SDN+NFV環(huán)境下運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)變革與業(yè)務(wù)創(chuàng)新

黃倚霄

摘要：軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）是當(dāng)前新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)，對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生了巨大的影響，加強(qiáng)對SDN+NFV環(huán)境下運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)變革與業(yè)務(wù)創(chuàng)新的研究顯得十分迫切。文章分析了在SDN+NFV環(huán)境下運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)發(fā)生的變革與由此帶來的業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

關(guān)鍵詞：運(yùn)營商；網(wǎng)絡(luò)變革；SDN+NFV；業(yè)務(wù)創(chuàng)新；新型網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：F626 文章編號：1009-2374（2017）03-0030-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.03.013

當(dāng)前SDN+NFV技術(shù)的應(yīng)用越來越廣泛，在這一環(huán)境下，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)將面臨著怎樣使其與當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效融合等問題，而且原有的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了根本性變化，并對網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型、業(yè)務(wù)量、業(yè)務(wù)深度都有了新的要求，因此加強(qiáng)對SDN+NFV環(huán)境下運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)變革與業(yè)務(wù)創(chuàng)新的研究顯得十分迫切。

1 當(dāng)前的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架與業(yè)務(wù)模式

當(dāng)前的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)有著自己的特點(diǎn)，用戶接入層的用戶終端設(shè)備CPE被各類用戶接入的第一跳設(shè)備，它的控制權(quán)掌握在用戶手中，而且可以說它是流量的第一入口，但是它的弊端在于功能較少，對其進(jìn)行升級維護(hù)時程序繁雜，需要時間較長，而且無法與用戶的不同需求相適應(yīng)。對于業(yè)務(wù)接入層來說，它有專門的業(yè)務(wù)接入設(shè)備，例如寬帶用戶業(yè)務(wù)BAS、專線業(yè)務(wù)SR，這些設(shè)備是不同廠家生產(chǎn)的，這方面的設(shè)備專業(yè)性強(qiáng)，而且生產(chǎn)廠家很多。網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架具有層次性，互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)中心增量流量繞行，此外設(shè)備冗余備份而且缺乏靈活性。

當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架以及設(shè)備形態(tài)都在一定程度上導(dǎo)致了其業(yè)務(wù)上的一些特點(diǎn)，大多都在帶寬線路的提供上，在進(jìn)行業(yè)務(wù)創(chuàng)新時，沒有辦法像互聯(lián)網(wǎng)公司一樣進(jìn)行快速部署。究其原因，首先，用戶接入和業(yè)務(wù)接入設(shè)備都是專門的，而且生產(chǎn)廠家很多，如果部署新業(yè)務(wù)，所有生產(chǎn)廠家都需要在舊有軟件的基礎(chǔ)上，研發(fā)新的版本，加之互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)發(fā)展迅速、業(yè)務(wù)更新快，舊有的業(yè)務(wù)開發(fā)模式已經(jīng)不能適應(yīng)當(dāng)前的需要；其次，用戶接入入口CPE，已經(jīng)不能只滿足用戶接入就行，而且要滿足各類用戶安全保護(hù)、流量控制的需要，舊有的CPE是不能做到的；最后，如果當(dāng)前所使用的設(shè)備發(fā)生故障，很可能會因為其整體調(diào)度能力較弱以及紛繁復(fù)雜的升級維護(hù)程序、沒有先進(jìn)的自動化手段以及基礎(chǔ)等問題而無法解決。除此之外，當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)速度依然提高，流量費(fèi)用也相對較高，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的虛擬化能力缺失，網(wǎng)絡(luò)利用率和服務(wù)質(zhì)量之間的矛盾以及新技術(shù)引入的周期比較長都是所面臨的實際問題。

總之，當(dāng)前運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)架缺乏一定的穩(wěn)定性，進(jìn)行業(yè)務(wù)創(chuàng)新以及網(wǎng)絡(luò)維護(hù)時缺乏一定的靈活性，而在當(dāng)前SDN+NFV環(huán)境下，這些問題的解決有了一定的依托。

