NFV讓電信網(wǎng)絡(luò)更Soft、更Green

本刊記者 | 張鵬

對(duì)話中國(guó)移動(dòng)研究院綠色通信研究中心主任 崔春風(fēng)

事實(shí)上，中國(guó)移動(dòng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的“軟硬件解耦”早有規(guī)劃。這一點(diǎn)，無(wú)論是從中國(guó)移動(dòng)早期在無(wú)線接入網(wǎng)提出的C-RAN，還是針對(duì)核心網(wǎng)發(fā)布的DSN白皮書(shū)中都有所體現(xiàn)。

崔春風(fēng)中國(guó)移動(dòng)通信研究院綠色通信研究中心主任。北京郵電大學(xué)博士畢業(yè)，加入中國(guó)移動(dòng)研發(fā)中心（研究院前身），主要負(fù)責(zé)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)研究及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作。目前主要研究興趣包括：綠色無(wú)線通信新技術(shù)，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化及5G關(guān)鍵技術(shù)預(yù)研等。

傳統(tǒng)電信設(shè)備中，異構(gòu)環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)資源的調(diào)度和配置存在很大難度，同時(shí)引發(fā)的高復(fù)雜度和高成本問(wèn)題也是越發(fā)凸顯，運(yùn)營(yíng)商們迫切希望構(gòu)建全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)——以開(kāi)放取代封閉、以通用替代專(zhuān)有——將原本不同專(zhuān)有網(wǎng)元設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)功能提取出來(lái)虛擬化，并運(yùn)行在統(tǒng)一的通用服務(wù)器平臺(tái)上。

在去年初，中國(guó)移動(dòng)連同七家海外運(yùn)營(yíng)商共同發(fā)起了ETSI網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化行業(yè)規(guī)范工作組（NFV ISG）。如今，中國(guó)移動(dòng)作為NFV的核心成員，已經(jīng)廣泛參與到該工作組下各個(gè)分項(xiàng)目組的研究工作中。

事實(shí)上，NFV并非什么新生技術(shù)，早在電信網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)軟交換時(shí)，NFV的思路就已有所體現(xiàn)。中國(guó)移動(dòng)研究院綠色通信研究中心主任崔春風(fēng)博士告訴記者：“中國(guó)移動(dòng)早在幾年前就已經(jīng)在思考能否以通用平臺(tái)替代專(zhuān)有設(shè)備，這些年不斷地持續(xù)研究，在與國(guó)外幾家主流運(yùn)營(yíng)商的交流中，大家的觀點(diǎn)也是不謀而合。”

那么，業(yè)界如何看待NFV的未來(lái)發(fā)展，NFV究竟存在哪些適宜的應(yīng)用場(chǎng)景，目前NFV已取得怎樣的成果，本期崔春風(fēng)博士將為您一一揭曉。

NFV工作組不是定標(biāo)準(zhǔn)而是提需求與架構(gòu)

Q：NFV ISG由多家運(yùn)營(yíng)商共同發(fā)起，為何全球范圍內(nèi)的運(yùn)營(yíng)商都將電信網(wǎng)絡(luò)的未來(lái)聚焦于NFV，NFV對(duì)于電信網(wǎng)絡(luò)而言究竟具有何種意義？

A：目前的電信網(wǎng)都是運(yùn)行在軟硬件一體的專(zhuān)用設(shè)備上，導(dǎo)致設(shè)備采購(gòu)成本與網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本都居高不下。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)功能的軟化，將軟硬件解耦，采用通用的硬件平臺(tái)，而把不同的網(wǎng)絡(luò)功能以軟件的方式運(yùn)行在統(tǒng)一的硬件平臺(tái)上，能夠最大化降低硬件成本及運(yùn)維成本；結(jié)合軟件的虛擬化功能實(shí)現(xiàn)資源的高效利用，從而更加綠色和節(jié)能；并且能夠更靈活地開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)能力，便于更快地引入包括第三方開(kāi)發(fā)者在內(nèi)創(chuàng)新業(yè)務(wù)和應(yīng)用，增加運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的價(jià)值。

