網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化應(yīng)用現(xiàn)狀分析

田嵐

摘 要：近年來，新型網(wǎng)絡(luò)在不斷產(chǎn)生，由于面臨眾多新型的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)與極大的流量壓力，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商不得不部署大量昂貴的專用網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以滿足服務(wù)需求。然而，這些網(wǎng)絡(luò)設(shè)備軟硬件一體化，擴(kuò)展性受限，而且現(xiàn)在的通信系統(tǒng)架構(gòu)較為封閉，缺乏對(duì)這些設(shè)備的高效管理。同時(shí)，當(dāng)運(yùn)營商需要提供新增的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)時(shí)，就必須開發(fā)新設(shè)備，專有的硬件設(shè)備存在生命周期限制，需要不斷地經(jīng)歷規(guī)劃一設(shè)計(jì)開發(fā)一整合一部署的過程，而這個(gè)漫長的過程越來越難以為整個(gè)業(yè)務(wù)帶來收益。另外，運(yùn)營商需要給這些新增的設(shè)備提供機(jī)房空間、電力支持以及后期維護(hù)。

由于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)存在封閉、專用、不能靈活調(diào)度、缺乏高效管理、運(yùn)營成本高、利用率低等問題，因此網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行改革，以此獲取一種低成本、高收入的運(yùn)營方式。在這樣的背景下，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商牽頭提出了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（ Network Functions Virtualization， NFV）。

關(guān)鍵詞：網(wǎng)絡(luò)，虛擬化，應(yīng)用

據(jù)思科 Cisco Visual Networking Index（VNI）第10次年度預(yù)測，到2019年，全球年度IP流量將達(dá)到創(chuàng)紀(jì)錄的2ZB，即2019年全球IP流量將達(dá)到每月168EB，相比2014年的每月59.9EB約增加3倍。2019年，全球IP網(wǎng)絡(luò)傳送的流量幾乎與之前所有“互聯(lián)網(wǎng)年”傳送的流量總和（從1984年到2013年年底）一樣多。推動(dòng)流量增長的因素包括全球互聯(lián)網(wǎng)用戶、移動(dòng)智能設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)或者機(jī)器對(duì)機(jī)器（M2M）連接的增加，更快的寬帶接入速度，以及高清視頻服務(wù)的推廣等。這些變化預(yù)計(jì)將創(chuàng)造23%的全球IP流量復(fù)合年增長率（CAGR）。近年來，新型網(wǎng)絡(luò)服務(wù)還在不斷產(chǎn)生，例如虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、智能可穿戴設(shè)備等概念的流行和實(shí)現(xiàn)，將帶來新一輪的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的爆發(fā)式增長。

1、NFV的優(yōu)勢

與運(yùn)營商的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不同，NFV將網(wǎng)絡(luò)功能從硬件中解耦出來，提供靈活的網(wǎng)絡(luò)功能部署以及動(dòng)態(tài)的縮容/擴(kuò)容。NFV基于“工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件及網(wǎng)絡(luò)功能軟件”的實(shí)現(xiàn)方式帶來的好處包括以下幾點(diǎn)。

1、工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)硬件：

（1）這些設(shè)備不需要特殊指定，降低了因?yàn)槎ㄖ朴布斐傻妮^長的設(shè)備更新周期

（2）標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備價(jià)格相對(duì)較低，能夠降低設(shè)備的硬件成本

（3）保證通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)不被泄露。

（4）工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的硬件相對(duì)于專用設(shè)備更易于維護(hù)。

（5）直接降低 OPEX/CAPEX。

2、網(wǎng)絡(luò)功能軟件

（1）開發(fā)一個(gè)新應(yīng)用的周期更短。

（2）試驗(yàn)階段成本較硬件設(shè)置成本價(jià)格會(huì)低廉很多

（3）對(duì)于新業(yè)務(wù)、新應(yīng)用失敗的容忍度比較高，而傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)失敗容忍度為零

