目前，移動用戶爆炸式增長，頻率資源緊缺，數據傳輸速率需求呈現幾何級數式增長，能源的巨大消耗以及網絡的優化問題等都成為需要解決的核心問題。
由于頻譜資源的稀缺以及空口技術頻譜效率提升空間受限于“香農極限”，因此在5G系統的研究中，研究人員逐漸認識到網絡架構對網絡容量提升的重要性。而移動通信系統從2G、3G 逐步演進到現在的LTE ，相對于接入網技術的變革，核心網絡架構并沒有發生根本性的變化。
未來的5G 移動通信系統無論是從連接、運營，還是業務需求等方面，都對核心網絡提出了新挑戰。從連接需求角度，我國IMT -2020推進組認為，5G關鍵能力體系將呈現巨幅增長。從運營需求角度，5G將面臨每比特的能耗和成本壓力、升級困難、擴展性差、資源利用率低，以及多網并存導致的網絡管理、用戶體驗等問題。從業務需求角度，網絡服務的繼承、提升及創新都要求更高的帶寬、更低的時延，而虛擬運營方式的引入，則需要更細粒度的劃分及更靈活的策略控制、新業務的部署以及與第三方的合作。
未來，用戶對網絡性能的需求將進一步加大，如果網絡能力不能滿足發展需求，缺點將不斷暴露出來。如移動網絡體系結構越來越復雜、設備龐雜、性能提升空間??；網絡設備種類繁多，導致運營商升級困難，擴展性差；現有的接入技術還不能實現無縫切換；控制和轉發緊耦合，數據面過于集中，而控制面過于分散，無線資源配置效率低；P-GW功能過分集中，導致設備極其昂貴，成本和收益形成“剪刀差”；P-GW造成路由迂回單點失效導致整個系統的可靠性變差等。
現有的這種垂直封閉的網絡體系和耦合私有的網元架構，注定了路由、流量、傳輸性能等網絡行為的不確定性，難以支持QoS，難以滿足擴展性、安全性、可管、可控、可信任等要求。為此，移動網絡需要對體系結構進行變革，要求新的網絡可以實現功能靈活部署、快速升級且易于擴展等。
而IT領域涌現的新技術如云計算、虛擬化、軟件定義網絡等，正不斷對無線和移動通信技術產生重大的影響。如云計算技術在無線接入網中的應用（C-RAN）、虛擬化技術在EPC中的應用（vEPC)等，都為網絡革新提供了有力的技術支持。
國際主流運營商也開始考慮如何借助虛擬化技術和軟件定義網絡技術在電信網絡中的應用，提升網絡效率、降低網絡CAPEX/OPEX，以實現移動網絡高效的建設、擴容及運營，實現新網絡能力的快速開發和新業務的靈活應用。
5G網絡引入NFV是必然
NFV通過軟件和硬件的分離，為5G網絡提供更具彈性的基礎設施平臺，組件化的網絡功能模塊實現控制功能的重構。NFV使網絡功能與物理實體解耦，采用通用硬件取代專用硬件，可以方便快捷地把網元功能部署在網絡中任意位置，同時對通用硬件資源實現按需分配和動態伸縮，以達到最優的資源利用率，從而解決以下問題或滿足相應需求。
1. 專用硬件設備種類各異，數量眾多，如CSCF、AS、MGCF、MME、PCRF網元，異廠家硬件設備不能通用。
2. 專用硬件設備容量部署缺乏彈性，設備利用率不高。
3. 硬件生命周期趨短，更新換代加速，導致核心網復合CAPEX增加。
4. 虛擬化提供自動化管理，通過資源池的方式對網元進行擴容、縮容，提供更好的靈活性。
5. 減少新業務的部署時間。
6. 對純軟件商開放，引入新的競爭；引入更多的硬件廠商，提高運營商定價話語權。
7. 虛擬化平臺提供新業務、新應用驗證的創新環境。
8. 提供多租戶及虛擬運營粒度的網絡服務能力。
核心網虛擬化演進方案
網元功能虛擬化
對現有各網元功能進行分解，并進行共性提取，邏輯化的抽象概括和封裝，劃分出不同子功能模塊，各模塊間接口標準化，便于功能重構。通過網絡功能抽象，將網絡功能模塊化、組件化，各功能模塊間采用開放的API接口。對開放接口的各功能子模塊，進行靈活組合。核心網的網元功能虛擬化能夠帶來充分競爭的軟硬件生態環境，以資源池的形式提高設備的利用率及部署彈性和靈活性，為運營商提供自動化的管理環境，減少網絡功能部署時間，提供隔離的網絡創新環境，從長遠角度降低CAPEX和OPEX（如圖1）。
