NFV如何賦能傳統(tǒng)城域網(wǎng)

福建電信│王福榮 鄭凱 林實踐

賽特斯軟件信息有限公司│方智淵

NFV如何賦能傳統(tǒng)城域網(wǎng)

福建電信│王福榮 鄭凱 林實踐

賽特斯軟件信息有限公司│方智淵

通過利用NFV技術(shù)，全球運營商開始探索部署x86架構(gòu)下的虛擬CPE（vCPE）、 虛 擬BRAS（vBRAS） 和 虛 擬NAT（vCGN） 等資源池，使得業(yè)務邊緣的用戶接入控制能力得以靈活擴展。

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務的迅猛發(fā)展，固網(wǎng)寬帶和移動寬帶接入的容量和質(zhì)量成為業(yè)界關(guān)注的重點。網(wǎng)絡的本質(zhì)是用來承載業(yè)務，業(yè)務需求是決定網(wǎng)絡發(fā)展的方向，城域網(wǎng)建設(shè)需要充分發(fā)揮網(wǎng)絡優(yōu)勢，將網(wǎng)絡與業(yè)務適配。

城域網(wǎng)發(fā)展需NFV等新技術(shù)的支撐

通信設(shè)備商長久以來所提供的設(shè)備均是傳統(tǒng)的控制和硬件一體的設(shè)備，網(wǎng)絡通過設(shè)備與設(shè)備之間的各類協(xié)議進行控制和管理。原有的網(wǎng)絡由不同層級的網(wǎng)絡設(shè)備組成，當業(yè)務需要有更大的容量和更高的轉(zhuǎn)發(fā)性能時，運營商只能采取擴容的方式，而機房的空間和能耗方面的限制使得擴容非常困難，而不同類型業(yè)務對網(wǎng)絡靈活性方面的要求也得不到滿足。

電信運營商的城域網(wǎng)需要在網(wǎng)絡層級方面變得更加扁平，對業(yè)務的安全性和靈活性需要有更大的提高。這就需要SDN/NFV等新技術(shù)的支持，實現(xiàn)控制與管理分離，對網(wǎng)絡進行靈活調(diào)配和管理。

其中，NFV（網(wǎng)絡功能虛擬化）技術(shù)是新出現(xiàn)的技術(shù)利器，簡單理解就是把電信設(shè)備從目前的專用平臺遷移到通用的X86 COTS服務器上。2012年10月，在ETSI由13個運營商成立了一個組織NFV-ISG，致力于推動“網(wǎng)絡功能虛擬化”，并發(fā)布了NFV白皮書，提出了NFV的目標和行動計劃。

當前電信網(wǎng)絡使用的各種設(shè)備，均是基于私有平臺部署的，這樣各種網(wǎng)元都是一個個封閉的盒子，各種盒子間硬件資源無法互用，每個設(shè)備擴容必須增加硬件，縮容后硬件資源閑置，耗時長、彈性差、成本高；在NFV方法中，各種網(wǎng)元變成了獨立的應用，可以靈活部署在基于標準的服務器、存儲、交換機構(gòu)建的統(tǒng)一平臺上，這樣軟硬件解耦，每個應用可以通過快速增加或減少虛擬資源來達到快速伸縮擴容的目的，大大提升網(wǎng)絡的彈性，如圖所示。

NFV優(yōu)勢明顯

NFV的技術(shù)基礎(chǔ)就是目前IT業(yè)界的云計算和虛擬化技術(shù)，通用的COTS計算/存儲/網(wǎng)絡硬件設(shè)備通過虛擬化技術(shù)可以分解為多種虛擬資源，供上層各種應用使用，同時通過虛擬化技術(shù)，可以使得應用與硬件解耦，使得資源的供給速度大大提高，從物理硬件的數(shù)天縮短到數(shù)分鐘，NFV的主要優(yōu)勢如下。

