運營商核心網(wǎng)NFV發(fā)展策略及組網(wǎng)方案研究

梅再霞++音春++張磊++周世泉

目前通信行業(yè)已開足馬力，朝總體虛擬化演進，其中，SDN（軟件定義網(wǎng)絡(luò)）和NFV（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）是虛擬化領(lǐng)域中兩項關(guān)鍵技術(shù)，特別是未來5G對網(wǎng)絡(luò)的移動性與敏捷性等要求更高，更促使SDN和NFV成為行業(yè)研究的熱點。因此，本期專題將重點對SDN和NFV的關(guān)鍵技術(shù)進行分析，并探討運營商在實現(xiàn)SDN和NFV落地時面臨的挑戰(zhàn)及解決措施，以此與業(yè)界各位朋友分享經(jīng)驗，共同進步。

【摘 要】NFV分層解耦策略以及VNF和MANO組網(wǎng)方案是NFV能否落地的關(guān)鍵因素，因此從詳細(xì)介紹運營商NFV分層解耦引入策略入手，闡述了運營商核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備未來發(fā)展趨勢和方向，并分析比較了運營商VNF和MANO的多種組網(wǎng)方案，提出目前適合運營商建設(shè)的核心網(wǎng)NFV解決方案，幫助運營商構(gòu)建開放、敏捷的電信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)ICT轉(zhuǎn)型。

【關(guān)鍵詞】NFV VNF MANO 分層解耦

1 引言

業(yè)務(wù)和技術(shù)的發(fā)展以及國家提速降費的要求，驅(qū)動著運營商追求更高效的運營、更低成本的資源建設(shè)和更靈活的業(yè)務(wù)提供，傳統(tǒng)的運營商核心網(wǎng)無法滿足業(yè)務(wù)快速上線的要求，因此需要進行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)。NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）架構(gòu)能滿足網(wǎng)絡(luò)開放化、虛擬化、智能化、融合化的要求，得到了越來越廣泛的認(rèn)同，成為未來網(wǎng)絡(luò)升級演進和技術(shù)創(chuàng)新的重要途徑。NFV技術(shù)的引入使得一直以來垂直集成、封閉與專用的通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，轉(zhuǎn)向水平集成、開放與通用的新模式發(fā)展，這使得通信網(wǎng)絡(luò)在網(wǎng)絡(luò)生產(chǎn)方式、運營模式、采購模式以及機房設(shè)置上都會出現(xiàn)變化，這些因素決定了運營商落地NFV技術(shù)的節(jié)奏與力度。

ETSI提出的NFV技術(shù)架構(gòu)主要由3個域構(gòu)成：NFV MANO（Management and Orchestration，管理與業(yè)務(wù)編排）、NFVI（NFV Infrastructure，NFV基礎(chǔ)設(shè)施）和VNF（Virtualized Network Function，虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能）。其中，NFVI域負(fù)責(zé)底層計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等物理資源的虛擬化，類似于一個具有虛擬功能的云數(shù)據(jù)中心；VNF域?qū)崿F(xiàn)業(yè)務(wù)網(wǎng)元的虛擬化，在NFVI域基礎(chǔ)上將物理網(wǎng)元映射為網(wǎng)絡(luò)功能需要的虛擬網(wǎng)元；MANO域主要對NFVI和VNF進行管理，通過管理虛擬化的軟件和硬件資源，實現(xiàn)包括網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)編排功能在內(nèi)的VNF生命周期管理。

對運營商來說，NFV分層解耦策略以及VNF和MANO組網(wǎng)方案是NFV能否落地的關(guān)鍵因素，只有分層解耦才能滿足NFV開放、開源的要求，真正能夠幫助運營商構(gòu)建開放、敏捷的電信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)ICT轉(zhuǎn)型。因此本文接下來將對NFV分層解耦策略以及VNF和MANO組網(wǎng)方案做詳細(xì)介紹。

2 NFV分層解耦引入策略

運營商現(xiàn)網(wǎng)中核心網(wǎng)設(shè)備為專用設(shè)備，對廠商依賴程度高，新業(yè)務(wù)開發(fā)、上線和運維流程長。通過分層解耦策略，底層硬件和上層軟件靈活選擇有競爭力的解決方案，有效縮短新業(yè)務(wù)上線時間。分層解耦建設(shè)模式體現(xiàn)了NFV開放合作的產(chǎn)業(yè)生態(tài)理念，這也是當(dāng)前業(yè)界主流運營商在進行NFV部署時普遍采用的建設(shè)模式。NFV引入如圖1所示的三種可能的解耦方式：

