NFV技術(shù)在城域網(wǎng)中應(yīng)用的研究

1、 NFV 技術(shù)在城域網(wǎng)中應(yīng)用的研究摘 要：NFV 作為網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)，將在未來 IP 城域網(wǎng)中發(fā)揮重要作用。筆者主要探討 NFV 技術(shù)原理及在城域網(wǎng)的部分應(yīng)用場景，介紹了 vBRAS 及 vOLT 的實(shí)現(xiàn)方式及未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變化。面對新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)維護(hù)方式也將向DevOps 方向轉(zhuǎn)化，從而降低網(wǎng)絡(luò)維護(hù)成本，提高新業(yè)務(wù)部署速度。作為一種新興技術(shù)，NFV 也存在一些問題，需要在實(shí)踐中不斷檢驗(yàn)與完善。關(guān)鍵詞：NFV；城域網(wǎng)；vBRAS；vOLT；DevOps目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc14720497 1.引言 PAGEREF _Toc147204

2、97 h 3 HYPERLINK l _Toc14720498 2.NFV 技術(shù)簡介 PAGEREF _Toc14720498 h 3 HYPERLINK l _Toc14720499 3.NFV 技術(shù)應(yīng)用 PAGEREF _Toc14720499 h 5 HYPERLINK l _Toc14720500 3.1.vBRAS PAGEREF _Toc14720500 h 5 HYPERLINK l _Toc14720501 3.2.vOLT PAGEREF _Toc14720501 h 7 HYPERLINK l _Toc14720502 4.結(jié) 語 PAGEREF _Toc14720502

3、h 9引言寬帶網(wǎng)絡(luò)是國家戰(zhàn)略性公共基礎(chǔ)設(shè)施，國家早在 2013 年就提出“優(yōu)化架構(gòu)、提升容量、智能調(diào)度、高效可靠”的建設(shè)思路。電信網(wǎng)絡(luò)經(jīng)過了模擬通信、數(shù)字通信、互聯(lián)網(wǎng)通信階段， 目前全球通信產(chǎn)業(yè)已開始進(jìn)入第四個(gè)歷史階段，即軟件定義 網(wǎng)絡(luò)（SDN）階段，這一階段的主要技術(shù)特征是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變革， 即從垂直封閉架構(gòu)轉(zhuǎn)向水平開放架構(gòu)，體現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)控制與轉(zhuǎn) 發(fā)分離、網(wǎng)元軟硬件的解耦和虛擬化、網(wǎng)絡(luò)的云化和 IT 化等多個(gè)方面，代表性技術(shù)有 SDN、NFV 和云計(jì)算等。全球著名運(yùn)營商 AT&T 早在 2014 年年底就宣布，在2020 年，將徹底完成網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型，整個(gè)網(wǎng)絡(luò) 75% 由軟件組成， 通過 SDN 和 N

4、FV 將網(wǎng)絡(luò)控制放入云中和用戶手中。針對未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演進(jìn)，國內(nèi)主流基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商中國電信發(fā)布了中國電信CTNet-2025 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)白皮書，中國聯(lián)通發(fā)布了中國聯(lián)通新一代網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)白皮書 CUBE-NET 2.0，為未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展演進(jìn)指明了方向。NFV 技術(shù)簡介NFV（Network Function Virtualization）即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，NFV 技術(shù)核心思想是通過 x86 服務(wù)器上的虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)專用網(wǎng)絡(luò)硬件的功能，實(shí)現(xiàn)軟件和硬件解耦。NFV 統(tǒng)一化的硬件平臺架構(gòu)，使得運(yùn)營商可以采購?fù)ㄓ糜布脚_疊加相關(guān)軟件的方式來替代現(xiàn)有獨(dú)立專用硬件設(shè)備，提升硬件資源循環(huán)使用率，降低技術(shù)門檻和開發(fā)成本，

5、并大幅降低運(yùn)營商的投資成本（CAPEX）和運(yùn)營成本（OPEX）。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（ETSI）制定了 NFV 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，NFV 標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)如圖 1 所示。圖 1 NFV 標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)Virtualised Network Function（VNF）：虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能。Element Management System（EMS）：網(wǎng)管系統(tǒng)可以管理一個(gè)或多個(gè) VNF。可以使用原網(wǎng)管系統(tǒng)統(tǒng)一管理虛擬化和非虛擬化網(wǎng)元。NFV Infrastructure（NFVI）：它將硬件相關(guān)的CPU/ 內(nèi)存 / 硬盤 / 網(wǎng)絡(luò)資源虛擬化。Virtualised Infrastructure Managers：實(shí)現(xiàn)虛擬化

6、基礎(chǔ)設(shè)施管理，負(fù)責(zé)對物理硬件虛擬化資源進(jìn)行統(tǒng)一的管理、監(jiān)控、優(yōu)化，比如OpenStack。VNF Managers：負(fù)責(zé) VNF 的生命周期管理。Orchestrator：編排器，負(fù)責(zé) NFV 基礎(chǔ)資源和上層軟件資源的編排和管理，這種編排能力可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需求， 調(diào)整各 VNF 所需要的資源多少，在各機(jī)柜、機(jī)房、地域之間遷移 VNF 等，是自動化部署的核心能力。OSS/BSS：業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)（BSS）與運(yùn)營支撐系統(tǒng)（OSS）。需要最大限度減少對現(xiàn)有 OSS/BSS 的影響。為了適應(yīng)NFV 趨勢，OSS/BSS 本身要支持運(yùn)行在云計(jì)算平臺上，同時(shí)支持和 VNF Manager 和 Orchestr