2 SDN+NFV的特點(diǎn)及其影響

SDN+NFV的特點(diǎn)主要如下：一是，設(shè)備更加符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，軟件由功能的單一性變得更加靈活；二是，SDN+NFV的控制與轉(zhuǎn)發(fā)相分離，流量也可以根據(jù)需要有針對性地進(jìn)行調(diào)度。對于SDN以及NFV來說，兩者既存在聯(lián)系，也存在差別，其中NFV技術(shù)的特點(diǎn)體現(xiàn)為在運(yùn)營商城域網(wǎng)的依托已經(jīng)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)化的設(shè)備和軟件，而自定義用戶流量轉(zhuǎn)發(fā)等方面則把SDN技術(shù)的特點(diǎn)深切體現(xiàn)

出來。

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)類型以及業(yè)務(wù)量發(fā)生了重要變革，在SDN+NFV技術(shù)可以有效滿足這一變化發(fā)展的需要。舊有的話音業(yè)務(wù)流量波動性小，且具有一定的穩(wěn)定性，在當(dāng)前新的業(yè)務(wù)形態(tài)下，數(shù)據(jù)流量增長迅速，網(wǎng)絡(luò)局部負(fù)荷重，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無法承受這樣的重負(fù)，服務(wù)器、路由器等虛擬化面臨著新的挑戰(zhàn)。而虛擬化的SDN+NFV可以使新的大中型數(shù)據(jù)中心全局視圖集中控制算法得以確立，對于突發(fā)流量時網(wǎng)絡(luò)資源的數(shù)量等問題都將得到有效解決。SDN+NFV還促進(jìn)了網(wǎng)絡(luò)的新的特征的形成。例如業(yè)務(wù)的深度開放性，軟件集成和模塊化的可選插件，可以對很多臺設(shè)備同時進(jìn)行優(yōu)化管控等。

SDN+NFV的影響首先體現(xiàn)在運(yùn)營上網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架與維護(hù)上。在SDN+NFV環(huán)境下，可以通過標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備，例如x86，同時與軟件相結(jié)合用以替換舊有的專業(yè)設(shè)備，對于CPE、BRAS以及SR設(shè)備來說都可以通過這種方式進(jìn)行替換，這使硬軟件相剝離，那些標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備，運(yùn)營商應(yīng)該按照相關(guān)的要求，在相同的硬件上運(yùn)用各種軟件，這樣硬件投資的復(fù)用度也得到很大增強(qiáng)。從圖1我們可以看出，因為標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備和軟件的融合，在一定程度上使得相關(guān)設(shè)備云化擁有了良好的條件，而控制、轉(zhuǎn)發(fā)兩者的分離，也促進(jìn)了過去單一的用戶流量轉(zhuǎn)發(fā)向靈活性轉(zhuǎn)變，傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架也受到挑戰(zhàn)，發(fā)生了一定變化，統(tǒng)一云資源池的創(chuàng)建，改變了單一的用戶流量接入和業(yè)務(wù)托送，還增強(qiáng)了冗余性、靈活性，對于網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架來說，由樹狀轉(zhuǎn)變成形狀。利用VXLAN技術(shù)，可以辨別出各個業(yè)務(wù)的具體流量，從而實現(xiàn)了各個流量傳輸?shù)较鄳?yīng)的云資源池內(nèi)。SDN+NFV環(huán)境下，標(biāo)準(zhǔn)化的硬件也促進(jìn)了維護(hù)升級程序的復(fù)雜性以及所需成本的下降。