● 降低運營商采購/運維成本及能耗。

● 快速業(yè)務部署，縮小創(chuàng)新周期：包括提升測試與集成效率，降低開發(fā)成本，軟件的快速安裝取代新的硬件部署。

● 網(wǎng)絡應用能實現(xiàn)多版本及多租戶。支持不同的應用、用戶、租戶共享統(tǒng)一的平臺。網(wǎng)絡共享的支持水到渠成。

● 使能不同物理區(qū)域以及用戶群的業(yè)務個性化，業(yè)務規(guī)模能夠快速方便得以伸縮。

● 使能網(wǎng)絡開放，業(yè)務創(chuàng)新?？赡芊趸碌睦麧櫾鲩L點。

NFV結(jié)構(gòu)淺析

同當前網(wǎng)絡架構(gòu)（獨立的業(yè)務網(wǎng)絡+OSS系統(tǒng)）相比，NFV從縱向和橫向上進行了解構(gòu)，按照NFV設(shè)計，從縱向看分為三層：

基礎(chǔ)設(shè)施層：NFVI是NFV Infrastructure的簡稱，從云計算的角度看，就是一個資源池。NFVI映射到物理基礎(chǔ)設(shè)施就是多個地理上分散的數(shù)據(jù)中心，通過高速通信網(wǎng)連接起來。NFVI需要將物理計算/存儲/交換資源通過虛擬化轉(zhuǎn)換為虛擬的計算/存儲/交換資源池。

虛擬網(wǎng)絡層：虛擬網(wǎng)絡層對應的就是目前各個電信業(yè)務網(wǎng)絡，每個物理網(wǎng)元映射為一個虛擬網(wǎng)元VNF，VNF所需資源需要分解為虛擬的計算/存儲/交換資源，由NFVI來承載，VNF之間的接口依然采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡定義的信令接口（3GPP+ITU-T)，VNF的業(yè)務網(wǎng)管依然采用NEEMS-NMS體制。

運營支撐層：運營支撐層就是目前的OSS/BSS系統(tǒng)，需要為虛擬化進行必要的修改和調(diào)整。

從橫向來看，NFV分為兩個域：

業(yè)務網(wǎng)絡域：就是目前的各電信業(yè)務網(wǎng)絡。

管理編排域：與傳統(tǒng)網(wǎng)絡最大區(qū)別就是，NFV增加了一個管理編排域，簡稱MANO，MANO負責對整個NFVI資源的管理和編排，負責業(yè)務網(wǎng)絡和NFVI資源的映射和關(guān)聯(lián)，負責OSS業(yè)務資源流程的實施等，MANO內(nèi)部包括VIM、VNFM和Orchestrator3個實體，分別完成對NFVI、VNF和NS（Network Service：即業(yè)務網(wǎng)絡提供的網(wǎng)絡服務）3個層次的管理。

圖 網(wǎng)絡功能虛擬化演進思路

NFV技術(shù)已邁開商用步伐

就NFV技術(shù)在城域網(wǎng)建設(shè)方面的應用來看，國內(nèi)運營商已經(jīng)邁出了數(shù)據(jù)中心NFV化的第一步。2015年，各運營商都在以實驗室測試和現(xiàn)網(wǎng)試點相結(jié)合的方式逐漸推進NFV的運營商網(wǎng)絡商用。在私有云和政企云方面，已經(jīng)將最新的NFV技術(shù)引入了商用。最典型的是公有云VPC業(yè)務，通過在x86架構(gòu)的虛擬機上部署防火墻、VPN網(wǎng)關(guān)等，將企業(yè)網(wǎng)絡擴展到公有云中，為企業(yè)進行統(tǒng)一的網(wǎng)絡管理，包括：網(wǎng)絡配置、安全策略、管理策略等。通過部署QoS、WAN優(yōu)化等，提供一致的業(yè)務體驗。不僅讓企業(yè)員工通過VPN安全、快捷地訪問公有云，而且企業(yè)公有云和私有云二層安全互聯(lián)，實現(xiàn)資源統(tǒng)一管理、動態(tài)調(diào)配、應用靈活部署和自由遷移。

在以帶寬運營為主要運營模式的傳統(tǒng)運營網(wǎng)中，業(yè)務邊緣節(jié)點設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了計算能力和轉(zhuǎn)發(fā)能力的不匹配。隨著增值業(yè)務的部署，傳統(tǒng)的城域網(wǎng)邊緣路由器越來越凸顯出其業(yè)務特性開發(fā)響應周期長、L4-L7業(yè)務能力偏弱的問題。通過利用NFV技術(shù)，全球運營商開始探索部署x86架構(gòu)下的虛擬CPE（vCPE）、虛擬BRAS（vBRAS）和虛擬NAT（vCGN）等資源池，使得業(yè)務邊緣的用戶接入控制能力得以靈活擴展。

