Cloud Native，下一代虛擬化核心網應用系統架構
核心網應用的系統架構演進
當前運營商核心網路中，大量部署專有硬體和封閉軟體為用戶提供語音、簡訊和數據等業務。傳統核心網在硬體資源上無法共享導致部署不夠靈活，軟體架構上封閉設計造成功能可擴展性差，多個業務煙囪獨立部署使得運營維護複雜。
物聯網等新業務的火熱開展和5G的商用步伐加快，對核心網提出了海量連接提供、靈活部署形式和場景適應能力、創新型的業務能力等新要求，SDN和NFV在業界被認為是未來核心網的關鍵技術。
在核心網自身架構設計上，基於網元靈活部署、業務能力開放和5G網路切片等要求，採用微服務和DevOps等IT思想設計的Cloud Native被認為是設計開發未來核心網應用的主要系統架構。
Cloud Native關鍵技術
核心網應用在設計系統架構時既要考慮電信應用特有的穩定性需求，也要引入在IT領域大量應用的理念實現自身的優化改造。中興通訊認為基於Cloud Native的核心網應用具備四個特徵：微服務架構和共享數據層、自動化、輕量級虛擬化和DevOps。
微服務架構和共享數據層
採用無狀態的微服務作為基本粒度來構建整個應用。微服務採用「高內聚，低耦合」的思路進行設計，各個微服務之間通過API或統一的消息匯流排進行通信。
用戶的接入和會話信息統一存放在數據共享層，分別在不同位置的各個微服務實例可以通過該數據共享層獲取用戶的最新狀態。
通過以上設計理念，可以實現各個微服務實例的獨立運行和彈縮、升級，分散式的微服務實例部署方式也有助於提升應用的高可靠性。
自動化
圍繞Cloud Native應用，從藍圖設計、資源調度編排和lifecycle管理、應用狀態監控、控制策略更新等多個環節都應該實現高度自動化，各個環節之間有效銜接實現閉環反饋機制，可以實現業務的的一鍵部署安裝、全面自治和高效管理。
通過高效自動化平台，用戶可實現特色業務網元和業務網路的敏捷設計和快速高效部署。
輕量級虛擬化
相對傳統虛機，容器技術具備快速彈縮、部署高密度、性能強等優勢，在IT界發展迅速和廣泛應用。在Cloud Native應用的系統架構設計中，應用組件要能夠基於容器虛擬化技術進行部署，實現資源利用率的提升和業務的快速交付、敏捷維護。
在實際部署時，Cloud Native應用和底層虛擬化技術實現解耦，可以部署在容器和虛機的混合環境中。
DevOps
基於電信網路能力的可編程性是業務創新和豐富生態圈的基礎。
電信核心網的應用能力可以通過微服務的API/SDK開放給第三方，使其能夠進行二次開發並實現業務創新。虛擬化運營平台也要能夠提供友好的持續開發和持續交付環境和工具，以協助開發者基於DevOps模式進行業務開發和發布、升級。
Cloud Native應用
助力運營商網路功能轉型
● 快速交付，縮短TTM
傳統模式下，瀑布式研發模型需要經過完整的需求確認、編碼、單元測試、集成測試、功能發布等多個環節，各個模塊在測試順序串聯進行，各個模塊間存在長時間等待，研發效率低。敏捷開發針對開發進行優化，並未考慮運維環節。
在微服務模式下，業務功能的修改或增加可以以微服務為粒度進行，減少版本變更範圍，同時部分微服務實現共享，被不同應用進行調用，減少了不同網元間的重複開發。
DevOps思維藉助流水線工具實現大規模並行持續開發，減少等待時間，當需求調整時可以實現快速修改，實現持續交付。
Cloud Native應用可以把之前以月為單位的版本發布周期縮短為周和天，以迭代方式快速實現運營商提出的需求。
● 能力開放，促進業務創新
傳統核心網網元依據3GPP等標準組織定義的方式實現，業務種類受限，管道優勢無法充分發揮。
第三方開發人員在編程時，可以通過API/SDK來調用Cloud Native應用的微服務，將其業務實現和運營商網路能力深度綁定；同時運營商的能力開放作為眾創平台，可以吸引更多的第三方參與電信業務創新，豐富生態圈和增加新的電信業務種類。
● 無狀態設計，增強應用可靠性
在COTS硬體上如何實現5個9的電信級可靠性，一直是NFV的討論熱點，中興通訊核心網APP的設計，5個9的保障不依賴於NFVI層的可靠性，通過APP無狀態、分散式N+M冗餘，達到電信級高可靠的保障（見圖1）。
一個Cloud Native的多個微服務實例可以根據業務需要分布在不同的DC，實現地理級容災，進一步加強應用健壯性。
● 簡化運維，提供運營效率
傳統核心網運維以網元為單位進行升級操作，為了防止升級操作失敗，需要進行複雜的業務遷移和回退操作。
Cloud Native應用可以針對更細粒度的微服務進行升級，利用微服務的「高內聚松耦合」特性減少對其他微服務的影響和衝擊；當存在多個微服務實例時，為了驗證新版本的有效性，可以針對其中的部分微服務實例進行灰度升級操作，發現問題時可以快速回退，控制影響範圍。
滿足5G網路的業務需求
● 部署更加靈活
5G的核心網網元部署方式非常靈活，同一個網元的不同部分可以根據業務需要靈活分布在核心DC、邊緣DC或者access DC等不同位置。
例如在uRLLC場景中，可以把負責報文轉發的多個微服務實例部署在靠近業務網路和基站的位置，以滿足苛刻的時延要求；在物聯網的海量連接場景中，可根據流量小的業務特徵，把控制面和報文轉發微服務實例都部署在核心DC。
● 滿足多種場景的業務需求
網路切片作為5G核心網的必要特性，可以滿足不同的網路場景要求。
運營商在網路切片頂層設計時，可以把不同的微服務類型/組件庫根據實際的業務需求進行靈活組裝，設計出個性化的網路切片，不同網路切片間實現邏輯隔離，互不影響；不同網路切片可以採用不同的SLA，不同的SLA採用了不同的資源分配演算法和冗餘度，使基礎設施資源利用達到最佳性價比。
相對傳統網路架構，Cloud Native具備高效、靈活和開放等先進特性，符合5G軟體架構要求，是運營商新增及替換核心網設備的最佳選擇。
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