NFV如何賦能傳統(tǒng)城域網(wǎng)

福建電信│王福榮 鄭凱 林實(shí)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(shí)踐

賽特斯軟件信息有限公司│方智淵

通過(guò)利用NFV技術(shù)，全球運(yùn)營(yíng)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(wù)邊緣的用戶接入控制能力得以靈活擴(kuò)展。

隨著互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的迅猛發(fā)展，固網(wǎng)寬帶和移動(dòng)寬帶接入的容量和質(zhì)量成為業(yè)界關(guān)注的重點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)的本質(zhì)是用來(lái)承載業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)需求是決定網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向，城域網(wǎng)建設(shè)需要充分發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)，將網(wǎng)絡(luò)與業(yè)務(wù)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(zhǎng)久以來(lái)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(luò)通過(guò)設(shè)備與設(shè)備之間的各類協(xié)議進(jìn)行控制和管理。原有的網(wǎng)絡(luò)由不同層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，當(dāng)業(yè)務(wù)需要有更大的容量和更高的轉(zhuǎn)發(fā)性能時(shí)，運(yùn)營(yíng)商只能采取擴(kuò)容的方式，而機(jī)房的空間和能耗方面的限制使得擴(kuò)容非常困難，而不同類型業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)靈活性方面的要求也得不到滿足。

電信運(yùn)營(yíng)商的城域網(wǎng)需要在網(wǎng)絡(luò)層級(jí)方面變得更加扁平，對(duì)業(yè)務(wù)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(shí)現(xiàn)控制與管理分離，對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活調(diào)配和管理。

其中，NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）技術(shù)是新出現(xiàn)的技術(shù)利器，簡(jiǎn)單理解就是把電信設(shè)備從目前的專用平臺(tái)遷移到通用的X86 COTS服務(wù)器上。2012年10月，在ETSI由13個(gè)運(yùn)營(yíng)商成立了一個(gè)組織NFV-ISG，致力于推動(dòng)“網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化”，并發(fā)布了NFV白皮書，提出了NFV的目標(biāo)和行動(dòng)計(jì)劃。

當(dāng)前電信網(wǎng)絡(luò)使用的各種設(shè)備，均是基于私有平臺(tái)部署的，這樣各種網(wǎng)元都是一個(gè)個(gè)封閉的盒子，各種盒子間硬件資源無(wú)法互用，每個(gè)設(shè)備擴(kuò)容必須增加硬件，縮容后硬件資源閑置，耗時(shí)長(zhǎng)、彈性差、成本高；在NFV方法中，各種網(wǎng)元變成了獨(dú)立的應(yīng)用，可以靈活部署在基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器、存儲(chǔ)、交換機(jī)構(gòu)建的統(tǒng)一平臺(tái)上，這樣軟硬件解耦，每個(gè)應(yīng)用可以通過(guò)快速增加或減少虛擬資源來(lái)達(dá)到快速伸縮擴(kuò)容的目的，大大提升網(wǎng)絡(luò)的彈性，如圖所示。

NFV優(yōu)勢(shì)明顯

NFV的技術(shù)基礎(chǔ)就是目前IT業(yè)界的云計(jì)算和虛擬化技術(shù)，通用的COTS計(jì)算/存儲(chǔ)/網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備通過(guò)虛擬化技術(shù)可以分解為多種虛擬資源，供上層各種應(yīng)用使用，同時(shí)通過(guò)虛擬化技術(shù)，可以使得應(yīng)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(shì)如下。

● 降低運(yùn)營(yíng)商采購(gòu)/運(yùn)維成本及能耗。

● 快速業(yè)務(wù)部署，縮小創(chuàng)新周期：包括提升測(cè)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(luò)應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)多版本及多租戶。支持不同的應(yīng)用、用戶、租戶共享統(tǒng)一的平臺(tái)。網(wǎng)絡(luò)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(wù)個(gè)性化，業(yè)務(wù)規(guī)模能夠快速方便得以伸縮。

● 使能網(wǎng)絡(luò)開放，業(yè)務(wù)創(chuàng)新。可能孵化新的利潤(rùn)增長(zhǎng)點(diǎn)。

NFV結(jié)構(gòu)淺析

同當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)（獨(dú)立的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)+OSS系統(tǒng)）相比，NFV從縱向和橫向上進(jìn)行了解構(gòu)，按照NFV設(shè)計(jì)，從縱向看分為三層：

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

虛擬網(wǎng)絡(luò)層：虛擬網(wǎng)絡(luò)層對(duì)應(yīng)的就是目前各個(gè)電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)物理網(wǎng)元映射為一個(gè)虛擬網(wǎng)元VNF，VNF所需資源需要分解為虛擬的計(jì)算/存儲(chǔ)/交換資源，由NFVI來(lái)承載，VNF之間的接口依然采用傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)定義的信令接口（3GPP+ITU-T)，VNF的業(yè)務(wù)網(wǎng)管依然采用NEEMS-NMS體制。

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

從橫向來(lái)看，NFV分為兩個(gè)域：

業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)域：就是目前的各電信業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)。

管理編排域：與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)最大區(qū)別就是，NFV增加了一個(gè)管理編排域，簡(jiǎn)稱MANO，MANO負(fù)責(zé)對(duì)整個(gè)NFVI資源的管理和編排，負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)和NFVI資源的映射和關(guān)聯(lián)，負(fù)責(zé)OSS業(yè)務(wù)資源流程的實(shí)施等，MANO內(nèi)部包括VIM、VNFM和Orchestrator3個(gè)實(shí)體，分別完成對(duì)NFVI、VNF和NS（Network Service：即業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)提供的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)）3個(gè)層次的管理。