Q：中國(guó)移動(dòng)作為國(guó)際上僅有的幾家發(fā)起成員之一，參與成立NFV標(biāo)準(zhǔn)工作組的初衷是什么，中國(guó)移動(dòng)在其中扮演怎樣的角色？A：在2012年10月，中國(guó)移動(dòng)與其他七家海外運(yùn)營(yíng)商（AT&T、英國(guó)電信、德國(guó)電信、Orange、意大利電信、西班牙電信公司和Verizon）聯(lián)合發(fā)起成立了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化工作組，并聯(lián)合撰寫(xiě)發(fā)布了《網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化白皮書(shū)》。需要重點(diǎn)提及的是，NFV工作組并不是像3GPP那樣的標(biāo)準(zhǔn)化組織，其目的在于提出明確的目標(biāo)和需求、搭建網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，進(jìn)而完成原型驗(yàn)證、演示實(shí)驗(yàn)等助推NFV落地的實(shí)質(zhì)性工作。目前，NFV標(biāo)準(zhǔn)組的規(guī)劃時(shí)間為2年——從2012年10月到2014年底，基本實(shí)現(xiàn)該組織機(jī)構(gòu)的健全與完善，同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)NFV的概念定義和系統(tǒng)架構(gòu)的制定，同時(shí)理清不同接口的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。論及NFV的初衷，正如它名稱(chēng)所表示的，讓網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，也就是將原本置于專(zhuān)有網(wǎng)元設(shè)備上的網(wǎng)絡(luò)功能剝離出來(lái)，虛擬化并運(yùn)行在x86/ARM通用服務(wù)器平臺(tái)上，從而打破傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)“軟硬一體化”格局，NFV工作組最終是希望構(gòu)建一個(gè)基于通用交換、存儲(chǔ)、計(jì)算平臺(tái)，運(yùn)行虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源按需分配和自動(dòng)化配置管理的下一代電信網(wǎng)絡(luò)。

NFV與專(zhuān)有設(shè)備的差距正在縮短

Q：基于現(xiàn)網(wǎng)情況，實(shí)現(xiàn)NFV并不是短期就能做到，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)該如何規(guī)劃這一過(guò)渡階段，哪些網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)可以率先成為實(shí)現(xiàn)NFV的突破口？

A：個(gè)人認(rèn)為，現(xiàn)階段運(yùn)營(yíng)商在對(duì)網(wǎng)絡(luò)處理能力、實(shí)時(shí)性需求不那么高的網(wǎng)絡(luò)環(huán)節(jié)中嘗試NFV，然后逐步擴(kuò)展到所有網(wǎng)元。。

事實(shí)上，中國(guó)移動(dòng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的“軟硬件解耦”早有規(guī)劃。這一點(diǎn)，無(wú)論是從中國(guó)移動(dòng)早期在無(wú)線接入網(wǎng)提出的C-RAN，還是針對(duì)核心網(wǎng)發(fā)布的DSN白皮書(shū)中已有所體現(xiàn)。而NFV工作組的建立，更是讓中國(guó)移動(dòng)與海外運(yùn)營(yíng)商就電信下一代網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)達(dá)成了共識(shí)，同時(shí)使得運(yùn)營(yíng)商對(duì)NFV的需求更加明確。

通過(guò)幾年的研究，中國(guó)移動(dòng)已經(jīng)小有斬獲?；谕ㄓ梅?wù)器實(shí)現(xiàn)軟件網(wǎng)絡(luò)功能的想法，我們聯(lián)合廠商成功做出了一個(gè)完全基于x86平臺(tái)具有物理層加速器的無(wú)線基站DEMO，并成功打通了第一個(gè)連接EPC的端到端的商用電話。這也證明了，x86服務(wù)器+加速器完全可以處理無(wú)線網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，已經(jīng)具備了加載和運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)功能的能力。

而在核心網(wǎng)一層，中國(guó)移動(dòng)在其DSN的項(xiàng)目研究中，也成功驗(yàn)證了基于x86平臺(tái)上的虛擬機(jī)可以運(yùn)行核心網(wǎng)控制功能的設(shè)想。

Q：基于通用IT平臺(tái)虛擬化實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)功能與專(zhuān)用

網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相比，在性能、速率以及功耗方面是否存在一定的差距？

A：當(dāng)然，在我們不斷對(duì)NFV進(jìn)行原型機(jī)測(cè)試和驗(yàn)證的同時(shí)，我們也發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題。畢竟現(xiàn)在而言，基于標(biāo)準(zhǔn)的x86平臺(tái)性能還無(wú)法與傳統(tǒng)專(zhuān)用電信平臺(tái)同日而語(yǔ)，但是我們更加看到，這中的差距正在逐漸縮小。

比如在試驗(yàn)中，無(wú)線載波物理層信號(hào)處理對(duì)于CPU的占用率過(guò)高，導(dǎo)致了通用平臺(tái)的整體性?xún)r(jià)比降低；在不考慮虛擬化技術(shù)情況下，通用平臺(tái)因其通用性，也導(dǎo)致功耗要明顯高于傳統(tǒng)專(zhuān)用設(shè)備。

但是，這些劣勢(shì)并非無(wú)法解決。我們的做法是，在通用服務(wù)器平臺(tái)增加硬件加速器，專(zhuān)門(mén)處理算法比較固化的以及非常消耗通用CPU處理資源的功能模塊，其余的功能則運(yùn)行于通用平臺(tái)上；還可以采取虛擬化方式將多個(gè)服務(wù)器或多個(gè)CPU的核搭建成資源池的形式，根據(jù)業(yè)務(wù)負(fù)荷實(shí)現(xiàn)資源的實(shí)時(shí)開(kāi)閉和調(diào)配，從而降低功耗。

