核心網(wǎng)NFV云化試點方案研究

李立奇，葉衛(wèi)明，章淑敏（中國移動通信集團浙江有限公司，杭州 30000；中國移動通信集團設(shè)計院有限公司浙江分公司，杭州 3000）

LI li-qi1， YE Wei-ming2， ZHANG Shu-min1（1 China Mobile Group Zhejiang Co.， Ltd.， Hangzhou 310000， China； 2 China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd. Zhejiang Branch， Hangzhou 310020， China）

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核心網(wǎng)NFV云化試點方案研究

李立奇1，葉衛(wèi)明2，章淑敏1
（1中國移動通信集團浙江有限公司，杭州 310000；2中國移動通信集團設(shè)計院有限公司浙江分公司，杭州 310020）

摘 要本文先簡要闡述了NFV的基本原理，研究了NFV核心網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)特點和集成策略。分析了某通信運營商的分階段試點部署方案，以期為實現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)元的NFV功能驗證、探索適合NFV架構(gòu)的運維服務(wù)體系，為建設(shè)電信云積累經(jīng)驗，為將來NFV的規(guī)模商用部署提供積極的決策參考。

關(guān)鍵詞NFV；網(wǎng)絡(luò)云化；核心網(wǎng)虛擬化

1　NFV概述

NFV（Network FunctionVirtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化），2013年由ETSI推動13家通信運營商發(fā)起研究，是采用虛擬化技術(shù)、基于通用硬件實現(xiàn)電信功能節(jié)點的軟件化，專注于快速部署、應(yīng)用規(guī)模擴展和升級，是未來通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù)。

傳統(tǒng)電信運營商正在向IT轉(zhuǎn)型，NFV將實現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點的軟件硬件解耦，是電信級業(yè)務(wù)云化的核心技術(shù)和架構(gòu)。NFV能夠提升網(wǎng)絡(luò)彈性，縮短業(yè)務(wù)部署時間，促進網(wǎng)絡(luò)高效低成本運營。

為了加快核心網(wǎng)云化實踐驗證，確定核心網(wǎng)云化對硬件的關(guān)鍵指標要求，并加強對私有云規(guī)劃建設(shè)的指導(dǎo)。面向目標架構(gòu)，構(gòu)建試驗環(huán)境，不斷迭代驗證方案和產(chǎn)品原型，推動新技術(shù)成熟。通信運營商很有必要進行NFV的相關(guān)試點建設(shè)工作。

為研究傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)云化（NFV）的演進可行性和策略，某通信運營商2016年啟動電信網(wǎng)絡(luò)的NFV試點，主要針對IMS、EPC、短信等現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元上進行NFV改造和試驗環(huán)境搭建，實現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)元的NFV功能驗證、探索適合NFV架構(gòu)的運維服務(wù)體系，為今后規(guī)模部署NFV、建設(shè)電信云積累經(jīng)驗，做好技術(shù)和人員儲備。

2　NFV系統(tǒng)架構(gòu)

2.1NFV是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向

NFV采用虛擬化技術(shù)、基于通用硬件實現(xiàn)電信功能節(jié)點的軟件化。NFV實現(xiàn)了電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點的軟件硬件解耦，是電信級業(yè)務(wù)云化的核心技術(shù)和架構(gòu)。NFV能夠提升網(wǎng)絡(luò)彈性，縮短業(yè)務(wù)部署時間，促進網(wǎng)絡(luò)高效低成本運營。

圖1　電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點發(fā)展演進

通過軟硬件解耦，使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開放化，軟硬件可以獨立演進，參與的廠家數(shù)量大幅增加，整個電信設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈變得更大。硬件基于IT產(chǎn)業(yè)的通用COTS設(shè)備來部署，借助于IT產(chǎn)業(yè)的巨大規(guī)模能夠降低采購成本，同時硬件設(shè)備的更新速度也大幅加快。云資源池可以借鑒IT云部署方案，實現(xiàn)資源池共享。解耦后更換軟件廠家硬件可以重用，避免廠家鎖定。圖1為電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點發(fā)展演進。

NFV將網(wǎng)元功能和硬件資源解耦，實現(xiàn)了系統(tǒng)功能軟件化和硬件資源通用化，是電信網(wǎng)深刻革新技術(shù)。具有如下特點：

虛擬化：采用開放和工業(yè)標準的Hypervisor和管理軟件將電信業(yè)務(wù)的軟硬件分離。

通用基礎(chǔ)設(shè)施：標準化計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)。

云化管理：應(yīng)用和業(yè)務(wù)的生命周期管理，虛擬資源配置。

網(wǎng)絡(luò)自動化：可與SDN結(jié)合，使用SDN技術(shù)自動化配置網(wǎng)絡(luò)。

2.2NFV核心網(wǎng)云化系統(tǒng)架構(gòu)

NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)由硬件資源、虛擬資源和虛擬網(wǎng)元功能三層以及一個資源和網(wǎng)元管理調(diào)度域組成。NFV軟硬件解耦后，由傳統(tǒng)的煙囪式封閉網(wǎng)元重構(gòu)為NFVI、VNF、MANO開放網(wǎng)元。圖2為NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)。

NFVI：NFV基礎(chǔ)設(shè)施，包括虛擬機管理軟件和硬件，網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施（NFVI）提供云資源池，是將分離的多個服務(wù)器，交換機，磁陣整合為一個統(tǒng)一的資源池。虛擬化層作為云資源池的中間件，將各種規(guī)格的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲資源整合為統(tǒng)一規(guī)格的虛擬機、虛擬網(wǎng)絡(luò)、虛擬存儲資源，通過虛擬化技術(shù)，可以將資源池的計算/存儲/網(wǎng)絡(luò)資源分解為虛擬機/虛擬網(wǎng)絡(luò)/存儲空間來對外分配；這些虛擬資源可以動態(tài)申請、遷移、調(diào)整、釋放。例如硬件：HP C7000等，軟件Cloud OS： FusionSphere、vmware、TECS等。

VNF：虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能，運行在虛擬化平臺上的網(wǎng)元軟件，VNF軟件需要能夠基于x86通用服務(wù)器來運行，需要去除對專用硬件的依賴以適應(yīng)NFV架構(gòu)。VNF軟件內(nèi)部需要去掉對硬件配置，管理，監(jiān)控部分，需要實現(xiàn)服務(wù)和物理位置無關(guān)。最小部署單元是一個或者多個VM，例如vIMS、vEPC、vSCG等。

MANO=NFVO+VNFM+VIM

NFVO（NFV Orchestration）負責(zé)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的部署，例如VoLTE服務(wù)、RCS服務(wù)等，以及跨廠家、跨數(shù)據(jù)中心的全局資源管理。

圖2　NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)

圖3　NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化解耦集成方案

VNFM（VNF Manager）負責(zé)網(wǎng)元生命周期管理，基本能力包括網(wǎng)元VM的增、刪、查、改。

VIM（Virtual Infrastructure Manager）是云平臺的管理，負責(zé)硬件管理、VM部署、VM協(xié)調(diào)和調(diào)度等，主流系統(tǒng)有OpenStack及其商用版本、vmwareVCloud Direct等。

2.3NFV核心網(wǎng)云化集成策略

根據(jù)軟硬件解耦的開放性不同，可將集成策略分為單廠家、共享資源池、硬件獨立、全解耦等4種方案。

圖3 為NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化解耦集成方案。方案1單廠家方案，主要驗證虛擬化效果，減少互通難度。方案2更傾向IT化思路，選擇最好的硬件平臺和虛擬機產(chǎn)品，要求上層應(yīng)用向底層平臺靠攏。方案3傾向于電信化思路，由電信設(shè)備制造商提供所有軟件，只是適配在IT平臺上。方案4則需要上層應(yīng)用廠家根據(jù)運營商選定的虛擬資源層的廠家、版本，對上層應(yīng)用軟件開發(fā)做相應(yīng)適配，對系統(tǒng)集成能力要求較高。

從滿足需求、降低代價、產(chǎn)業(yè)支持的角度綜合評估，初步建議初期采用方案3硬件獨立方案，或方案2共享資源池的方案。在通信運營商具備更強集成能力后可考慮采用方案4全解耦方式。

NFV網(wǎng)絡(luò)要可交付可運營，集成開發(fā)是最核心的能力，如圖4所示，NFV系統(tǒng)存在由CT 廠商集成、由 IT廠商集成、由運營商或第三方集成的幾種可能。

3　NFV試點建設(shè)方案

3.1NFV試點建設(shè)目標

研究傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)云化的演進可行性和策略，啟動電信網(wǎng)絡(luò)的NFV試點，實現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)元的NFV功能驗證、探索運維服務(wù)體系變化，為今后大規(guī)模部署NFV、建設(shè)電信云積累經(jīng)驗，提供建設(shè)方向指導(dǎo)。

3.1.1NFV試點技術(shù)規(guī)范體系驗證

通過試點部署，驗證包含總體、業(yè)務(wù)、平臺、接口、測試的全系列技術(shù)規(guī)范，促進建立協(xié)同的NFV總體技術(shù)架構(gòu)和演進路線，實現(xiàn)網(wǎng)元的整體協(xié)同演進。