圖 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化演進(jìn)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(yīng)用來(lái)看，國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)邁出了數(shù)據(jù)中心NFV化的第一步。2015年，各運(yùn)營(yíng)商都在以實(shí)驗(yàn)室測(cè)試和現(xiàn)網(wǎng)試點(diǎn)相結(jié)合的方式逐漸推進(jìn)NFV的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)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(wù)，通過(guò)在x86架構(gòu)的虛擬機(jī)上部署防火墻、VPN網(wǎng)關(guān)等，將企業(yè)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展到公有云中，為企業(yè)進(jìn)行統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)管理，包括：網(wǎng)絡(luò)配置、安全策略、管理策略等。通過(guò)部署QoS、WAN優(yōu)化等，提供一致的業(yè)務(wù)體驗(yàn)。不僅讓企業(yè)員工通過(guò)VPN安全、快捷地訪問(wèn)公有云，而且企業(yè)公有云和私有云二層安全互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)資源統(tǒng)一管理、動(dòng)態(tài)調(diào)配、應(yīng)用靈活部署和自由遷移。

在以帶寬運(yùn)營(yíng)為主要運(yùn)營(yíng)模式的傳統(tǒng)運(yùn)營(yíng)網(wǎng)中，業(yè)務(wù)邊緣節(jié)點(diǎn)設(shè)備已經(jīng)出現(xiàn)了計(jì)算能力和轉(zhuǎn)發(fā)能力的不匹配。隨著增值業(yè)務(wù)的部署，傳統(tǒng)的城域網(wǎng)邊緣路由器越來(lái)越凸顯出其業(yè)務(wù)特性開發(fā)響應(yīng)周期長(zhǎng)、L4-L7業(yè)務(wù)能力偏弱的問(wèn)題。通過(guò)利用NFV技術(shù)，全球運(yùn)營(yíng)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(wù)邊緣的用戶接入控制能力得以靈活擴(kuò)展。

NFV可應(yīng)用場(chǎng)景不斷拓展

運(yùn)營(yíng)商首先在vCPE方向上進(jìn)行實(shí)踐，將原來(lái)散落在用戶家庭接入網(wǎng)關(guān)的高級(jí)功能上收到匯聚節(jié)點(diǎn)，在家庭側(cè)只需要部署最簡(jiǎn)單的二層接入設(shè)備，大大降低客戶端的投資和維護(hù)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(zhǔn)智能家庭路由器市場(chǎng)，建立城市千萬(wàn)家庭的網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)門戶。很多國(guó)際運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)在vCPE上開展智能家居業(yè)務(wù)、視頻云、存儲(chǔ)云等業(yè)務(wù)，與家居解決方案商、內(nèi)容提供商、虛擬運(yùn)營(yíng)商以及品牌小區(qū)實(shí)現(xiàn)合作運(yùn)營(yíng)，實(shí)現(xiàn)前后向業(yè)務(wù)增值。

B R A S和C G N也嘗試向NFV方向發(fā)展。在國(guó)內(nèi)運(yùn)營(yíng)商城域網(wǎng)中，BRAS是最為關(guān)鍵的網(wǎng)絡(luò)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(fù)制模塊擴(kuò)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(luò)配置相對(duì)固定，可以很好地實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容，但是也存在非常明顯的問(wèn)題：城域網(wǎng)內(nèi)各個(gè)BRAS之間各自為政，無(wú)法實(shí)現(xiàn)資源共享。這使得用戶多的地方只能多部署幾臺(tái)BRAS，多從接入網(wǎng)拉連一些光纖鏈路到BRAS機(jī)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(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器上，標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器可以通過(guò)平滑擴(kuò)展的方式增強(qiáng)計(jì)算和轉(zhuǎn)發(fā)能力，并且能夠更好地適應(yīng)L4-L7業(yè)務(wù)能力。在城域網(wǎng)業(yè)務(wù)邊緣層形成一個(gè)新的vPOP，將各種VNF相對(duì)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(wù)靈活調(diào)整資源，從而提升全網(wǎng)使用效率。同時(shí)在城域網(wǎng)范圍內(nèi)集中部署vPOP的Controller，實(shí)現(xiàn)資源狀態(tài)的查看、配置、維護(hù)、調(diào)整等功能。

對(duì)于移動(dòng)核心網(wǎng)來(lái)說(shuō)，演進(jìn)的分組核心EPC和IP多媒體IMS系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)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(wú)線標(biāo)準(zhǔn)，如3G/4G及未來(lái)的5G等，也可以利用NFV，在一個(gè)集中、共享的硬件資源池中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)資源分配。

另外，NFV在內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)CDN也得到廣泛的應(yīng)用。目前，CDN提供商、運(yùn)營(yíng)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(wù)。由于硬件資源的設(shè)計(jì)為高峰時(shí)滿負(fù)荷，這些緩存資源在生命周期內(nèi)大多數(shù)時(shí)間未能得到充分利用。而利用和部署NFV實(shí)現(xiàn)虛擬化緩存，底層硬件資源可以被合并，并在多個(gè)供應(yīng)商的CDN緩存和其他的VNFs中實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)共享，從而可以有效提高緩存資源使用率。

網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)需同時(shí)兼顧傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)部署及未來(lái)新業(yè)務(wù)需求。以上幾個(gè)場(chǎng)景從業(yè)務(wù)需求推動(dòng)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(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)綜合化、簡(jiǎn)單化、扁平化和靈活開放。

編輯｜刁興玲 diaoxingling@bixintong.com.cn