目前，移动用户爆炸式增长，频率资源紧缺，数据传输速率需求呈现几何级数式增长，能源的巨大消耗以及网络的优化问题等都成为需要解决的核心问题。

由于频谱资源的稀缺以及空口技术频谱效率提升空间受限于“香农极限”，因此在5G系统的研究中，研究人员逐渐认识到网络架构对网络容量提升的重要性。而移动通信系统从2G、3G 逐步演进到现在的LTE ，相对于接入网技术的变革，核心网络架构并没有发生根本性的变化。

未来的5G 移动通信系统无论是从连接、运营，还是业务需求等方面，都对核心网络提出了新挑战。从连接需求角度，我国IMT -2020推进组认为，5G关键能力体系将呈现巨幅增长。从运营需求角度，5G将面临每比特的能耗和成本压力、升级困难、扩展性差、资源利用率低，以及多网并存导致的网络管理、用户体验等问题。从业务需求角度，网络服务的继承、提升及创新都要求更高的带宽、更低的时延，而虚拟运营方式的引入，则需要更细粒度的划分及更灵活的策略控制、新业务的部署以及与第三方的合作。

未来，用户对网络性能的需求将进一步加大，如果网络能力不能满足发展需求，缺点将不断暴露出来。如移动网络体系结构越来越复杂、设备庞杂、性能提升空间小；网络设备种类繁多，导致运营商升级困难，扩展性差；现有的接入技术还不能实现无缝切换；控制和转发紧耦合，数据面过于集中，而控制面过于分散，无线资源配置效率低；P-GW功能过分集中，导致设备极其昂贵，成本和收益形成“剪刀差”；P-GW造成路由迂回单点失效导致整个系统的可靠性变差等。

现有的这种垂直封闭的网络体系和耦合私有的网元架构，注定了路由、流量、传输性能等网络行为的不确定性，难以支持QoS，难以满足扩展性、安全性、可管、可控、可信任等要求。为此，移动网络需要对体系结构进行变革，要求新的网络可以实现功能灵活部署、快速升级且易于扩展等。

而IT领域涌现的新技术如云计算、虚拟化、软件定义网络等，正不断对无线和移动通信技术产生重大的影响。如云计算技术在无线接入网中的应用（C-RAN）、虚拟化技术在EPC中的应用（vEPC)等，都为网络革新提供了有力的技术支持。

国际主流运营商也开始考虑如何借助虚拟化技术和软件定义网络技术在电信网络中的应用，提升网络效率、降低网络CAPEX/OPEX，以实现移动网络高效的建设、扩容及运营，实现新网络能力的快速开发和新业务的灵活应用。

5G网络引入NFV是必然

NFV通过软件和硬件的分离，为5G网络提供更具弹性的基础设施平台，组件化的网络功能模块实现控制功能的重构。NFV使网络功能与物理实体解耦，采用通用硬件取代专用硬件，可以方便快捷地把网元功能部署在网络中任意位置，同时对通用硬件资源实现按需分配和动态伸缩，以达到最优的资源利用率，从而解决以下问题或满足相应需求。

1. 专用硬件设备种类各异，数量众多，如CSCF、AS、MGCF、MME、PCRF网元，异厂家硬件设备不能通用。

2. 专用硬件设备容量部署缺乏弹性，设备利用率不高。

3. 硬件生命周期趋短，更新换代加速，导致核心网复合CAPEX增加。

4. 虚拟化提供自动化管理，通过资源池的方式对网元进行扩容、缩容，提供更好的灵活性。

5. 减少新业务的部署时间。

6. 对纯软件商开放，引入新的竞争；引入更多的硬件厂商，提高运营商定价话语权。

7. 虚拟化平台提供新业务、新应用验证的创新环境。

8. 提供多租户及虚拟运营粒度的网络服务能力。

核心网虚拟化演进方案

网元功能虚拟化

对现有各网元功能进行分解，并进行共性提取，逻辑化的抽象概括和封装，划分出不同子功能模块，各模块间接口标准化，便于功能重构。通过网络功能抽象，将网络功能模块化、组件化，各功能模块间采用开放的API接口。对开放接口的各功能子模块，进行灵活组合。核心网的网元功能虚拟化能够带来充分竞争的软硬件生态环境，以资源池的形式提高设备的利用率及部署弹性和灵活性，为运营商提供自动化的管理环境，减少网络功能部署时间，提供隔离的网络创新环境，从长远角度降低CAPEX和OPEX（如图1）。

