核心網(wǎng)虛擬化NFV關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)勢分析

核心網(wǎng)虛擬化NFV關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)勢分析作者：勞斌鄧敬彧來源：《中國新通信》2018年第17期【摘要】據(jù)悉，當5G時代來臨時，核心網(wǎng)將進入虛擬化云時代，降低網(wǎng)絡(luò)運維成本，提高了運維效率。同樣，虛擬運營上的出現(xiàn)，也為運營商帶來了巨大的挑戰(zhàn)。近年來，隨著移動轉(zhuǎn)售業(yè)務(wù)的全面迫近，虛擬運營商如何借力發(fā)展成為人們討論熱點。NFV是虛擬網(wǎng)的關(guān)鍵技術(shù)，文章簡述了核心網(wǎng)虛擬化NFV關(guān)鍵技術(shù)的具體架構(gòu)及優(yōu)勢?！娟P(guān)鍵詞】核心網(wǎng)虛擬化NFV關(guān)鍵技術(shù)優(yōu)勢前言：網(wǎng)絡(luò)虛擬化的應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)自動化增強，有效減輕了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建設(shè)與維護的壓力。近年來，科技的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)虛擬化應(yīng)用越發(fā)廣泛，運營商也能夠隨時根據(jù)需要，部署網(wǎng)絡(luò)功能，而不需要再受到專用設(shè)備的限制［1］。NFV關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，使虛擬網(wǎng)快速響應(yīng)用戶需求，網(wǎng)絡(luò)快速部署，業(yè)務(wù)更新飛速，網(wǎng)絡(luò)調(diào)度靈活，基于此，文章簡述7NFV關(guān)鍵技術(shù)與其優(yōu)勢。一、未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展趨勢的簡單探討長久以來，在我國傳統(tǒng)電信業(yè)務(wù)的發(fā)展部署中，都遵循著重視硬件而忽視軟件的規(guī)則。為滿足客戶需求，在較長一段時間，電信運營商建設(shè)了各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如：移動核心網(wǎng)、CDN、OSS/BSS系統(tǒng)等，雖然，這些系統(tǒng)對硬件的專業(yè)性要求較高，但是，不可否認，各種系統(tǒng)的出現(xiàn)，推動了我國網(wǎng)絡(luò)飛速發(fā)展［2］。相對于電信行業(yè)，移動行業(yè)擁有更好的發(fā)展趨勢，因為，其更加重視軟件的開發(fā)，對硬件要求不高，在為全球范圍用戶服務(wù)時，軟件靈活性提高了服務(wù)性能，硬件的通用性降低了生產(chǎn)成本。借鑒移動行業(yè)的成功經(jīng)驗，電信運營商逐漸轉(zhuǎn)型，開始追求以軟件為中心的業(yè)務(wù)模式，核心網(wǎng)虛擬化NFV技術(shù)的出現(xiàn)，為電信運營商提供了一條前進道路，為多數(shù)電信網(wǎng)元帶來優(yōu)勢，提高了電信行業(yè)的動態(tài)控制，容量伸縮更加靈活、資源池使用越發(fā)便利、各項部署反應(yīng)更為快速、地理位置得到優(yōu)化，發(fā)展投入成本降低?？梢?，核心網(wǎng)虛擬化NFV關(guān)鍵技術(shù)的作用。相信，在我國未來網(wǎng)絡(luò)中，NFV關(guān)鍵技術(shù)將成為各大運營商不可缺少的一項技術(shù)。二、NFV關(guān)鍵技術(shù)帶來的挑戰(zhàn)近幾年，我國進入了我網(wǎng)絡(luò)時代，信息技術(shù)進入了飛速發(fā)展時期。在網(wǎng)絡(luò)運行中，各種新型組件的引入，為NFV關(guān)鍵技術(shù)帶來了挑戰(zhàn)。因為，新型組件多來自于IT行業(yè)，基于行業(yè)標準平臺，但是，需要提供電信級的可用性與性能，滿足相應(yīng)的SLA，加之，我國在NFV技術(shù)上仍不成熟，為我國未來網(wǎng)的發(fā)展帶來諸多不確定性［3］?；诖?，應(yīng)以未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展為導(dǎo)向，構(gòu)建一個以NFV架構(gòu)，保障架構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)之間相輔相成。由技術(shù)上來看，NFV關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，為網(wǎng)絡(luò)功能和資源的簡介添加了新的抽象層，OSS系統(tǒng)格局更加復(fù)雜化，為保障系統(tǒng)的有效運轉(zhuǎn)，需要制定更多的編排工作。NFV技術(shù)的應(yīng)用，運營挑戰(zhàn)主要是：一，如何保持客戶與服務(wù)間的師徒關(guān)系。筆者認為，在現(xiàn)有的OSS/BSS業(yè)務(wù)中，應(yīng)集成與NFV相關(guān)的功能，通過應(yīng)用端到端的自動化，保障NFV關(guān)鍵技術(shù)的敏捷性，提高服務(wù)速度。