5G網絡面臨的問題

隨著5G時代的到來，5G網絡比4G網絡提升了十倍以上的傳輸速率，給用戶帶來了飛一般的業務體驗，促進了AR/VR、云游戲等大流量、低時延的應用需求。此外，5G還對V2X、無人巡檢、智能制造等特定的行業起到了極大的推進作用。

和傳統的以大眾用戶為中心、以語音電話、即時通信和互聯網業務為主的消費型互聯網不同，以生產型的互聯網為主的行業應用對5G網絡的健壯性提出了更高的要求：工控網絡中斷可能造成生產線停滯、V2X網絡中斷可能導致交通事故、遠程醫療的網絡中斷可能給病人帶來生命危險。因此，當5G網絡開始步入ToB行業時，面臨著更嚴苛的可靠性要求。

當前網絡的傳統冗余容災技術已經不能滿足5G行業應用的需求。傳統POOL容災，當DC故障或單網元故障時，已在線的用戶會話需要全部重建，用戶業務的中斷時間較長，可能需要幾分鐘甚至半小時以上才可以重新接入，而且很容易出現因大量用戶并發接入而導致的信令風暴，對網絡的安全穩定運行帶來極大風險，因此5G網絡迫切需要提供一種更高效、更健壯的冗余容災機制，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網絡的可靠性，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、相同切片的控制面NF可以組成一個Set集群，同一個Set內的不同NF實例可以彼此共享在線業務的上下文數據，從而實現Set內各NF實例間的相互冗余倒換，同時在線業務不中斷，新建業務不受影響，例如：AMF Set、SMF Set等。

圖1 NF Set解決方案

相比傳統的NF Pool方案，NF Set方案具有如下特點：

·NF Set內各NF實例之間共享在線業務上下文，實現容災期間零中斷的業務倒換。

·NF Set內個NF實例支持共享統一數據存儲服務，增強網絡可靠性，簡化網絡部署運維。

·NF可平滑升級支持NF Set功能，并且Set內各NF實例可采用不同版本運行。

·NF Set集群熱備機制，在減少NF冗余數量的同時，提升網絡可靠性，有利于降低網絡部署成本。

容災在線業務無損

中興通訊5GC NF采用無狀態架構設計，業務的上下文數據與業務的邏輯處理分離，即NF本身僅提供業務邏輯處理功能，不保存在線業務的上下文，也無需關注數據的冗余備份機制，而是由獨立的數據存儲服務實現業務上下文數據的冗余容災等高可靠機制。

當Set內某個NF實例故障時，其他NF可以瞬間接管故障NF的業務處理，并且從數據存儲服務中獲取所需處理的業務上下文。其他NF接管故障NF的過程中，無需數據遷移，在線業務也將保持不中斷，用戶無需重建連接，有效避免了傳統Pool機制下NF故障后大量用戶重新接入導致網絡發生信令風暴的問題。

高可靠統一數據存儲

中興通訊5GC NF Set方案通過統一的UDSF（Unstructured Data Storage Function）來提供上下文數據的存儲服務（如圖2所示）。

圖2 分布式數據存儲UDSF

中興通訊UDSF采用分布式技術存儲架構，統一存儲管理一個或多個NF Set會話上下文數據，采用多DB實例實現對不同NF Set的安全隔離。UDSF支持對數據提供1+M多副本冗余，及跨資源池、跨DC的異地部署機制，為數據提供超高可靠的冗余容災能力。

中興通訊UDSF還支持多種靈活部署方式，結合運營商的網絡和業務需求，選擇合適的部署方式：

·UDSF內置在各個NF內：無需維護獨立的UDSF網元，簡化網絡架構。

·每個NF Set獨占一個UDSF：通常適用于不同切片的網絡，各自采用獨立的UDSF有助于增強各切片網絡的安全隔離。

·多個NF Set共享一個UDSF：多個Set共享統一UDSF，有利于節約建設和維護成本。

現網平滑升級改造

NF Set的組網架構與傳統Pool方案類似，因此當5GC NF從Pool方案轉換為Set方案時，組網架構無需更改，只需要鄰接NF升級支持選擇Set內的NF實例即可。此外，當Set內某個NF實例故障時，鄰接NF需要保持現有在線用戶的狀態，并在Set內重選其他NF實例來提供服務。

中興通訊5GC NF Set引入Cloud Native架構理念，與微服務的灰度發布類似，Set內各NF實例也可采用不同的版本穩定運行，各NF實例可按需獨立升級，降低版本更新時，一次性升級Set內所有NF實例的風險。并且升級NF實例時，其在線業務可卸載到其他NF中，不影響在線業務，充分保障了特定行業服務不中斷的高可靠業務需求。

低成本熱備

NF Set中，各NF實例采用N+M冗余機制，打破了傳統熱備方案只能采用1+1冗余機制的限制，節省冗余NF數量的同時，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內置數據存儲服務時需各自獨占完整服務組件的缺陷，減少了公共組件的數量，進一步減少了不必要的重復資源浪費。

NF Set的容災發現、業務倒換機制遵循3GPP標準定義自動進行，與鄰接NF間的協作無需人工干預，操作維護簡單，也有利于降低運維成本。

總結語

中興通訊5GC NF Set解決方案為運營商提供了更低成本、更高可靠性的5GC NF熱備方案，其在構建更完善、更健壯的5GC網絡的同時，也為5G成功跨進對網絡服務中斷零容忍的工業互聯網領域奠定了堅實的技術基礎。

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