NFV技術進展及其應用探討

周振勇　華信咨詢設計研究院有限公司網絡規劃研究院副院長，總工程師

NFV技術進展及其應用探討

周振勇華信咨詢設計研究院有限公司網絡規劃研究院副院長，總工程師

NFV是電信網絡的一次重要技術變革，NFV網絡與傳統電信網絡相比將具有更靈活和快速的業務提供能力。本文介紹了NFV的技術理念、標準及開源項目進展情況，并對其典型應用場景及發展挑戰進行了分析和探討。

NFV；技術進展；應用

1　引言

近年來，各電信運營商紛紛推進承載網絡的智能化改造，建設適應不同業務承載需求的智能管道，但是承載網絡的主要設備基本上還是以專用硬件設備為主，改造周期較長，費用高，靈活性不足，離支撐業務發展所要求的快速響應能力還有很大差距。另一方面，隨著通用計算機處理性能和轉發能力不斷提升，NFV （Network Function Virtualization，網絡功能虛擬化）的技術標準不斷成熟和完善，網絡設備通用化，網絡能力軟件化已逐步成為可能，NFV在某些領域已經開始試點和應用。本文將結合工程實踐，對NFV的技術理念、標準和開源項目進展、典型應用場景及發展挑戰等作分析和探討。

2　NFV的技術理念

NFV是一種新型的網絡技術，它的技術理念是把IT領域的虛擬化技術引入至CT領域，利用標準化的通用設備來實現各種網絡設備功能，以便增強網絡彈性，提升業務部署速率，降低網絡成本。NFV的技術理念如圖1所示。

軟件和硬件解耦是NFV的本質，通過網絡功能虛擬化將網絡功能從專用硬件設備中剝離出來，實現軟件和硬件獨立發展，網絡功能根據需要可以動態/靈活地進行部署，網絡價值由硬件遷移至軟件。它的基本思路是：

●硬件通用化：基于行業標準的服務器、存儲和交換設備，來取代私有專用的網元設備。

圖1　NFV技術理念示意圖

●網絡功能軟件化：通過軟件實現不同網絡設備功能，按需部署到網絡中任意位置。

●虛擬化：運用虛擬化技術將物理資源抽象為虛擬資源供上層應用調用。

3　NFV標準及開源項目進展

3.1ETSI

ETSINFVISG成立于2012年底，一直致力于制定支持NFV的硬件和軟件基礎設施的架構規范以及虛擬網絡功能的指南，推進NFV的快速實現和部署，簡化運營商的運營維護工作，截至目前共發布了3版白皮書、8個框架性文檔（包括用例、需求、架構等）。2016年，將重點研究SDN與NFV的結合、VNF（Virtualized Network Function，虛擬化的網絡功能模塊）獨立構建及管理的相關規范、基于VNF的端到端應用落地、無縫加載和混合部署，同時推進VNF產業化落地。ETSI NFV框架如圖2所示。

3.2CCSA

中國通信標準化協會（CCSA）與NFV技術相關的研究目前集中在TC3、TC5和TC7。其中，TC3成立軟件化智能型通信網絡（SVN）子工作組，聚焦SDN/NFV方面，重點研究核心網網元虛擬化一般性要求（虛擬化場景、架構、功能和接口等），主要針對網元虛擬化平臺。截止到2015年底，共完成13個標準研究項目的立項。TC5重點研究基于SDN/NFV演進的移動核心網網絡需求場景、網絡架構、網元功能和接口協議，以及基于新架構下的網絡安全技術，共啟動6項標準研究項目。TC7作為網絡管理與運營支撐工作組，重點研究引入NFV后網絡管理相關的技術，啟動2個標準研究項目。后續CCSA標準化研究重點將包括VNF軟件架構、NFV管理及編排、性能及可伸縮性、可靠性以及安全等方面。

3.3OPNFV

OPNFV（Open Platform for NFV，NFV開放平臺）為Linux基金會創建的開放平臺，旨在提供運營商級的綜合開源平臺以加速新產品和服務的引入，實現由ETSI規定的NFV的架構與接口。2015年6月，OPNFV發布了第一個軟件版本ARNO。該平臺軟件可集成、自動化部署Open Stack、Open Day Light、Open vSwitch等組件，支持用戶部署自有的或第三方的VNF，并提供了自動化測試試驗環境。ARNO的架構如圖3所示。