二，如何保障NFV技術(shù)應(yīng)用的同時，降低運營成本。因為，NFV關(guān)鍵技術(shù)的部署，會增大網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的復(fù)雜性，筆者認為，可通過更改生命周期流程，將各層面進行關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的自動化運行，降低其運營成本。NFV技術(shù)的應(yīng)用，也會帶來組織挑戰(zhàn)。因為，NFV關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，流程發(fā)生變化，影響了運行，對IT部門與運營部門的協(xié)作提出更高要求。同時，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)生變化，由原先的重視專用資源，轉(zhuǎn)變?yōu)閷FVI的容量規(guī)劃，為規(guī)劃部門以及采購部門帶來較大影響。三、NFV關(guān)鍵技術(shù)的具體架構(gòu)NFV，是網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的簡稱，是一種采用虛擬化技術(shù)，利用通用硬件，實現(xiàn)電信功能節(jié)點的軟硬件解耦，是5G關(guān)鍵技術(shù)中的重要技術(shù)之一，是電信級業(yè)務(wù)云化的核心技術(shù)。由運營上角度來看，NFV是一種軟硬件分離的架構(gòu)［4］。NFV關(guān)鍵技術(shù)是核心網(wǎng)虛擬化的關(guān)鍵技術(shù)之一，其實質(zhì)是，將網(wǎng)絡(luò)功能由專用硬件設(shè)備上剝離，實現(xiàn)軟件與硬件解耦后的獨立性，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能的動態(tài)靈活部署。3.1核心網(wǎng)虛擬化NFV關(guān)鍵技術(shù)的架構(gòu)NFV關(guān)鍵技術(shù)的概念架構(gòu)圖，如圖1所示。NFV的主要功能模塊有：虛擬網(wǎng)絡(luò)功能模塊、網(wǎng)元管理功能模塊、NFV基礎(chǔ)設(shè)施模塊、NFV管理與編排功能模塊。虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）模塊，是虛擬化網(wǎng)元，等同于4G網(wǎng)絡(luò)中的物理網(wǎng)元。網(wǎng)元管理功能（EM）模塊，該模塊主要是對一個或者多個VNF模塊進行管理，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)管功能等同。NFV基礎(chǔ)設(shè)施（NFVI）模塊，該模塊中包含了虛擬化層、硬件、虛擬化資源等，其中，硬件中又包含了計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等資源，由硬件方面來看，NFVI模塊相當于一個資源池；虛擬化層的主要功能是抽象與邏輯分割物理資源，為VNF模塊提供虛擬資源，實現(xiàn)軟件與硬件的解耦。NFV管理與編排功能（MANO）模塊，主要由三部分構(gòu)成，分別為：NFV編排、VNF管理、虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理（VIM）。NFV編排主要功能是網(wǎng)絡(luò)編排，使資源管理與調(diào)度相互統(tǒng)一；VNF管理主要功能是管理VNF的生命周期，包含有VNF的安裝、更新、擴容、終結(jié)等；虛擬基礎(chǔ)設(shè)施管理，主要是對虛擬化資源、硬件資源池等的管理。3.2網(wǎng)絡(luò)自動部署在NFV關(guān)鍵技術(shù)構(gòu)建中，相關(guān)人員應(yīng)注意以下兩點：硬件的通用性；網(wǎng)絡(luò)快速部署。其中，網(wǎng)絡(luò)的快速部署包含有網(wǎng)元快速部署與網(wǎng)元彈性擴容、縮容。據(jù)悉，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)運行時，一個網(wǎng)元上線需15d，而NFV關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，若硬件資源達到要求，則能夠?qū)?5d縮短至1h，可見，NFV技術(shù)的重要性。網(wǎng)元快速部署：為實現(xiàn)網(wǎng)元部署的快速性，應(yīng)先將與網(wǎng)元對應(yīng)的軟件包（所加載的網(wǎng)元版本軟件）、鏡像包（虛擬機、通用軟件庫等）、VNFD（虛擬機數(shù)量、CPU等網(wǎng)元虛擬機規(guī)格，虛擬機親和性與反親和性、虛擬機對應(yīng)徑向文件等）上傳到NFVO，再由其上傳到VNFM。上述文件全部上傳，校驗通過后，可根據(jù)特定流程，進行網(wǎng)元的自動部署［5］。彈性擴容縮容：彈性擴容縮容主要有兩種方式，手動化與自動化。手動化的彈性擴縮容需要操作人員手動觸發(fā)，自動化彈性擴縮容，可直接依照網(wǎng)絡(luò)性能測量，自動觸發(fā)。