電信運營商NFV未來網絡管理體系演進關鍵問題

月球，肖子玉，吳麗華，沈蕾

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

電信運營商NFV未來網絡管理體系演進關鍵問題

月球，肖子玉，吳麗華，沈蕾

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

網絡功能虛擬化（NFV）是電信級業務云化的核心技術和架構，是未來網絡演進的必然趨勢。NFV給通信網絡帶來了新的能力，同時也要求對現有的設備運行、管理、維護和配置模型增加新的管理和編排（MANO）功能。首先對物理網元的網管體系架構及未來演進規劃進行總結研究，然后對NFV的引入對現網設備管理方式的變化及新網管架構功能進行總結，深入研究NFV MANO與運營支撐系統（OSS）協同關系、MANO與其他周邊網元組網方案等關鍵問題，最后從電信運營商角度，基于 NFV MANO解耦程度，提出MANO部署及演進策略。

網絡功能虛擬化；管理和編排；運營支撐系統；協同；部署及演進策略

1 引言

網絡功能虛擬化（network function virtualization，NFV）技術將IT技術運用到CT領域，其誕生解決了電信運營商網絡演進的痛點，是未來網絡 ICT演進的必然趨勢。而管理和編排（management and orchestration，MANO）作為電信網元云化后新增的網管系統，則具有至關重要的作用。

本文從電信運營商視角，全面深入分析了NFV引入后云化網絡管理的需求、架構、功能及接口等關鍵問題，并基于NFV MANO接口解耦程度，分析探討了MANO部署演進策略，可作為電信運營商在現網NFV部署時的重要參考。

2 現有網元的網管體系架構

為維持通信網絡在安全的管控下穩定運行，網絡需要有合理的管控手段。NFV已經成為電信運營商網絡的演進方向之一，在虛擬化網絡完全商用之前，電信網絡仍由純物理網元構成。網管架構邏輯上可分為網絡管理層、網元管理層和網元層，如圖1所示。根據OSI定義，物理網元的網管從功能上劃分為五大功能域（FCAPS）：故障管理（fault management）、配置管理（configuration management）、計費管理（accounting management）、性能管理（performance management）和安全管理（security management）。物理網元的網管從架構上按照專業功能劃分，分別由話務網管、數據網管、傳輸網管等網管系統納管。

圖1 網管邏輯架構

電信運營商在從面向網絡運營向面向業務運營轉變的過程中，網管架構也逐漸由按專業劃分、多網管系統并存演進至面向業務和網絡管理的“資源管理系統、故障管理系統、性能管理系統、優化管理系統”+面向流程管理的“運維管理系統”的綜合網管體系。

現有網元的網管架構體系在演進過程中，由于規劃不夠細致，導致專業網管向綜合網管演進的落地仍然存在諸多問題：一線運維仍然離不開專業網管及EMS、OMC，能力開放不足導致系統封閉、功能重復開發；同時，網絡、業務、技術發展趨勢也為網管能力帶來新的挑戰。

3 未來網絡網管新需求

NFV是電信級業務云化的核心技術和架構，是未來網絡演進的必然趨勢。NFV給通信網絡帶來了新的能力，同時也要求對現有的運行、管理、維護和配置模型增加新的MANO功能。

NFV的到來，帶來網絡形態的巨大變化，傳統網管的FCAPS難以滿足需求，主要體現在以下幾個方面。

（1）從軟/硬件一體化到軟件的變化

傳統電信網元為軟/硬件一體化的設計，運營商主要關注硬件本身的運行情況，對其內部的軟件運行情況，由于其為私有軟件，難以洞察其內部運行機理。而在軟/硬件分離的背景下，軟件部署在通用x86服務器上，其運行環境主要為Linux等通用操作系統，運營商必須同時關注其軟件運行情況。

（2）由靜態到動態變化

傳統電信網絡主要為靜態的規劃、建設、運行。設備交維后，網絡容量、網絡拓撲基本上維持不變，但發生故障的網元必須更換，面對業務低谷高峰，資源被浪費或者必須被擴容；虛擬化讓網絡具備動態分配、彈性伸縮的功能特性，當網絡發生故障時，能夠具備自愈功能。同時面對業務低谷高峰，自動從資源池中新增或者減配各類資源。

圖2 未來網絡網管新增功能

（3）網管與網元逐步一體化演變

傳統網元承擔承載、控制及業務功能，網管主要行使網元的管理職能，此外，網管與網元之間無其他交互；而網絡虛擬化后，網元控制功能與管理功能更加密不可分，實時性要求提升，基于策略的智能分析、控制要求提升。