4　NFV應用場景

4.1虛擬化EPC

圖2　ETSINFV框架示意圖

傳統EPC設備為專用的硬件設備（大多數為ATCA設備），設備通用性差，異廠家硬件設備不能通用，維護難度大，成本高；配置復雜，不能根據業務和網絡的實時變化來調度資源。vEPC通過通用硬件構建虛擬化的統一平臺，支撐EPC網元（包括MME、HSS、PCRF、SGW、PGW）的高效部署，從而降低建網和運維成本。引入虛擬化后，vEPC網絡架構、接口及協議依然遵循原有規范。目前，ETSI組織了vEPC的PoC概念驗證測試，相關運營商提出了部署計劃，預計vEPC將在2017—2018年具備小規模商用能力。

圖3　OPNFVARNO架構示意圖

4.2寬帶網應用場景

（1）虛擬化BRAS

智能邊緣是IP城域網的關鍵節點，而BRAS是該節點的核心設備，主要實現對用戶及流量的控制和管理。目前，該設備為一體化設備，實現業務功能與硬件強相關。存在的主要問題有：

●BRAS上維護了大量用戶業務管理相關的業務屬性、配置及狀態，不同BRAS間相互獨立，無法實現共享。

●新業務引入需重構業務流程，開發及部署周期較長，難以適應未來業務的發展需求。

vBRAS是實現智能邊緣虛擬化的代表技術，是實現彈性業務POP的基礎。vBRAS以功能集為單元對設備控制平面進行重構，形成獨立模塊，包括用戶管理、組播、QoS與路由等模塊，每個模塊可按需在虛擬機上部署，且可基于x86通用服務器的虛擬化資源提供能力實現靈活擴展。vBRAS將增強可編程能力，如控制平面的能力對外開放，上層應用可通過API接口靈活調用相關功能模塊，甚至用戶可按需定制業務策略。vBRAS目前還沒有成熟產品，尚處于小規模試點階段。vBRAS的實現方案如圖4所示。

（2）虛擬化CPE

目前，運營商CPE設備存在的問題主要有：定制化程度高、種類繁多、采購和運維成本高；企業用戶的個性化需求，定制設備難以精確匹配；業務調度不靈活，需頻繁升級，新業務引入周期長，網絡演進困難。隨著互聯網企業提供的互聯網路由器的出現，CPE設備已經成為互聯網企業搶占家庭業務市場的核心控制點，運營商面臨著嚴峻的挑戰。

為了解決CPE在發展中存在的問題，vCPE將是一種較好的技術選擇。vCPE將傳統CPE中的控制面功能及業務處理功能（如防火墻、地址管理等）分離出來，虛擬化后遷移到控制器側或云端，網關設備上僅保留物理接入接口（廣域網接口、局域網接口、USB接口等）以及數據面二層轉發功能。vCPE簡化了用戶側設備，采用遠程方式為用戶網絡故障診斷服務，便于故障診斷和修復，提升業務的可管理性并降低能耗，提高了業務部署的靈活性，運營商可以更快更簡單地部署新硬件/軟件，為未來新業務的快速部署開放提供能力，有利于縮短新業務市場的響應時間。目前，vCPE在國外運營商已有試點，預計在2017—2018年將具備小規模商用能力。vCPE實現方案如圖5所示。

5　NFV發展挑戰

5.1可靠性問題

傳統的電信網絡采用高可靠性的專用設備，可靠性達99.999％，而采用虛擬化技術的通用服務器設備其可靠性明顯低于傳統的專用電信設備（一般通用服務器設備可靠性只能達到99.9％）。為了滿足電信級設備高可靠性的要求，NFV的組件需在多個方面提供與傳統電信設備相當的性能，包括故障率、檢測時間、恢復時間以及檢測和恢復的成功率。引入NFV后，原有軟硬一體化設備分成了三層，同時還引入MANO （NFV Management and Orchestration，NFV管理和編排），而MANO也深度介入網元的自動伸縮等流程中，對整個網元的可靠性帶來了深刻的影響。為了滿足電信級設備99.999％的高可靠性，硬件資源層、虛擬資源層、VNF和MANO如何協同，VNF與MANO如何配合等都會影響到整個系統的可靠性。這需要建立一套完整的可靠性體系并對三層如何協同提出明確的要求。