四、典型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析相比于3G技術(shù)、4G技術(shù)等，5G關(guān)鍵技術(shù)擁有更加豐富的能力，如：用戶體驗速率、連接數(shù)密度、峰值速率、端到端時延等都已經(jīng)成為5G技術(shù)的關(guān)鍵指標，而NFV關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，MVNO虛擬運營商不僅為人們提供了差異化數(shù)據(jù)，還為人們提供了高清4G+語音，甚至更多增值型業(yè)務(wù)，提高了虛擬運營上的應(yīng)力水平。當前，經(jīng)過多年發(fā)展，COTS硬件服務(wù)器早已發(fā)展成熟，諸多電子企業(yè)都能夠生產(chǎn)高性能、高集成的硬件服務(wù)器。同樣，虛擬化軟件也逐步走向成熟，無論是VMWare、OpenStack、HP、Redhat等，都已經(jīng)擁有了自己的虛擬化軟件。當前，NFV關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，為其提供了第三方服務(wù)器--AS，新業(yè)務(wù)引入更加便捷，虛擬運營商的競爭優(yōu)勢更加凸顯。AS為開放性服務(wù)器，運營商可直接利用標準接口，以及服務(wù)器的開放架構(gòu)，引進第三方業(yè)務(wù)，如：智慧城市、廣告定投、大數(shù)據(jù)分析等，提高了虛擬運營商業(yè)務(wù)服務(wù)水平。五、NFV關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)勢5.1實現(xiàn)了軟硬件的耦合虛擬化技術(shù)的使用，NFV架構(gòu)中軟硬件因此解耦。但是，想要實現(xiàn)這一優(yōu)勢，必須保障，VNF軟件能夠在X86通用服務(wù)器上運行。對此，電信軟件應(yīng)進行適配，去除其對專用硬件的依賴，保障電信軟件適應(yīng)NFV架構(gòu)，真正實現(xiàn)虛擬化技術(shù)應(yīng)用的功能。對此，筆者認為，VNF軟件內(nèi)部可去除硬件配置、管理以及監(jiān)控模塊，使服務(wù)與物理位置相互分割。5.2硬件資源實現(xiàn)了統(tǒng)一管理在NFV中，硬件資源池能夠?qū)⒍鄠€相連的服務(wù)器、交換機等資源相互整合，形成一個統(tǒng)一的資源池。并且，而虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，能夠?qū)①Y源池的計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源等分解為虛擬機、存儲空間等，以此實現(xiàn)對外分配。在NFV架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施能夠提供云資源池，虛擬化層是云資源池的中間層，能夠?qū)⒉煌?guī)格的服務(wù)器、存儲資源等整合為統(tǒng)一規(guī)格的虛擬機、虛擬存儲資源等?？梢?，NFV關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)勢。5.3VNF技術(shù)實現(xiàn)了全局調(diào)度與部署因為，VIM資源池所提供的服務(wù)接口粒度與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)資源池提供的粒度相比，前者粒度較細，在使用過程中，需設(shè)置VNF管理，完成網(wǎng)元到虛擬資源的映射過程，因此，不適合普通管理人員使用。另外，在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與網(wǎng)元生命周期內(nèi)，也存在擴容、縮容等各種調(diào)整動作，但是，需要對多個VNF進行協(xié)調(diào)管理，因此，應(yīng)定義NFV的編排，全局調(diào)度。在NFV編排與調(diào)度過程中，因所處的位置較高，能夠利用軟硬件解耦，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備呈現(xiàn)出開放形式，推動整個電信設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈做大做強。5.4降低了運營成本NFV關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)了軟件的靈活加載，提高了網(wǎng)絡(luò)部署的速度，降低了業(yè)務(wù)部署的復(fù)雜性，推動了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)一、通用、適配。并且，NFV技術(shù)所應(yīng)用的標準設(shè)備成本較低，節(jié)省了專屬硬件部署所消耗的大量資金，提高了網(wǎng)絡(luò)的靈活性。六、總結(jié)新形勢下，我國4G技術(shù)已經(jīng)走向成熟，5G技術(shù)正在研發(fā)中，相信，無需太久，核心網(wǎng)虛擬化技術(shù)將全面普及。在核心網(wǎng)虛擬化過程中，NFV技術(shù)是其中的關(guān)鍵技術(shù)，其的應(yīng)用，軟硬件因此解耦，實現(xiàn)了硬件資源的統(tǒng)一管理，降低了運營成本，推動了資源的全局調(diào)度與部署，并且，還有效提高了運營商的運營服務(wù)水平，推動了電信產(chǎn)業(yè)的更進一步。參考文獻田阿靈.淺論核心網(wǎng)虛擬化NFV關(guān)鍵技術(shù)及優(yōu)勢[J].通訊世界，2017(10):19-19.崔萌.移動核心網(wǎng)