由此可見，現有網絡管理系統已經不能適應未來網絡的新變化，因此應建立相應的新網管架構，未來網管應具有新增“設計”“編排”“控制”功能，同時新增系統間的“能力開放”，實現系統自動化管理。未來網絡網管新增功能如圖2所示。

在此背景下，ETSI定義了NFV體系架構及MANO功能要求，如圖3所示。與傳統電信核心網管理相比，NFV 云化網絡新增云管系統（MANO）增加了對硬件資源、虛擬資源層、虛擬化網元以及完整網絡功能的管理和調度。實現核心網云管理的網元功能包括虛擬化基礎設施管理（virtual infrastructure management，VIM）、虛擬網元功能管理（virtual network function management，VNFM）和 NFV編排器（NFV orchestrator，NFVO）。其主要功能介紹如下。

· VIM：主要負責基礎設施層硬件資源、虛擬化資源的管理、監控和故障上報。

· VNFM：根據OMC的請求，向VIM申請/釋放虛擬機資源，并在虛擬機上加載/卸載虛擬功能網元軟件。

· NFVO：負責跨VIM的虛擬資源申請、授權、調度，并負責虛擬資源池的狀態監控。

其中，運營支撐系統（operation support system，OSS）同時具備物理網絡和虛擬網絡全網的管理功能，因此需重點關注與 NFVO的協同功能。

4 MANO與OSS的協同工作

圖3 NFV 體系架構及MANO功能要求

NFV云化使得其對網元的管理被分為虛擬網元功能管理和云化資源管理兩部分，為實現未來對虛擬網絡的端到端管理，以實現以下目標：短期內實現對網元/網絡服務的配置、故障、性能管理以及對網元/網絡服務的生命周期管理；中后期最大化網絡虛擬化的業務價值（如業務編排），通過MANO和其他管理系統協作（如 OSS、BSS），以實現敏捷開通、業務智能編排、智能運維等功能。

在NFV MANO功能及架構部署時，盡可能地降低傳統網管的改造工作量，網絡維護團隊分別在兩套系統上完成PNF（物理網元）和VNF（虛擬網元）的運維管理。考慮當前NFV MANO與OSS對接標準尚未完全確定，NFV建設時 NFV MANO與OSS應在不同階段針對性地探討協同關系，如圖4所示。

圖4 MANO與OSS協同關系

建議在MANO部署時，采用如下協同方案：現有網管OSS側重網元FCAPS的管理，NFV的重點在于管理和編排（資源動態管理、VNF的編排）以及VNF生命周期管理；新建網管MANO NFVO+（即新建 NFVO網元，要求其具備部分OSS功能）主要管理NFV網絡，傳統OSS管理傳統PNF網絡。

新建虛擬化網元由新增的 vEMS管理，要將PNF和VNF的信息分別送給傳統的OSS和新的網絡管理系統——NFVO+網元；設備管理（EMS）通過私有接口或者內部接口實現傳統PNF的業務層面網管功能，具體包括故障、配置、計費、性能和安全（FCAPS），此功能網元通常由PNF廠商提供。EMS和MANO NFVO+通過開放接口同時接入OSS，以實現業務信息與資源信息的匯聚和映射，并完成傳統網絡與NFV網絡的統一管理運營。

新網管 NFVO+將虛擬網元監控數據上報給傳統OSS，由OSS做資源/告警等的統一展示，傳統OSS不直接管理NFV網絡。考慮未來VNF與PNF混合組pool的需求，vEMS應能對現網同類型、同廠商的PNF和新建的VNF進行統籌管理。

NFVO+和各省的 OSS網管系統中的性能管理系統進行對接，如圖5所示。性能數據和資源數據接口均采用SFTP或者FTP，數據采集周期和EMS側的數據采集周期保持一致。

5 MANO與周邊網元的關系

由于方案中 NFVO+和各省的性能管理系統而非話務網管進行對接，同時參考某運營商現網整體性能管理體系，因此新增NFVO+網元還應具備如下與周邊網元的接口，如圖6所示，以實現對虛擬網元性能管理功能和數據上報。

圖5 NFVO+與OSS接口

圖6 運營商性能管理系統架構

其中，性能管理系統由NFVO+實現，需具備4類接口。

接口 1?部省接口：總部（一干節點）與省級系統（二干節點）的數據傳送方式分兩種：第一種方式是通過省級性能管理系統的數據共享服務向總部傳送數據；第二種方式是總部通過訪問省級性能管理系統的數據共享服務訂閱數據。

