5G網(wǎng)絡(luò)面臨的問題

隨著5G時代的到來，5G網(wǎng)絡(luò)比4G網(wǎng)絡(luò)提升了十倍以上的傳輸速率，給用戶帶來了飛一般的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，促進(jìn)了AR/VR、云游戲等大流量、低時延的應(yīng)用需求。此外，5G還對V2X、無人巡檢、智能制造等特定的行業(yè)起到了極大的推進(jìn)作用。

和傳統(tǒng)的以大眾用戶為中心、以語音電話、即時通信和互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)為主的消費(fèi)型互聯(lián)網(wǎng)不同，以生產(chǎn)型的互聯(lián)網(wǎng)為主的行業(yè)應(yīng)用對5G網(wǎng)絡(luò)的健壯性提出了更高的要求：工控網(wǎng)絡(luò)中斷可能造成生產(chǎn)線停滯、V2X網(wǎng)絡(luò)中斷可能導(dǎo)致交通事故、遠(yuǎn)程醫(yī)療的網(wǎng)絡(luò)中斷可能給病人帶來生命危險。因此，當(dāng)5G網(wǎng)絡(luò)開始步入ToB行業(yè)時，面臨著更嚴(yán)苛的可靠性要求。

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的傳統(tǒng)冗余容災(zāi)技術(shù)已經(jīng)不能滿足5G行業(yè)應(yīng)用的需求。傳統(tǒng)POOL容災(zāi)，當(dāng)DC故障或單網(wǎng)元故障時，已在線的用戶會話需要全部重建，用戶業(yè)務(wù)的中斷時間較長，可能需要幾分鐘甚至半小時以上才可以重新接入，而且很容易出現(xiàn)因大量用戶并發(fā)接入而導(dǎo)致的信令風(fēng)暴，對網(wǎng)絡(luò)的安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來極大風(fēng)險，因此5G網(wǎng)絡(luò)迫切需要提供一種更高效、更健壯的冗余容災(zāi)機(jī)制，滿足6個9甚至7個9的超高可靠性要求。

NF Set解決方案

為了提高5GC網(wǎng)絡(luò)的可靠性，中興通訊Common Core提供了5GC NF（Network Function） Set解決方案（如圖1所示），即相同類型、相同服務(wù)、相同切片的控制面NF可以組成一個Set集群，同一個Set內(nèi)的不同NF實(shí)例可以彼此共享在線業(yè)務(wù)的上下文數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)Set內(nèi)各NF實(shí)例間的相互冗余倒換，同時在線業(yè)務(wù)不中斷，新建業(yè)務(wù)不受影響，例如：AMF Set、SMF Set等。

圖1 NF Set解決方案

相比傳統(tǒng)的NF Pool方案，NF Set方案具有如下特點(diǎn)：

·NF Set內(nèi)各NF實(shí)例之間共享在線業(yè)務(wù)上下文，實(shí)現(xiàn)容災(zāi)期間零中斷的業(yè)務(wù)倒換。

·NF Set內(nèi)個NF實(shí)例支持共享統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲服務(wù)，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)可靠性，簡化網(wǎng)絡(luò)部署運(yùn)維。

·NF可平滑升級支持NF Set功能，并且Set內(nèi)各NF實(shí)例可采用不同版本運(yùn)行。

·NF Set集群熱備機(jī)制，在減少NF冗余數(shù)量的同時，提升網(wǎng)絡(luò)可靠性，有利于降低網(wǎng)絡(luò)部署成本。

容災(zāi)在線業(yè)務(wù)無損

中興通訊5GC NF采用無狀態(tài)架構(gòu)設(shè)計，業(yè)務(wù)的上下文數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)的邏輯處理分離，即NF本身僅提供業(yè)務(wù)邏輯處理功能，不保存在線業(yè)務(wù)的上下文，也無需關(guān)注數(shù)據(jù)的冗余備份機(jī)制，而是由獨(dú)立的數(shù)據(jù)存儲服務(wù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)上下文數(shù)據(jù)的冗余容災(zāi)等高可靠機(jī)制。