已有的網(wǎng)絡(luò)通常是層次化枝狀架構(gòu)，通過接入層對所有業(yè)務(wù)類型流量處理，SDN+NFV環(huán)境下的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架呈現(xiàn)為星形構(gòu)架，例如在進(jìn)行流量轉(zhuǎn)發(fā)時，用戶首先接入設(shè)備創(chuàng)建VXLAN，然后通過POP匯聚點(diǎn)，按照業(yè)務(wù)類型，把適量的流量傳輸?shù)脚c之相符合vCPE資源池內(nèi)，以此把有針對性的服務(wù)提供給用戶。以用戶的業(yè)務(wù)需求為依據(jù)進(jìn)行業(yè)務(wù)編排，把相對應(yīng)的策略提供給控制層，進(jìn)而其再選擇相適應(yīng)的方式對流量進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。在各個虛擬化設(shè)備的作用下，相應(yīng)的業(yè)務(wù)會再次回歸到POP匯聚節(jié)點(diǎn)。對于CDN、IDC這兩個節(jié)點(diǎn)來說，它們所提供內(nèi)容是通過與POP匯聚節(jié)點(diǎn)的結(jié)合進(jìn)行的。其中業(yè)務(wù)編排層把API供給第三方開發(fā)商，而大多業(yè)務(wù)匯聚POP則是這個網(wǎng)絡(luò)的最重要的依據(jù)；其次，SDN+NFV背景下，新業(yè)務(wù)推廣也受到重要影響。在這一背景下，硬軟件的硬耦合替換了松耦合，在進(jìn)行新業(yè)務(wù)推廣時，已經(jīng)沒必要全網(wǎng)升級當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備，而且使新業(yè)務(wù)的部署得到很大增強(qiáng)。對于用戶接入設(shè)備CPE來說，其被虛擬化，在NFV技術(shù)下，vCPE被集中部署起來，利用SDN技術(shù)，使得根據(jù)業(yè)務(wù)流量決定業(yè)務(wù)服務(wù)鏈以及用戶流量分業(yè)務(wù)的靈活調(diào)度都得以進(jìn)行。這一背景還促進(jìn)了向第三方提供的接口更具靈活性，面對有不同需求的用戶，會尋找有力的合作者一起進(jìn)行軟件的開發(fā)，而不是像過去那樣只靠運(yùn)營商和設(shè)備廠家來進(jìn)行開發(fā)，這樣一來就會有越來越多的開發(fā)廠商投入到軟件的開發(fā)中去，也更易于獲得客戶的認(rèn)可。

總之，SDN+NFV背景下，運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)及其網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營模式都會發(fā)生根本性變化。

3 SDN+NFV設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備

當(dāng)前，雖然vCPE/vBAS設(shè)備在一定程度上適應(yīng)傳統(tǒng)設(shè)備的功能，但是在支持個別特色業(yè)務(wù)上，還需要一定的提高。當(dāng)前的vCPE/vBAS設(shè)備依然不能與專用路由器相比，究其原因，專用路由器功能的發(fā)揮是依靠與之相應(yīng)的硬件芯片來進(jìn)行的，然而標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)其與軟件相結(jié)合是通用性設(shè)備，目前在容量方面，還不符合專用設(shè)備的性能指標(biāo)。當(dāng)前的設(shè)備還沒有達(dá)到大規(guī)模用戶的相關(guān)性能指標(biāo)。在SDN+NFV背景下，其相關(guān)的設(shè)備是已有傳統(tǒng)路由器的重要補(bǔ)充，它們發(fā)揮著各自的優(yōu)勢，長期并存會是一個必然的趨勢。

4 運(yùn)營商SDN+NFV前景展望

未來通信4.0是以NFV/SDN為基礎(chǔ)構(gòu)建的新型通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其核心特征體現(xiàn)在敏捷化、開放化和軟件化（虛擬化）。所謂敏捷化是其內(nèi)在特征，可以實現(xiàn)快速的網(wǎng)絡(luò)升級部署，提升市場響應(yīng)速度。其外在表現(xiàn)為開放性，為運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)能力開放提供便利性，豐富了通信產(chǎn)業(yè)鏈。最核心的特征為軟件化，使得電信業(yè)務(wù)由復(fù)雜的軟硬一體化設(shè)備變?yōu)橥ㄓ糜布系能浖δ?，開發(fā)門檻大幅降低，開發(fā)集成與部署的速度明顯加快。

NFV的未來規(guī)劃方面，網(wǎng)絡(luò)功能全部虛擬化，由NFV編排平臺編排的長期演進(jìn)方案。VNF完全由VNFM管理，在過渡階段，仍然需要EMS連接到每個VNF來協(xié)助VNFM管理VNF。而OSS和BSS仍然會維持其全局管控的角色，總體如圖2所示：

SDN在網(wǎng)管規(guī)劃方面的定位，以IP流量調(diào)度網(wǎng)管規(guī)劃為例，與傳統(tǒng)架構(gòu)相比較將發(fā)生變化。在SDN架構(gòu)下，將由統(tǒng)一編排協(xié)同器協(xié)同多域間的服務(wù)請求，實現(xiàn)端到端業(yè)務(wù)路徑的全局自動化計算和管理。在混合型網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，編排器可能面臨跨廠家、跨行政地理、跨網(wǎng)絡(luò)層次等多域資源的調(diào)度和編排；在純SDN網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，設(shè)備及控制器的廠家信息會弱化，相對更多是面臨跨行政地理、跨網(wǎng)絡(luò)層次等多域資源的調(diào)度和編排。控制器通過下發(fā)流表項、路由表項、ACL等方式控制域內(nèi)的資源，并對應(yīng)用及編排層開放資源的路由等功能。