目前，基于C-RAN的通用平臺(tái)無(wú)線基站能力已經(jīng)得到初步驗(yàn)證并將逐漸成熟，未來(lái)將進(jìn)行小規(guī)模的試點(diǎn)應(yīng)用，相信在不久的將來(lái)會(huì)有廠商推出商用產(chǎn)品。

NFV的突破瓶頸在效率和功耗

Q：相較于園區(qū)網(wǎng)、因特網(wǎng)而言，電信網(wǎng)絡(luò)最大的特點(diǎn)在于其高標(biāo)準(zhǔn)的電信級(jí)可靠性，那么在NFV的過(guò)程中，IT的基因?qū)⒉粩嘀踩腚娦啪W(wǎng)絡(luò)的底層環(huán)節(jié)，運(yùn)營(yíng)商能否繼續(xù)保證其高達(dá)5個(gè)9的網(wǎng)絡(luò)可靠性？

A：保證網(wǎng)絡(luò)高可靠性一直是運(yùn)營(yíng)商的核心競(jìng)爭(zhēng)力，在逐漸向NFV過(guò)渡和演進(jìn)的過(guò)程中，雖然目標(biāo)不曾改變，但我們實(shí)現(xiàn)的方式方法在不斷做調(diào)整。在過(guò)去，運(yùn)營(yíng)商保證高可靠性的方法是，網(wǎng)絡(luò)上每個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)元設(shè)備都要保證99.999%的連接可靠性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)整個(gè)大網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湎碌碾娦偶?jí)服務(wù)。但現(xiàn)在我們的思路是，將注意力從單點(diǎn)轉(zhuǎn)向全局，每個(gè)節(jié)點(diǎn)不再投入昂貴的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，反而采用相對(duì)廉價(jià)的服務(wù)器等IT設(shè)備通過(guò)虛擬化、云計(jì)算等方式，網(wǎng)絡(luò)功能彼此備份，一旦出現(xiàn)問(wèn)題業(yè)務(wù)可以遷移至其他設(shè)備上，由此也實(shí)現(xiàn)了電信網(wǎng)良好的可靠性。

這與谷歌數(shù)據(jù)中心的建設(shè)思路相類(lèi)似，雖然采購(gòu)的都是定制化、配置較低的x86服務(wù)器，但通過(guò)合理的搭建和新技術(shù)引入，谷歌數(shù)據(jù)中心依然維持了很高的安全性能，并且成為全球數(shù)據(jù)中心節(jié)能的典范。中國(guó)移動(dòng)的DSN實(shí)現(xiàn)了基于DHT的分布式核心網(wǎng)，也驗(yàn)證了這個(gè)思想。

Q：鑒于中移動(dòng)在NFV領(lǐng)域的前期探索與研究，您認(rèn)為目前NFV亟需提高和改善的關(guān)鍵點(diǎn)在哪？

A：NFV目前的關(guān)鍵突破點(diǎn)在于提升效率和降低功耗。目前，我們雖然通過(guò)原型機(jī)的方式驗(yàn)證了“電信網(wǎng)絡(luò)通用平臺(tái)”的正確性和可行性，但距離真正的商用化和市場(chǎng)化顯然還有一段較長(zhǎng)的道路。

畢竟傳統(tǒng)的電信設(shè)備經(jīng)過(guò)長(zhǎng)久的積累，對(duì)于特定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)某一功能已經(jīng)做到了最大化的適配度和專(zhuān)用化，其效率和能耗都在理想的狀態(tài)中。而現(xiàn)在，我們要以一個(gè)通用化的平臺(tái)去適配各種不同的網(wǎng)絡(luò)功能，從原來(lái)的“一對(duì)一”變成“一對(duì)多”，這種革命性的網(wǎng)絡(luò)變化在功耗和效率以及實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的虛擬化，還存在諸多難度。

目前，我們已經(jīng)提出了增加硬件加速器的方式，來(lái)分擔(dān)復(fù)雜度較高的功能模塊進(jìn)而提升效率和降低功耗；并且也做了許多實(shí)時(shí)虛擬化方面的優(yōu)化工作。但在未來(lái)，還需要運(yùn)營(yíng)商和各設(shè)備廠商共同努力，推動(dòng)NFV不斷完善和進(jìn)步。

畢竟NFV對(duì)于電信運(yùn)營(yíng)商而言，意義重大，它的實(shí)現(xiàn)不僅可以大幅縮減運(yùn)營(yíng)商的建網(wǎng)成本，同時(shí)x86標(biāo)準(zhǔn)所具備的開(kāi)放性，也將幫助運(yùn)營(yíng)商在未來(lái)縮短新業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)周期，釋放更多網(wǎng)絡(luò)能量，比如在無(wú)線接入層，基站不僅僅是處理和傳遞網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，同時(shí)也可挖掘其定位、內(nèi)容推動(dòng)等方面的能力。