當(dāng)Set內(nèi)某個NF實(shí)例故障時，其他NF可以瞬間接管故障NF的業(yè)務(wù)處理，并且從數(shù)據(jù)存儲服務(wù)中獲取所需處理的業(yè)務(wù)上下文。其他NF接管故障NF的過程中，無需數(shù)據(jù)遷移，在線業(yè)務(wù)也將保持不中斷，用戶無需重建連接，有效避免了傳統(tǒng)Pool機(jī)制下NF故障后大量用戶重新接入導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)發(fā)生信令風(fēng)暴的問題。

高可靠統(tǒng)一數(shù)據(jù)存儲

中興通訊5GC NF Set方案通過統(tǒng)一的UDSF（Unstructured Data Storage Function）來提供上下文數(shù)據(jù)的存儲服務(wù)（如圖2所示）。

圖2 分布式數(shù)據(jù)存儲UDSF

中興通訊UDSF采用分布式技術(shù)存儲架構(gòu)，統(tǒng)一存儲管理一個或多個NF Set會話上下文數(shù)據(jù)，采用多DB實(shí)例實(shí)現(xiàn)對不同NF Set的安全隔離。UDSF支持對數(shù)據(jù)提供1+M多副本冗余，及跨資源池、跨DC的異地部署機(jī)制，為數(shù)據(jù)提供超高可靠的冗余容災(zāi)能力。

中興通訊UDSF還支持多種靈活部署方式，結(jié)合運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)需求，選擇合適的部署方式：

·UDSF內(nèi)置在各個NF內(nèi)：無需維護(hù)獨(dú)立的UDSF網(wǎng)元，簡化網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

·每個NF Set獨(dú)占一個UDSF：通常適用于不同切片的網(wǎng)絡(luò)，各自采用獨(dú)立的UDSF有助于增強(qiáng)各切片網(wǎng)絡(luò)的安全隔離。

·多個NF Set共享一個UDSF：多個Set共享統(tǒng)一UDSF，有利于節(jié)約建設(shè)和維護(hù)成本。

現(xiàn)網(wǎng)平滑升級改造

NF Set的組網(wǎng)架構(gòu)與傳統(tǒng)Pool方案類似，因此當(dāng)5GC NF從Pool方案轉(zhuǎn)換為Set方案時，組網(wǎng)架構(gòu)無需更改，只需要鄰接NF升級支持選擇Set內(nèi)的NF實(shí)例即可。此外，當(dāng)Set內(nèi)某個NF實(shí)例故障時，鄰接NF需要保持現(xiàn)有在線用戶的狀態(tài)，并在Set內(nèi)重選其他NF實(shí)例來提供服務(wù)。

中興通訊5GC NF Set引入Cloud Native架構(gòu)理念，與微服務(wù)的灰度發(fā)布類似，Set內(nèi)各NF實(shí)例也可采用不同的版本穩(wěn)定運(yùn)行，各NF實(shí)例可按需獨(dú)立升級，降低版本更新時，一次性升級Set內(nèi)所有NF實(shí)例的風(fēng)險。并且升級NF實(shí)例時，其在線業(yè)務(wù)可卸載到其他NF中，不影響在線業(yè)務(wù)，充分保障了特定行業(yè)服務(wù)不中斷的高可靠業(yè)務(wù)需求。

低成本熱備

NF Set中，各NF實(shí)例采用N+M冗余機(jī)制，打破了傳統(tǒng)熱備方案只能采用1+1冗余機(jī)制的限制，節(jié)省冗余NF數(shù)量的同時，還提供了更高的可靠性。

此外，NF Set支持采用共享的UDSF，可避免各NF內(nèi)置數(shù)據(jù)存儲服務(wù)時需各自獨(dú)占完整服務(wù)組件的缺陷，減少了公共組件的數(shù)量，進(jìn)一步減少了不必要的重復(fù)資源浪費(fèi)。

NF Set的容災(zāi)發(fā)現(xiàn)、業(yè)務(wù)倒換機(jī)制遵循3GPP標(biāo)準(zhǔn)定義自動進(jìn)行，與鄰接NF間的協(xié)作無需人工干預(yù)，操作維護(hù)簡單，也有利于降低運(yùn)維成本。

總結(jié)語

中興通訊5GC NF Set解決方案為運(yùn)營商提供了更低成本、更高可靠性的5GC NF熱備方案，其在構(gòu)建更完善、更健壯的5GC網(wǎng)絡(luò)的同時，也為5G成功跨進(jìn)對網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中斷零容忍的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域奠定了堅實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

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