7、ator 互通。Orchestrator、VNF Manager(s)、Virtualised Infrastructure Manager(s) 這三部分，共同組成了 NFV Management and Orchestration（NFV MANO）。NFV 技術(shù)應(yīng)用vBRASBRAS 設(shè)備是城域網(wǎng)的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，負(fù)責(zé)用戶接入、控制策略實(shí)施等，但專業(yè)一體化設(shè)備實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)功能與硬件強(qiáng)相關(guān)，給新業(yè)務(wù)部署帶來很大難題。vBRAS 是 NFV 技術(shù)在 IP 城域網(wǎng)中最早應(yīng)用的領(lǐng)域之一，其發(fā)展至今大致可以分為兩個(gè)階段。一階段僅僅實(shí)現(xiàn)專有硬件功能的軟件虛擬化，具有將BRAS 設(shè)備從專有硬件平臺遷移到通用硬件

8、平臺的功能。二階段在一階段基礎(chǔ)上分離 BRAS 設(shè)備的控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面，極大提高了網(wǎng)絡(luò)資源的利用率及業(yè)務(wù)編排的靈活性。轉(zhuǎn)控分離后的 vBRAS 系統(tǒng)功能架構(gòu)圖如圖 2 所示。圖 2 vBRAS系統(tǒng)功能架構(gòu)vBRAS 系統(tǒng)分為 BRAS-CP 和 BRAS-DP 兩個(gè)部分。BRAS-CP：定位為用戶控制管理部件，主要功能包括用戶管理、資源分配、業(yè)務(wù)配置、告警上送及對數(shù)據(jù)面BRAS-DP 進(jìn)行管理。同時(shí) BRAS-CP 與 MANO 系統(tǒng)交互， 完成 CP 系統(tǒng)部署以及彈性擴(kuò)容。BRAS-DP：包含兩種數(shù)據(jù)面轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備形態(tài)，分別為專用硬件轉(zhuǎn)發(fā)（NP/ASIC/ARM）以及 X86 CPU 轉(zhuǎn)發(fā)。專用硬

9、件轉(zhuǎn)發(fā)能力強(qiáng)，但是通用性差、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，X86 CPU 轉(zhuǎn)發(fā)通用性好，雖有 Intel DPDK 等的支持，但是目前與專用硬件轉(zhuǎn)發(fā)相比能力較弱，可以根據(jù)應(yīng)用場景的不同進(jìn)行組合應(yīng)用，滿足不同場景的需求。與 vBRAS 系統(tǒng)交互的業(yè)務(wù)系統(tǒng)包括業(yè)務(wù)系統(tǒng)（Radius Server、DHCP Server、Portal Server 等）、基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)（MANO）及網(wǎng)管系統(tǒng)（EMS）等。引入轉(zhuǎn)控分離vBRAS 后的城域網(wǎng)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖 3 所示。vOLT進(jìn)入全光網(wǎng)絡(luò)時(shí)代后，OLT 是接入網(wǎng)的關(guān)鍵網(wǎng)元，而且數(shù)量眾多，vOLT 的引入將大大降低運(yùn)營商 CAPEX。AT&T 的 OLT 解耦如圖 4 所示

10、。圖 3 城域網(wǎng)架構(gòu)圖 4 AT&T 的 OLT 解耦全新的OLT 架構(gòu)通過OLT 設(shè)備的解耦來消除廠商依賴。首先把傳統(tǒng)OLT 設(shè)備控制板上CPU 運(yùn)行處理的控制功能（包含 ONT 綁定、認(rèn)證、VLAN 分配管理、IGMP、OAM 等） 移到網(wǎng)絡(luò)中的 X86 服務(wù)器上（圖 4 中的 vOLT app）。控制板控制、配置、管理交換板和 GPON 線卡的功能被 SDN 控制器取代，交換板的功能被端局中的葉子交換機(jī)取代，OLT 中的 GPON 線卡被 1U 的只有 PON MAC 功能的開放 GPON 線卡刀片取代。每個(gè)開放 GPON 線卡刀片通過 40Gbps 上聯(lián)端口連接到 ToR 交換機(jī)。這些

11、刀片不是多線卡的 OLT 系統(tǒng)的一部分，而是獨(dú)立的設(shè)備。vOLT 和 vBRAS-CP 可以統(tǒng)一部署于云端，其上部署業(yè)務(wù)編排層，對接 OSS/BSS 系統(tǒng)。將現(xiàn)今高度依賴部署電信設(shè)備的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)為完全基于開放硬件和開放軟件的模式。這是近幾十年來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)方面最具破環(huán)性的創(chuàng)新，將給電信業(yè)帶來巨大的影響，包括網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商和電信設(shè)備商。新架構(gòu)下的網(wǎng)絡(luò)加速 CT 向 IT 的融合轉(zhuǎn)換，為保持整體架構(gòu)的可擴(kuò)展性及彈性，開發(fā)和運(yùn)維的環(huán)境將漸漸融為一體，DevOps 將在未來網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維中大行其道。基于 DevOps 模式， 運(yùn)營商與電信設(shè)備商將共同進(jìn)行快速迭代技術(shù)及業(yè)務(wù)創(chuàng)新， 從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)開發(fā)和運(yùn)營的敏捷化。結(jié) 語NFV 將會促進(jìn)城域網(wǎng)向網(wǎng)絡(luò)智能化、運(yùn)營智慧化方向發(fā)展并降低運(yùn)營成本。雖然近