图1 基于NFV的核心网络架构

分组域网关控制转发分离

通过SDN技术将分组域网关的控制面和转发面分离，使用通用转发面，一方面为核心网长期平滑演进提供创新环境，同时兼容多种移动性管理隧道协议；另一方面控制面剥离并集中，将网络复杂功能旁路；便于推动汇聚网关的固移融合，提供未来5G核心网演进新思路（如图2）。

图2 分组域网关控制面和转发面分离

基于SDN的Gi-LAN Service Chaining

基于SDN的Gi-LAN Service Chaining提供了一个即插即用的增值业务及复杂流处理平台，一方面提高增值业务box部署及变更的灵活性，容量使用及个性化业务组合，彻底消除网关配置及功能的复杂性；另一方面提供根据用户特性、网络特性、业务特性三维策略设计流传输路径的能力，为数据时代运营商提升管道价值提供新手段（如图3）。

完成技术标准、行业现状、厂家设备路标及支持情况的调研工作，正在准备基于SDN的Gi-LAN Service Chaining的实验室测试，对该技术开展摸底评估。

上海联通VoLTE NFV部署方案

上海联通借助VoLTE商用网络的部署，对控制网元进行阶段性的虚拟化建设。根据上海联通的现网情况，对移动核心网进行NFV化的步骤建议为：

第一阶段：首先对NFV技术进行测试验证和架构验证，在IMS域进行NFV技术试点，同时积累NFV部署经验，第一阶段在2016年底之前完成。

第二阶段：稳定平台，实现业务平稳迁移。实现业务向NFV迁移，构建业务编排能力，提升业务上线效率，第二阶段在2018年底之前完成。

第三阶段：实现全面云化。实现NFV自动化编排，第三阶段在2019年底之前完成。

核心网虚拟化面临的问题

虽然在核心网中引入NFV技术具有诸多的优点，但是核心网虚拟化依然面临一些技术难点：

云管理平台

虚拟化技术经过在IT领域的实践和完善，已经相当成熟，但是当其应用到电信网中,其性能及可靠性仍需要做进一步改进。虚拟化不仅是将网元功能的虚拟化部署，更重要的是基于虚拟化的云管理，如虚拟机的创建更新迁移、虚拟资源的管理及分配、与OSS/BSS接口对接、不同厂家云平台与不同的hypervisor的兼容性等。

系统集成

核心网引入虚拟化技术后，软件和硬件可以由不同厂家提供，而且增加了Hypervisor中间件。这导致电信设备商提供网络功能的方式发生改变，即整个软件功能，中间件和硬件的适配由谁来做，设备如何接受等问题。而且中间件的引入也会为系统的Troubleshooting带来影响。

虚拟化数据面性能

NFV将数据面虚拟化作为其目标之一。目前厂家广泛采用Intel DPDK加速包处理来提高x86平台上的数据转发效率，但是其性能及与专用芯片相比仍待验证。此外使用Intel专用加速包及加速网卡的影响仍需评估。相关数据面网元的虚拟化技术成熟仍需时日。

运营模式

核心网虚拟化后，将不同于传统的基于硬件平台的网络，也不同于IT的云计算中心，其规划、建设、运维、性能、容灾、管理等方面都没有现成的经验，需要提前熟悉，收集经验。

流量工程影响

核心网单节点虚拟化除了对网元设备形态有所改变，对承载及流量工程并没有太大影响。虚拟化的节点仍部署在原来位置。当核心网网元以集中的方式虚拟化后，尤其是数据面网元也采用集中的方式部署，则集中的云节点产生的数据流量形式将不同于传统电信网的树级汇聚的流量形式，需要重新考虑承载的设计及流量工程。