圖1 基于NFV的核心網絡架構
分組域網關控制轉發分離
通過SDN技術將分組域網關的控制面和轉發面分離，使用通用轉發面，一方面為核心網長期平滑演進提供創新環境，同時兼容多種移動性管理隧道協議；另一方面控制面剝離并集中，將網絡復雜功能旁路；便于推動匯聚網關的固移融合，提供未來5G核心網演進新思路（如圖2）。
圖2 分組域網關控制面和轉發面分離
基于SDN的Gi-LAN Service Chaining
基于SDN的Gi-LAN Service Chaining提供了一個即插即用的增值業務及復雜流處理平臺，一方面提高增值業務box部署及變更的靈活性，容量使用及個性化業務組合，徹底消除網關配置及功能的復雜性；另一方面提供根據用戶特性、網絡特性、業務特性三維策略設計流傳輸路徑的能力，為數據時代運營商提升管道價值提供新手段（如圖3）。
完成技術標準、行業現狀、廠家設備路標及支持情況的調研工作，正在準備基于SDN的Gi-LAN Service Chaining的實驗室測試，對該技術開展摸底評估。
上海聯通VoLTE NFV部署方案
上海聯通借助VoLTE商用網絡的部署，對控制網元進行階段性的虛擬化建設。根據上海聯通的現網情況，對移動核心網進行NFV化的步驟建議為：
第一階段：首先對NFV技術進行測試驗證和架構驗證，在IMS域進行NFV技術試點，同時積累NFV部署經驗，第一階段在2016年底之前完成。
第二階段：穩定平臺，實現業務平穩遷移。實現業務向NFV遷移，構建業務編排能力，提升業務上線效率，第二階段在2018年底之前完成。
第三階段：實現全面云化。實現NFV自動化編排，第三階段在2019年底之前完成。
核心網虛擬化面臨的問題
雖然在核心網中引入NFV技術具有諸多的優點，但是核心網虛擬化依然面臨一些技術難點：
云管理平臺
虛擬化技術經過在IT領域的實踐和完善，已經相當成熟，但是當其應用到電信網中,其性能及可靠性仍需要做進一步改進。虛擬化不僅是將網元功能的虛擬化部署，更重要的是基于虛擬化的云管理，如虛擬機的創建更新遷移、虛擬資源的管理及分配、與OSS/BSS接口對接、不同廠家云平臺與不同的hypervisor的兼容性等。
系統集成
核心網引入虛擬化技術后，軟件和硬件可以由不同廠家提供，而且增加了Hypervisor中間件。這導致電信設備商提供網絡功能的方式發生改變，即整個軟件功能，中間件和硬件的適配由誰來做，設備如何接受等問題。而且中間件的引入也會為系統的Troubleshooting帶來影響。
虛擬化數據面性能
NFV將數據面虛擬化作為其目標之一。目前廠家廣泛采用Intel DPDK加速包處理來提高x86平臺上的數據轉發效率，但是其性能及與專用芯片相比仍待驗證。此外使用Intel專用加速包及加速網卡的影響仍需評估。相關數據面網元的虛擬化技術成熟仍需時日。
運營模式
核心網虛擬化后，將不同于傳統的基于硬件平臺的網絡，也不同于IT的云計算中心，其規劃、建設、運維、性能、容災、管理等方面都沒有現成的經驗，需要提前熟悉，收集經驗。
流量工程影響
核心網單節點虛擬化除了對網元設備形態有所改變，對承載及流量工程并沒有太大影響。虛擬化的節點仍部署在原來位置。當核心網網元以集中的方式虛擬化后，尤其是數據面網元也采用集中的方式部署，則集中的云節點產生的數據流量形式將不同于傳統電信網的樹級匯聚的流量形式，需要重新考慮承載的設計及流量工程。
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