5G网络面临的问题
随着5G时代的到来，5G网络比4G网络提升了十倍以上的传输速率，给用户带来了飞一般的业务体验，促进了AR/VR、云游戏等大流量、低时延的应用需求。此外，5G还对V2X、无人巡检、智能制造等特定的行业起到了极大的推进作用。
和传统的以大众用户为中心、以语音电话、即时通信和互联网业务为主的消费型互联网不同，以生产型的互联网为主的行业应用对5G网络的健壮性提出了更高的要求：工控网络中断可能造成生产线停滞、V2X网络中断可能导致交通事故、远程医疗的网络中断可能给病人带来生命危险。因此，当5G网络开始步入ToB行业时，面临着更严苛的可靠性要求。
当前网络的传统冗余容灾技术已经不能满足5G行业应用的需求。传统POOL容灾，当DC故障或单网元故障时，已在线的用户会话需要全部重建，用户业务的中断时间较长，可能需要几分钟甚至半小时以上才可以重新接入，而且很容易出现因大量用户并发接入而导致的信令风暴，对网络的安全稳定运行带来极大风险，因此5G网络迫切需要提供一种更高效、更健壮的冗余容灾机制，满足6个9甚至7个9的超高可靠性要求。
NF Set解决方案
为了提高5GC网络的可靠性，中兴通讯Common Core提供了5GC NF（Network Function） Set解决方案（如图1所示），即相同类型、相同服务、相同切片的控制面NF可以组成一个Set集群，同一个Set内的不同NF实例可以彼此共享在线业务的上下文数据，从而实现Set内各NF实例间的相互冗余倒换，同时在线业务不中断，新建业务不受影响，例如：AMF Set、SMF Set等。
图1 NF Set解决方案
相比传统的NF Pool方案，NF Set方案具有如下特点：
- NF Set内各NF实例之间共享在线业务上下文，实现容灾期间零中断的业务倒换。
- NF Set内个NF实例支持共享统一数据存储服务，增强网络可靠性，简化网络部署运维。
- NF可平滑升级支持NF Set功能，并且Set内各NF实例可采用不同版本运行。
- NF Set集群热备机制，在减少NF冗余数量的同时，提升网络可靠性，有利于降低网络部署成本。
容灾在线业务无损
中兴通讯5GC NF采用无状态架构设计，业务的上下文数据与业务的逻辑处理分离，即NF本身仅提供业务逻辑处理功能，不保存在线业务的上下文，也无需关注数据的冗余备份机制，而是由独立的数据存储服务实现业务上下文数据的冗余容灾等高可靠机制。
当Set内某个NF实例故障时，其他NF可以瞬间接管故障NF的业务处理，并且从数据存储服务中获取所需处理的业务上下文。其他NF接管故障NF的过程中，无需数据迁移，在线业务也将保持不中断，用户无需重建连接，有效避免了传统Pool机制下NF故障后大量用户重新接入导致网络发生信令风暴的问题。
高可靠统一数据存储
中兴通讯5GC NF Set方案通过统一的UDSF（Unstructured Data Storage Function）来提供上下文数据的存储服务（如图2所示）。
图2 分布式数据存储UDSF
中兴通讯UDSF采用分布式技术存储架构，统一存储管理一个或多个NF Set会话上下文数据，采用多DB实例实现对不同NF Set的安全隔离。UDSF支持对数据提供1+M多副本冗余，及跨资源池、跨DC的异地部署机制，为数据提供超高可靠的冗余容灾能力。
中兴通讯UDSF还支持多种灵活部署方式，结合运营商的网络和业务需求，选择合适的部署方式：
- UDSF内置在各个NF内：无需维护独立的UDSF网元，简化网络架构。
- 每个NF Set独占一个UDSF：通常适用于不同切片的网络，各自采用独立的UDSF有助于增强各切片网络的安全隔离。
- 多个NF Set共享一个UDSF：多个Set共享统一UDSF，有利于节约建设和维护成本。
现网平滑升级改造
NF Set的组网架构与传统Pool方案类似，因此当5GC NF从Pool方案转换为Set方案时，组网架构无需更改，只需要邻接NF升级支持选择Set内的NF实例即可。此外，当Set内某个NF实例故障时，邻接NF需要保持现有在线用户的状态，并在Set内重选其他NF实例来提供服务。
中兴通讯5GC NF Set引入Cloud Native架构理念，与微服务的灰度发布类似，Set内各NF实例也可采用不同的版本稳定运行，各NF实例可按需独立升级，降低版本更新时，一次性升级Set内所有NF实例的风险。并且升级NF实例时，其在线业务可卸载到其他NF中，不影响在线业务，充分保障了特定行业服务不中断的高可靠业务需求。
低成本热备
NF Set中，各NF实例采用N+M冗余机制，打破了传统热备方案只能采用1+1冗余机制的限制，节省冗余NF数量的同时，还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内置数据存储服务时需各自独占完整服务组件的缺陷，减少了公共组件的数量，进一步减少了不必要的重复资源浪费。
NF Set的容灾发现、业务倒换机制遵循3GPP标准定义自动进行，与邻接NF间的协作无需人工干预，操作维护简单，也有利于降低运维成本。
总结语
中兴通讯5GC NF Set解决方案为运营商提供了更低成本、更高可靠性的5GC NF热备方案，其在构建更完善、更健壮的5GC网络的同时，也为5G成功跨进对网络服务中断零容忍的工业互联网领域奠定了坚实的技术基础。