圖4　vBRAS實現方案示意圖

圖5　vCPE實現方案示意圖

5.2數據轉發性能問題

設備的性能主要體現在設備的計算能力、數據轉發能力和存儲能力等方面。NFV網絡的性能瓶頸目前主要集中在I/O接口數據轉發能力上。未來可通過底層設備定制、操作系統優化、業務層軟件優化等方式逐步提高轉發性能。

5.3業務部署方式問題

傳統網絡的業務部署方式為：根據業務需求測算業務網絡的容量→采購軟硬件設備→到貨調試→上線，而采用NFV網絡后，業務部署方式將發生很大變化，將變為：由MANO實現業務編排、虛擬資源需求計算及申請→虛擬化的資源池提供相應資源→上線。業務部署方式的變化將對運營商現行的設備采購模式、運維模式產生較大的沖擊，未來NFV網絡如何集成和運維將成為一個巨大的挑戰。

6　結束語

NFV是電信網絡的一次重要技術變革，NFV網絡與傳統電信網絡相比將具有更靈活和快速的業務提供能力，從長遠來看，也有利于降低網絡建設和運營成本，但目前尚處于起步階段，它的實施將是一個漫長的過程。本文對NFV的技術理念、標準及開源項目進展情況、典型應用場景及發展挑戰進行了初步分析和探討，供相關技術人員參考。

［1］中國電信.NFV技術白皮書.2015.

［2］ETSI.Network Functions Virtualization（NFV）：Architecture Framework［S］.ETSI，2015.

華為加入Smart Africa，助力非洲各國加速數字化轉型

近日，華為在第27屆非洲聯盟峰會分會，Smart Africa董事會上宣布作為信息與通信技術（ICT）顧問和白金會員正式加入Smart Africa聯盟，助力非洲各國加速數字化轉型。

Smart Africa是由非洲多國元首發起的創新聯盟，旨在通過分享知識和經驗，提供可支付的寬帶接入及其他ICT技術，改善非洲大陸整體的社會經濟水平。Smart Africa董事會主席，盧旺達總統卡加梅曾提及，該聯盟的五大原則是：把ICT作為非洲國家社會經濟發展議程的中心；提升ICT接入，尤其是寬帶聯接；通過ICT改善非洲的可靠性、效率、及開放度；重視私營領域；利用ICT促進可持續發展。

華為高級副總裁龐基敏在Smart Africa董事會上與非洲各國ICT部長共同討論Smart Africa愿景，并表示：“推進非洲的信息化，需要加強數字基礎設施建設，加速各行業數字化升級，促進知識共享和技能傳遞。我們會一如既往地積極支持智慧非洲計劃，與各利益相關方進行合作，共同推進互聯互通，共建智慧非洲。”

深圳電信與華為合作共建“千兆全光網標桿城市”

日前，中國電信股份有限公司深圳分公司（以下簡稱深圳電信）與華為簽署了共建“千兆全光網標桿城市（Gigaband City）”（以下簡稱千兆城市）合作框架協議。未來，雙方將發揮各自業務領域的優勢，攜手將深圳打造成為新型智慧城市的標桿。

作為深圳市創建新型智慧城市標桿市的重要組成部分，深圳電信將與華為合作，在未來5年內完成千兆網絡的全面部署，達到100％千兆小區覆蓋，實現千兆用戶90萬的目標。業務上，重點打造4K視頻，為家庭用戶提供高質量的業務體驗，同時結合視頻業務發展引入VR技術，推行影視VR首發等新業務。此外，為企業提供“一站式”業務解決方案，包括全光園區、千兆酒店、“光+云”政企應用等新型業務，并在此基礎上共同定義千兆城市網絡建設新標準，為全球千兆城市建設提供指引和參考。

Discussion on the progress of NFV technology and its application

ZHOU Zhenyong

NFV is an important technolgical change of telecom network.NFV network can offord more flexible and rapid business ability compared with the traditional network.This paper introduces the technolgy idea of NFV，the progress on NFV standard，its open source platform and presents its application areas and development challenge.

NFV；technolgy progress；application

（2016-05-31）