NFV與VNF架構(gòu)演進(jìn)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)未來

于向萍

摘要：電信行業(yè)的發(fā)展一直與互聯(lián)網(wǎng)緊密相關(guān)，隨著互聯(lián)網(wǎng)的不斷革新，電信行業(yè)也從語音轉(zhuǎn)型到以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主。電信行業(yè)只有借助于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化才能跟上時(shí)代的步伐，實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。本文主要從網(wǎng)絡(luò)虛擬化的產(chǎn)業(yè)背景、發(fā)展?fàn)顩r，探討網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的整體架構(gòu)演進(jìn)及在演進(jìn)中的應(yīng)對(duì)措施，對(duì)虛擬的網(wǎng)絡(luò)功能對(duì)未來的架構(gòu)做出展望。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化；虛擬的網(wǎng)絡(luò)功能；架構(gòu)演進(jìn)

引言：

電信行業(yè)為了降低成本、實(shí)現(xiàn)技術(shù)革新、改造運(yùn)營商的基礎(chǔ)設(shè)施和運(yùn)營系統(tǒng)，而采用了互聯(lián)網(wǎng)先進(jìn)技術(shù)NFV，即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，這一措施推動(dòng)電信行業(yè)轉(zhuǎn)型到虛擬化和云化。

一、NFV服務(wù)的產(chǎn)業(yè)

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化主要針對(duì)三類網(wǎng)絡(luò)設(shè)備：①在用戶的會(huì)話中執(zhí)行分析、轉(zhuǎn)發(fā)、計(jì)費(fèi)等問題的包處理類設(shè)備；②控制類設(shè)備，只要功能是運(yùn)行和控制網(wǎng)絡(luò)，并且接入用戶；③現(xiàn)在還沒有實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化，但是已經(jīng)在逐步實(shí)現(xiàn)中的一些設(shè)備，比如基站、路由器等。

各種設(shè)備的軟硬件解耦，各種網(wǎng)元作為虛擬網(wǎng)絡(luò)功能，即網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化運(yùn)行在虛擬化、平臺(tái)上能夠?yàn)檫\(yùn)行商帶來巨大的利益，因此，運(yùn)營商積極促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)虛擬化。網(wǎng)絡(luò)虛擬化所帶的利益有：①采購成本大幅度降低，硬件的采購規(guī)模在硬件的通用化后擴(kuò)大，并且由于和IT產(chǎn)業(yè)形成更大的硬件采購環(huán)境規(guī)模，使硬件部位的價(jià)格降低；②運(yùn)維效率提升，基礎(chǔ)設(shè)施維護(hù)方式的統(tǒng)一避免對(duì)不同設(shè)備進(jìn)行不同的維護(hù)方式，從而使原先復(fù)雜效率低的工作變得簡(jiǎn)便。網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)整的運(yùn)維效率也能夠在虛擬化的自動(dòng)化管理下得到提升；③共同的基礎(chǔ)設(shè)施資源能使不同的網(wǎng)絡(luò)功能共享，從而使資源的使用效率得到提升；④新產(chǎn)品的上市速度在云化管理和生命周期管理系統(tǒng)下也大幅度提升，不用針對(duì)每一個(gè)新產(chǎn)品進(jìn)行硬件平臺(tái)的認(rèn)證和使用培訓(xùn)；⑤資源的共享性使業(yè)務(wù)創(chuàng)新的成本和流程方便快捷，大大激發(fā)了創(chuàng)新行為[1]。

二、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的發(fā)展

互聯(lián)網(wǎng)從云計(jì)算上獲得的靈活性、高速度、高效率及高彈性使其得到蓬勃發(fā)展，從而促進(jìn)了產(chǎn)業(yè)在資源、服務(wù)、應(yīng)用等方面的聚合。整個(gè)IT行業(yè)以基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）、平臺(tái)即服務(wù)（PaaS）、軟件即服務(wù)（SaaS）的垂直分層架構(gòu)被重構(gòu)：①對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的虛擬化術(shù)稱為基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)，通過管理程序屏蔽服務(wù)器硬件差異，使整個(gè)系統(tǒng)虛擬化資源能夠統(tǒng)一管理，最終實(shí)現(xiàn)資源的最高共享化和高效實(shí)用性；②以分布式并行計(jì)算和大數(shù)據(jù)平臺(tái)為基礎(chǔ)的平臺(tái)層，稱為平臺(tái)即服務(wù)，在IaaS的資源共享基礎(chǔ)上，為應(yīng)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的快速變化和擴(kuò)展要求而提供海量的處理能力，提高互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)行效率；③云平臺(tái)為基礎(chǔ)的大規(guī)模軟件服務(wù)和應(yīng)用聚合，稱為軟件即服務(wù)。它是為了軟件的大規(guī)模開發(fā)及靈活組合而應(yīng)用的技術(shù)，在構(gòu)建軟件服務(wù)層中面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）成為其關(guān)鍵，能夠促進(jìn)軟件的服務(wù)能力充分共享及快速創(chuàng)新出新的應(yīng)用。

三、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化整體架構(gòu)演進(jìn)及應(yīng)對(duì)