3.1.2NFV試點驗證目標體系

包括NFV整體功能：MANO驗證、CLOUDOS驗證、COTS驗證；網(wǎng)元NFV化驗證：vIMS、vEPC、新消息等；電信云建設(shè)：驗證電信云與IT云差異、掌握現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)。

3.1.3運維服務(wù)體系探索

探索NFV的運維體系，積累NFV運維管理經(jīng)驗，探索NFV對組織架構(gòu)的影響和需求，探索NFV對組織架構(gòu)、運維系統(tǒng)和工具的影響和需求。

圖4　NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化解耦集成方式

圖5　NFV數(shù)據(jù)中心邏輯架構(gòu)

3.1.4示范空間及商用

創(chuàng)建試驗點，通過驗證NFV網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型重點、難點，并推動試點成功，逐步商用。

綜上所述，為了使通信運營商在未來通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中能夠積極主動，NFV試點部署，探索運維服務(wù)體系變化，為今后大規(guī)模部署NFV、建設(shè)電信云積累經(jīng)驗，提供建設(shè)方向指導(dǎo)。

3.2NFV試點總體方案架構(gòu)

本次試點搭建兩個數(shù)據(jù)中心，在兩個數(shù)據(jù)中心分別部署集成方案，再驗證兩個數(shù)據(jù)中心之間的業(yè)務(wù)遷移、動態(tài)資源共享、業(yè)務(wù)調(diào)度等。每個數(shù)據(jù)中心的邏輯架構(gòu)如圖5所示。

NFVI：NFV基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。挑選符合相關(guān)通用規(guī)范和相關(guān)功能要求的刀片、存儲以及組網(wǎng)設(shè)備進行驗證。在異址樞紐樓各部署一個數(shù)據(jù)中心，每個數(shù)據(jù)中心部署分組域用戶、IMS用戶、短信能力、以及存儲等。本次試點部署通用的刀片和存儲。兩個樞紐樓分別由廠家部署Hypervisor虛擬化管理功能。

VNF：虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能建設(shè)。本次試點搭建vIMS（vCSCF、vTAS、MRF）、vEPC、短信中心等功能軟件。

MANO：兩個樞紐樓數(shù)據(jù)中心分別部署建設(shè)一套MANO系統(tǒng)，包括NFVO，VIM等功能。兩個數(shù)據(jù)中心的VNFM功能由各參測VNF廠家SpecialVNFM管理各自網(wǎng)元。

3.3分階段試點方案

該通信運營商NFV測試擬分3個階段完成網(wǎng)元功能驗證、完善運維服務(wù)體系建設(shè)，逐步推進NFV商用進程，如表1所示。

4　總結(jié)

核心網(wǎng)云化、虛擬化是傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)從CT向IT轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路。NFV采用虛擬化技術(shù)、基于通用硬件實現(xiàn)電信功能節(jié)點的軟件化。NFV 實現(xiàn)了電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點的軟件硬件解耦，是電信級業(yè)務(wù)云化的核心技術(shù)和架構(gòu)。

表1　NFV測試3個階段

為了加快核心網(wǎng)云化實踐驗證，確定核心網(wǎng)云化對硬件的關(guān)鍵指標要求，并加強對私有云規(guī)劃建設(shè)的指導(dǎo)。通信運營商采取試點方式，面向目標架構(gòu)，構(gòu)建試驗環(huán)境，不斷迭代驗證方案和產(chǎn)品原型，推動新技術(shù)成熟。探索適合NFV架構(gòu)的運維服務(wù)體系，為今后規(guī)模部署NFV、建設(shè)電信云積累經(jīng)驗。

參考文獻

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LI li-qi1， YE Wei-ming2， ZHANG Shu-min1
（1 China Mobile Group Zhejiang Co.， Ltd.， Hangzhou 310000， China； 2 China Mobile Group Design Institute Co.， Ltd. Zhejiang Branch， Hangzhou 310020， China）

News

Research on core network NFV clouded pilot plan

KeywordsNFV； network clouded； core networkVirtualization

AbstractThis paper briefl y describes the principle of NFV， then studies the system architecture and the integration strategy of NFV core network. Analysis of a communication operator phased pilot deployment， achieve the relevant element of NFV functionalVerification， explore the suitable NFV architecture operation service system. Accumulation experience for the construction of telecom cloud， provide positive decision reference for the future scale commercial deployment of NFV.

中圖分類號TN929.5

文獻標識碼A

文章編號1008-5599（2016）05-0013-05

收稿日期：2016-04-14