（4）虛擬資源代替物理設(shè)備，減少能源、空間等資源消耗。

（5）在傳統(tǒng)網(wǎng)元業(yè)務(wù)生命周期管理模式下，管理操作通常依靠運(yùn)維管理人員手動(dòng)完成，而NFV可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的管理操作，降低了運(yùn)維管理成本和故障導(dǎo)致的開銷。

（6）通信運(yùn)維人員專注于業(yè)務(wù)管理，資源池維護(hù)人員聚焦于通用硬件管理，實(shí)現(xiàn)專業(yè)化運(yùn)維和管理，大幅度提升管理效率。

（7）利用IT虛擬化技術(shù)實(shí)現(xiàn)軟硬件的解耦，虛擬網(wǎng)絡(luò)功能能夠動(dòng)態(tài)、靈活地部署，不受物理網(wǎng)絡(luò)的限制，提升電信網(wǎng)絡(luò)的靈活性的同時(shí)縮短傳統(tǒng)運(yùn)營商的創(chuàng)新周期，加快業(yè)務(wù)推向市場的速度

（8）根據(jù)網(wǎng)絡(luò)流量的增/減，系統(tǒng)能夠自動(dòng)地對(duì)硬件資源、虛擬資源進(jìn)行垂直伸縮水平伸縮，提升資源利用率。

（9）容許不同的應(yīng)用程序、用戶、租戶使用統(tǒng)一平臺(tái)登錄不同版本或不同租戶的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這種能力能夠使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商在不同的服務(wù)和不同的客戶側(cè)共享資源。（10）系統(tǒng)能夠根據(jù)具體需求（基于地理位置或者客戶群的針對(duì)性服務(wù)）來快速地

擴(kuò)展或者降低網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力。

綜合各方面，NFV為運(yùn)營商帶來的直接優(yōu)勢是降低了OPEX和 CAPEX，同時(shí)加速了創(chuàng)新的步伐。NFV提供的這些優(yōu)勢引起了電信行業(yè)、IT行業(yè)以及學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

2、運(yùn)營商業(yè)務(wù)引入NFV問題

如何引入NFV，運(yùn)營商面臨技術(shù)路線、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、業(yè)務(wù)部署、運(yùn)維模式的重大選擇：

（1）NFV增曾加了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營靈活性，降低了網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)門檻，但是顯著增加了網(wǎng)元的集成難度，對(duì)運(yùn)營商的軟件能力提出了極大要求，NFV提供的業(yè)務(wù)快速迭代需求是建立在運(yùn)營商強(qiáng)大的軟件開發(fā)集成能力之上的

（2）NFV實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備及連接控制的軟硬件分離，使得各種資源可集中管理、動(dòng)態(tài)調(diào)度，提供更靈活的網(wǎng)絡(luò)功能設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)規(guī)劃空間。運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)需要調(diào)整為網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)或者逐步演進(jìn)。網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)需要大規(guī)模地新建虛擬化網(wǎng)元，直接部署在數(shù)據(jù)中心，替換核心網(wǎng)機(jī)房里的傳統(tǒng)設(shè)備，統(tǒng)一規(guī)劃電信云和私有云、硬件資源池和虛擬資源池，雖然這種方式可以最大化地發(fā)揮優(yōu)勢，但是系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)大。逐步演進(jìn)的方式是逐步探索和制定NFV的管理、維護(hù)方案及配套流程，采用虛擬化技術(shù)逐步替換現(xiàn)有網(wǎng)元，最終過渡到全NFV網(wǎng)絡(luò)，但是此方式需要兼顧兩種網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)而且兼容互通要求?，F(xiàn)在行業(yè)考慮采用第二種方式，NFV要與現(xiàn)有系統(tǒng)兼容、共存。（3）傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)部署的流程是先根據(jù)所部署的業(yè)務(wù)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)容量測算，然后采集硬件設(shè)備，最后調(diào)試上線。而在虛擬化網(wǎng)絡(luò)中，NFV先實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)編排，然后計(jì)算并申請(qǐng)資源池中的資源，最后完成網(wǎng)絡(luò)能力的部署，這使得現(xiàn)有業(yè)務(wù)部署的流程需要打破和革新。