NFV可應用場景不斷拓展

運營商首先在vCPE方向上進行實踐，將原來散落在用戶家庭接入網(wǎng)關(guān)的高級功能上收到匯聚節(jié)點，在家庭側(cè)只需要部署最簡單的二層接入設(shè)備，大大降低客戶端的投資和維護成本。這種部署模式絕不僅在于替代現(xiàn)有的家庭網(wǎng)關(guān)，而在于盯準智能家庭路由器市場，建立城市千萬家庭的網(wǎng)絡業(yè)務門戶。很多國際運營商已經(jīng)在vCPE上開展智能家居業(yè)務、視頻云、存儲云等業(yè)務，與家居解決方案商、內(nèi)容提供商、虛擬運營商以及品牌小區(qū)實現(xiàn)合作運營，實現(xiàn)前后向業(yè)務增值。

B R A S和C G N也嘗試向NFV方向發(fā)展。在國內(nèi)運營商城域網(wǎng)中，BRAS是最為關(guān)鍵的網(wǎng)絡設(shè)備和角色類型。以BRAS及其以下的接入網(wǎng)為模塊，不斷復制模塊擴容的方式建設(shè)城域網(wǎng)是最為典型模式。這種模式網(wǎng)絡配置相對固定，可以很好地實現(xiàn)簡單業(yè)務的網(wǎng)絡擴容，但是也存在非常明顯的問題：城域網(wǎng)內(nèi)各個BRAS之間各自為政，無法實現(xiàn)資源共享。這使得用戶多的地方只能多部署幾臺BRAS，多從接入網(wǎng)拉連一些光纖鏈路到BRAS機房，BRAS和鏈路的利用率都不高。

在x86的架構(gòu)下，BRAS和CGN作為VNF部署在標準服務器上，標準服務器可以通過平滑擴展的方式增強計算和轉(zhuǎn)發(fā)能力，并且能夠更好地適應L4-L7業(yè)務能力。在城域網(wǎng)業(yè)務邊緣層形成一個新的vPOP，將各種VNF相對集中部署形成資源池，資源池內(nèi)可以面向用戶、面向業(yè)務靈活調(diào)整資源，從而提升全網(wǎng)使用效率。同時在城域網(wǎng)范圍內(nèi)集中部署vPOP的Controller，實現(xiàn)資源狀態(tài)的查看、配置、維護、調(diào)整等功能。

對于移動核心網(wǎng)來說，演進的分組核心EPC和IP多媒體IMS系統(tǒng)的網(wǎng)絡文件系統(tǒng)NFS，可以利用NFV整合在相同的硬件資源池中；基站的功能，例如鏈路層、物理層以及相關(guān)協(xié)議處理不同的無線標準，如3G/4G及未來的5G等，也可以利用NFV，在一個集中、共享的硬件資源池中實現(xiàn)動態(tài)資源分配。

另外，NFV在內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡CDN也得到廣泛的應用。目前，CDN提供商、運營商利用高速緩存技術(shù)，使用專用的硬件為用戶提供這種服務。由于硬件資源的設(shè)計為高峰時滿負荷，這些緩存資源在生命周期內(nèi)大多數(shù)時間未能得到充分利用。而利用和部署NFV實現(xiàn)虛擬化緩存，底層硬件資源可以被合并，并在多個供應商的CDN緩存和其他的VNFs中實現(xiàn)動態(tài)共享，從而可以有效提高緩存資源使用率。

網(wǎng)絡演進需同時兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡部署及未來新業(yè)務需求。以上幾個場景從業(yè)務需求推動和可行性方面都更為適合率先NFV化。隨著SDN/NFV等新技術(shù)的發(fā)展，城域網(wǎng)將逐步實現(xiàn)網(wǎng)絡綜合化、簡單化、扁平化和靈活開放。

編輯｜刁興玲 diaoxingling@bixintong.com.cn