接口 2?數據采集接口：實現總部性能管理系統從集中統建系統或一干系統中采集獲取相關數據。

接口3?數據共享接口：總部性能管理系統需具備向外部系統（如經營分析系統）實現數據共享的能力。

接口4?功能接口：主要包括總部性能管理系統與EOMS系統的工單接口、4A類接口、信息推送接口等。

6 運營商MANO部署演進策略

目前NFV MANO接口仍處在標準化進程中，電信運營商在部署NFV架構時，可根據接口開放程度，按策略引入NFV MANO。

（1）電信運營商NFV部署初期，NFV實現軟/硬件接口解耦

電信運營商NFV部署初期，NFV MANO引入策略如圖7所示。

圖7 NFV MANO引入策略—初期

NFV實現軟/硬件解耦的接口打開需求如圖8所示。

圖8 NFV解耦接口打開需求

Or-Vnfm：實現 NFVO管理不同廠商的VNFM。

Or-Vi：實現NFVO管理不同廠商的資源池。

Nf-Vi（硬件）：實現 VIM管理不同廠商的硬件。

軟/硬件解耦情況下，運營商 MANO各網元建議按如下策略部署。

· 省公司全省設置一套 NFVO+。省級NFVO+同時連接多廠商VNFM、VIM、虛擬網元vEMS。

· VNFM按廠商設置，省內每廠商一套，管理同廠商多種VNF，VNFM連接同廠商多個VIM；建設虛擬化vEMS管理虛擬化網元。VNF與PNF混合組pool時，由同一套vEMS管理。

· VIM支持管理多廠商硬件，初期單套VIM支持管理100～200臺主機，按管理主機的數量設置VIM，VIM所管理的資源僅部署同廠商的VNF。

· 同一DC內，多個VIM所管理的物理服務器、存儲資源獨立，多個VIM所管理的資源可以共用組網設備。

（2）電信運營商NFV部署中后期，NFV實現三層解耦

電信運營商NFV部署中后期，NFV MANO引入策略如圖9所示。

圖9 NFV-MANO引入策略—中后期

虛擬網絡功能層、虛擬資源層、硬件層三層解耦需要打開的接口如圖8所示。Vi-Vnfm：實現不同VNF廠商之間資源共享。廠商集成接口：Os-Ma-nfvo（可根據未來網管架構和具體維護需求進行集成開發）。

NFV部署中后期，NFV實現三層解耦，可對網絡進行升級及開放部署。

· NFVO+部署方式維持不變。

· VNFM按廠商設置，運營商省內每廠商一套，管理同廠商多種VNF，同時，VNFM支持連接異廠商VIM。

· VIM支持對多廠商進行硬件管理，VIM所管理的資源支持部署多廠商VNF。

· NFV中后期根據實際需求選擇是否跨 DC部署VNF，不受同廠商VIM資源限制。

7 結束語

隨著網絡形態的改變，電信網管存在向新網管架構演進的需求。從網管架構的演進及新網管的功能架構等相關方面，探討NFV網管系統及未來網絡建設中的關鍵問題。隨著MANO接口的進一步研究及業界對NFV定位的逐漸清晰，人們已經清楚地看到NFV腳步的臨近，但具體如何應對未來云化網絡后網管需求的變化，仍是電信運營商在NFV大規模部署前需要解決的重要問題。

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月球（1985?），女，中國移動通信集團設計院有限公司工程師，主要研究方向為移動通信核心網、5G、云計算、NFV。

肖子玉（1969?），女，中國移動通信集團設計院有限公司資深專家、教授級高級工程師，主要研究方向為移動通信核心網、5G、NFV、網絡安全。

吳麗華（1982?），女，中國移動通信集團設計院有限公司高級工程師，主要研究方向為移動通信核心網、NFV。

沈蕾（1980?），女，中國移動通信集團設計院有限公司高級工程師，主要研究方向為移動通信核心網、NFV。

Key problems of telecom operators’ NFV future network management system evolution

YUE Qiu, XIAO Ziyu, WU Lihua, SHEN Lei
China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China

Network function virtualization (NFV) is the core technology and architecture of telecom-level business to cloud, which is the inevitable trend of future network evolution. NFV brings new capabilities to the communications network, at the same time, it requires new management and orchestration (MANO) capabilities for existing equipment operations, management, maintenance and configuration models. First of all, the network management system architecture and future evolution planning of the physical network element were summarized, and by the coming of NFV technology, the changes of the existing network equipment management method and the new network management architecture and function were concluded. The coordination of NFV MANO and operation support system (OSS), NFV MANO and other peripheral network was deeply researched. Finally, from the perspective of telecom operators, the deployment and evolution strategy of NFV MANO based on decoupling level was suggested.

network function virtualization, management and orchestration, operation support system, coordination, deployment and evolution strategy

TN915.81

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017085

2017?02?20；

2017?03?24