务连续性的同时呢,还是要尽可能地发挥5G网络,服务化网络的优势,并保持网络向Cloud Native方向持续演进的能力。
最后简单总结一下我今天演讲的要点,第一Cloud Native的软件服务化架构,是5G网络的一个必然选择。第二,去年中国移动牵头确立了R15的服务化架构,标准层面Cloud Native架构已经迈出了关键性的第一步。第三从产品层面,去年6月份上海展的时候,我们联合华为展出了业界首款基于服务化的样机。在今年的MWC,我们联合华为展出业界首款5G服务化核心原型机。但是5G成熟了,还有很多的路要走,所以需要产业界共同努力来推动SDA的成熟落地,尽快商用。最后网络架构还需要持续演进,同时5G实现部署和落地的时候,需要考虑到长期演进的能力,谢谢大家!