5 推進(jìn)SDN+NFV發(fā)展的有效建議

首先，對SDN+NFV的切入點(diǎn)進(jìn)行有效發(fā)展，從需求緊迫以及容易演進(jìn)來著手。SDN可以通過數(shù)據(jù)中心、云計算與網(wǎng)絡(luò)路由控制相融合的方式變?yōu)橄绕诜较颍谐晒?，可以向家庭網(wǎng)絡(luò)、移動網(wǎng)絡(luò)等拓展。NFV可以在網(wǎng)元級、網(wǎng)絡(luò)垂直級等環(huán)境中先行發(fā)展，之后再向?qū)＞W(wǎng)、移動回傳網(wǎng)等拓展。利用OpenStack的電信運(yùn)營商可以把一些用戶當(dāng)前熱切需求的增值業(yè)務(wù)提供出來，例如虛擬網(wǎng)絡(luò)等，從而解除運(yùn)營商長期處于智能管道位置的現(xiàn)象。整個過程中，尤其要注重相關(guān)協(xié)議及標(biāo)準(zhǔn)與芯片制造之間的關(guān)系；其次，“SDN+NFV+OpenFlow+OpenStack”是當(dāng)前促進(jìn)SDN+NFV技術(shù)發(fā)展的最有效措施。具體來說，要以運(yùn)營商的需求為依據(jù)，利用SDN+NFV的綜合互補(bǔ)措施，OpenFlow協(xié)議以及OpenStack云平臺等，組成網(wǎng)絡(luò)全方位、智能化的新型網(wǎng)絡(luò)。SDN技術(shù)發(fā)展過程中，轉(zhuǎn)發(fā)控制分離依次進(jìn)行有效開發(fā)的接口分別是南向、北向、東西向，具體進(jìn)行分布實施還是同步實施要根據(jù)實際情況來確定；再次，采取堅持開放策略，避免市場壟斷性技術(shù)鎖定，從而創(chuàng)造有利的市場條件，使越來越多的廠家進(jìn)駐到SDN+NFV領(lǐng)域，尤其是一些軟件企業(yè)，對于一些主流技術(shù)，促進(jìn)整個產(chǎn)業(yè)鏈每個環(huán)節(jié)的發(fā)展；最后，對于當(dāng)前技術(shù)上以及市場環(huán)境所面臨的問題要給予認(rèn)真研究。例如電信運(yùn)營商在SDN+NFV環(huán)境下，通過疊加還是全新創(chuàng)建的方式來進(jìn)行，對于跨運(yùn)營商數(shù)據(jù)中心全景視圖以及管控轉(zhuǎn)發(fā)的主體是誰，對于SDN來說，怎樣有效解決安全上的作弊問題，在當(dāng)前主流技術(shù)形成過程中，怎樣避免廠家鎖定等。

雖然當(dāng)前的SDN+NFV技術(shù)發(fā)展迅猛，但對其認(rèn)知還存在一定偏差，為此我們需要加強(qiáng)對其研究和認(rèn)識，使在這一新的環(huán)境下，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)發(fā)生有效變革，業(yè)務(wù)獲得一定創(chuàng)新，從而促進(jìn)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。

6 結(jié)語

隨著SDN+NFV技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)必將發(fā)生重大變革，而且會使其業(yè)務(wù)創(chuàng)新?lián)碛懈嗟臋C(jī)會。SDN+NFV設(shè)備與傳統(tǒng)設(shè)備都有著各自的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，因此它們將在很長一段時間內(nèi)共存，在標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)備能力不斷增強(qiáng)，成本逐漸降低的新形勢下，SDN+NFV設(shè)備的靈活性將日益凸顯，它在網(wǎng)絡(luò)中所占的比重也會相應(yīng)增加。其中靈活的業(yè)務(wù)編排系統(tǒng)等會把越來越多個性化功能提供給用戶，盡管SDN+NFV設(shè)備的功能還有待完善，但依然無法否定其廣闊的前景和未來。

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（責(zé)任編輯：蔣建華）