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化必須構(gòu)建一個(gè)分層架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)軟硬件的解耦和基礎(chǔ)設(shè)施資源的共享，而網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的分層架構(gòu)是一個(gè)獨(dú)立的基礎(chǔ)設(shè)施層。這個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施層包括了以下部分：①網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的基礎(chǔ)設(shè)施層NFVI是由COTS服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備及交換機(jī)構(gòu)成的硬件資源和由虛擬化軟件層構(gòu)成的虛擬資源層組成，其中調(diào)度虛擬資層虛擬機(jī)的引擎為管理程序，通過開源的KVM、XEN和閉源的EXSi、Hyper-V等來實(shí)現(xiàn)，并使用虛擬網(wǎng)絡(luò)部件vSwitch支持VM機(jī)間以及和外部網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)互通能力[2]；②銜接NFVI和虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的核心環(huán)節(jié)是NFV管理和編排系統(tǒng)，負(fù)責(zé)管理一個(gè)數(shù)據(jù)中心的所有虛擬資源的是VIM，負(fù)責(zé)虛擬網(wǎng)絡(luò)功能生命周期管理的是VNF manager，完成多個(gè)VNF組合的NS生命周期管理和對(duì)VIM提供的資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度的是Orchestrator；③虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能稱為VNF，網(wǎng)絡(luò)功能不再運(yùn)行在物理硬件上，而是通過虛擬化運(yùn)行在虛擬機(jī)上。運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵組成部分就是虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能，在保留電信級(jí)能力和網(wǎng)絡(luò)功能特性的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化；④在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的過程中，將OSS進(jìn)行改造并和MANO對(duì)接，通過驅(qū)動(dòng)MANO系統(tǒng)來運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)的E2E。

在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的演進(jìn)中如何保持虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能的電信級(jí)能力，完成云化能力的創(chuàng)新是網(wǎng)絡(luò)虛擬化達(dá)到預(yù)期目標(biāo)的關(guān)鍵。通過以下一些技術(shù)的實(shí)施來保證演進(jìn)的順利進(jìn)行：①數(shù)據(jù)和處理分離架構(gòu)。在設(shè)計(jì)方式上要改變傳統(tǒng)電信嵌入式系統(tǒng)以過程為中心的設(shè)計(jì)，在互聯(lián)網(wǎng)軟件中使用數(shù)據(jù)為中心的設(shè)計(jì)。由于嵌入式架構(gòu)的直接遷移會(huì)導(dǎo)致云化系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)擴(kuò)縮容能力無法實(shí)現(xiàn)，并且共享資源也得不到有效利用，因此需要進(jìn)行數(shù)據(jù)和處理分離的架構(gòu)；②E2E高速軟轉(zhuǎn)發(fā)能力的構(gòu)建是為了使包處理設(shè)備虛擬化后的性能更高、實(shí)時(shí)性更強(qiáng)。如今虛擬化工程技術(shù)的一個(gè)關(guān)鍵是如何協(xié)調(diào)不同技術(shù)組合轉(zhuǎn)發(fā)性能相差百倍之距的問題，這涉及到軟硬件多個(gè)層次的配置合理性。

③在網(wǎng)絡(luò)虛擬化的軟硬件解耦中會(huì)使分層系統(tǒng)間的協(xié)作能力變?nèi)?，為了避免發(fā)生大數(shù)據(jù)故障，必須升級(jí)虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能的故障管理系統(tǒng)。為了實(shí)施故障的界定和恢復(fù)，系統(tǒng)需要在不感知基礎(chǔ)設(shè)施層下檢測(cè)，為此需要將基礎(chǔ)處理升級(jí)為模式分析；④利用云化加速技術(shù)，使加速資源能夠分布式遠(yuǎn)程訪問，從而大幅度提高系統(tǒng)的處理和運(yùn)行能力，這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在還在探索中；⑤在軟件領(lǐng)域要能夠做到功能的靈活擴(kuò)展、業(yè)務(wù)革新及開發(fā)優(yōu)化的基礎(chǔ)就是服務(wù)化，所以為了實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化環(huán)境下的革新和加快業(yè)務(wù)的上線速度必須引入服務(wù)化的架構(gòu)。

五、在網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)上的未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化架構(gòu)的發(fā)展以及技術(shù)人員的實(shí)踐深化，為未來網(wǎng)絡(luò)的變通、創(chuàng)新及高速打下基礎(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的優(yōu)勢(shì)全面發(fā)揮還需要一段路要走，同時(shí)也受到網(wǎng)絡(luò)的現(xiàn)有架構(gòu)和各種協(xié)議的制約。在電信行業(yè)認(rèn)識(shí)到網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化會(huì)帶來的巨大利益后，電信網(wǎng)絡(luò)也開始發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的優(yōu)勢(shì)，創(chuàng)新自身的互聯(lián)網(wǎng)能力和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。在4G網(wǎng)絡(luò)得到普及之后，5G網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代也開始萌發(fā)，在5G網(wǎng)絡(luò)得到普及之后電信行業(yè)將會(huì)走進(jìn)一個(gè)新的時(shí)代。

六、結(jié)語

網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化及云計(jì)算使互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)得到革新，從而提高了互聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)營效率及開發(fā)協(xié)作能力。與此同時(shí)，NFV也降低了互聯(lián)網(wǎng)的機(jī)會(huì)成本與邊際成本，大大提高了生產(chǎn)力。

參考文獻(xiàn)：

[1]蔣銘， 于益俊. NFV與VNF架構(gòu)演進(jìn)與網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)未來[J]. 信息通信技術(shù)， 2016（1）：45-51.

[2]王計(jì)艷， 李赟， 董勛，等. 核心網(wǎng)未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)[J]. 電信科學(xué)， 2015（S1）：140-147.