3、NFV應(yīng)用

MEC（移動(dòng)邊緣計(jì)算）融合了IT和電信網(wǎng)絡(luò)能力，為所有參與者提供了一個(gè)全新的價(jià)值鏈條和應(yīng)用生態(tài)，移動(dòng)邊緣服務(wù)器的大規(guī)模部署可以創(chuàng)造新的商業(yè)盈利模式，將使面向移動(dòng)用戶和企業(yè)用戶的垂直業(yè)務(wù)得到極大的發(fā)展。ETSI將MEC的應(yīng)用場景歸結(jié)為以下6類：視頻分析、位置服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、優(yōu)化本地內(nèi)容分發(fā)和數(shù)據(jù)緩存。

位置服務(wù)：GPS作為一種成熟的定位方式，在戶外得到了廣泛的應(yīng)用。但是，在室內(nèi)條件下，GPS定位往往不能有效服務(wù)。作為GPS在室內(nèi)的補(bǔ)充，基于基站（WiFiLTE等）的定位方式能夠有效解決室內(nèi)定位的問題，但需要大量的計(jì)算資源。MEC在基站附近提供計(jì)算資源的方法，為確定移動(dòng)設(shè)備的實(shí)時(shí)位置提供了可能。此外，通過MEC服務(wù)器的位置服務(wù)，還能夠獲得人群的分布特點(diǎn)以及為精準(zhǔn)廣告投放提供條件。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)：移動(dòng)邊緣服務(wù)器具有豐富的計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源，此外還具有低時(shí)延高帶寬的特性。通過在本地提供增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)內(nèi)容緩存，本地內(nèi)容本地分發(fā)移動(dòng)邊緣服務(wù)器提供的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)服務(wù)能夠消除傳統(tǒng)移動(dòng)云計(jì)算當(dāng)中本地內(nèi)容經(jīng)過核心網(wǎng)絡(luò)回傳的時(shí)延，還能動(dòng)態(tài)地在本地進(jìn)行廣告注入，具有很高的用戶體驗(yàn)和工作效率。

優(yōu)化本地內(nèi)容分發(fā)：通過邊緣網(wǎng)絡(luò)功能的開放，部署在移動(dòng)邊緣的應(yīng)用可以根據(jù)實(shí)時(shí)的邊緣網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信息，動(dòng)態(tài)地調(diào)整內(nèi)容分發(fā)，提高視頻質(zhì)量和網(wǎng)絡(luò)吞吐量。

數(shù)據(jù)緩存：作為部署在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣的服務(wù)器，MEC服務(wù)器可以作為數(shù)據(jù)中心使用，通過將流行的內(nèi)容和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在基站附近的MEC服務(wù)器上，可以減少回傳，提高用戶體驗(yàn)。

4、總結(jié)：

近年來，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的到來，傳統(tǒng)電信運(yùn)營商面臨著海量數(shù)據(jù)和多樣業(yè)務(wù)的需求；在實(shí)力強(qiáng)大的互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)的競爭壓力下，電信運(yùn)營商面臨著“管道化”的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)亟須改革。因此，ICT（ Information and CommunicationsTechnology）融合是未來發(fā)展的必然趨勢。電信運(yùn)營商積極擁抱以NFV（ NetworkFunction Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）為代表的ICT發(fā)展趨勢，努力實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商的轉(zhuǎn)型。NFV是利用IT虛擬化技術(shù)將現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能整合進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器、存儲(chǔ)和交換機(jī)等設(shè)備，以軟件的形式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，以此取代目前網(wǎng)絡(luò)中私有、專用和封閉的網(wǎng)元設(shè)備。電信網(wǎng)絡(luò)將借助NFV技術(shù)提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的利用率，降低運(yùn)營商 OPEXICAPEX支出，加快業(yè)務(wù)創(chuàng)新的步伐，為用戶帶來更佳的業(yè)務(wù)使用體驗(yàn)，以此構(gòu)造一個(gè)有競爭的、創(chuàng)新的開放生態(tài)系統(tǒng)。

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