（1）方案一：軟硬件解耦

軟硬件解耦為二層解耦方式，由廠家進行軟件集成。運營商標(biāo)準(zhǔn)化軟硬接口和硬件與VIM（Virtualisation Infrastructure Management，虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理器）管理接口廠家內(nèi)部實現(xiàn)軟件集成。此方案上線較快、問題定位清晰；缺點是容易形成軟煙囪，不同廠商資源池資源難以實現(xiàn)共享。

（2）方案二：三層解耦

三層解耦方式與二層解耦的區(qū)別是虛擬資源層由集成廠家實現(xiàn)，集成商對廠家進行軟件集成。運營商標(biāo)準(zhǔn)化軟硬接口和硬件與VIM管理接口，選定軟件集成商并明確軟件包的廠商范圍和組成，不需制定軟件集成接口的規(guī)范。此方案硬件資源充分共享，能真正做到自動化部署和統(tǒng)一運維，但是系統(tǒng)集成難度大、部署周期長、問題定位較難。

（3）方案三：全解耦

全解耦方式自主軟件集成，運營商標(biāo)準(zhǔn)化軟硬接口、硬件與VIM管理接口以及軟件集成接口，運營商自主實現(xiàn)三層的集成，優(yōu)缺點與三層解耦廠家集成方案相同，但對運營商集成能力要求較高。

綜合以上分析，初步先采用軟硬解耦或三層解耦，待運營商具備軟件接口打開能力后，再按需自主集成網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

3 運營商VNF組網(wǎng)方案

運營商VNF網(wǎng)元采用云化設(shè)備，異局址容災(zāi)采用POOL容災(zāi)組網(wǎng)方案。云化能使資源彈性伸縮，對網(wǎng)元組POOL進行優(yōu)化。網(wǎng)元正常工作時，POOL內(nèi)網(wǎng)元負(fù)荷分擔(dān)工作，每個網(wǎng)元根據(jù)相同彈性伸縮策略獨立進行彈性擴容、縮容，目前各廠家對POOL內(nèi)網(wǎng)元均不支持彈性伸縮聯(lián)動，因此會存在POOL內(nèi)網(wǎng)元彈性伸縮不同步、短時間內(nèi)POOL內(nèi)網(wǎng)元容量不均衡的情況，但不影響網(wǎng)絡(luò)運行。

與傳統(tǒng)網(wǎng)元相比，VNF網(wǎng)元云化后，如果出現(xiàn)軟件故障，需要人工排查后進行網(wǎng)元重啟，VNF網(wǎng)元可以迅速重生；而對于單純硬件故障引起的網(wǎng)元故障，則不需人工更換硬件，大大縮短VNF恢復(fù)時間，提升運維效率。

圖2為NFV組網(wǎng)示意圖：

在NFV引入初期，云化網(wǎng)元和非云化網(wǎng)元共存。以引入IMS域網(wǎng)元為例，其組網(wǎng)有如下兩種方案：

（1）方案一：PNF與VNF獨立組網(wǎng)

VNF和PNF可以同廠家也可以異廠家，從現(xiàn)網(wǎng)POOL中分裂出一個本地網(wǎng)或一個區(qū)域（號段）作為VNF POOL。后期物理網(wǎng)元POOL管轄區(qū)域逐步縮小、云化網(wǎng)元POOL管轄區(qū)域逐步增大，以能力集（本地網(wǎng)）為單位進行POOL管轄范圍的調(diào)整，對于OMC/OSS無額外要求。

（2）方案二：PNF與VNF混合組POOL

混合組POOL適用于PNF（Physical Network Funcation，物理網(wǎng)絡(luò)功能）與VNF同廠家場景，在現(xiàn)網(wǎng)POOL中加入虛擬網(wǎng)元，虛擬網(wǎng)元進行彈性伸縮時需要同步修改DNS中的數(shù)據(jù)。此方案需要同一套OSS/OMC對VNF和PNF進行管理，并且支持對VNF和PNF不同軟件版本的管理和配置核查功能，原OSS與OSS/NFVO之間同步網(wǎng)元的告警和性能信息。endprint

兩種方案比較如表1所示。

兩種方案各有優(yōu)缺點，從設(shè)備選型、網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、安全性、工程實施、網(wǎng)絡(luò)維護以及工程造價等各個方面綜合考慮進行方案選擇，在本地網(wǎng)無無新廠家引入場景下，方案二更有利于平滑演進。

4 運營商MANO發(fā)展策略

MANO邏輯架構(gòu)如圖3所示，MANO主要提供虛擬化資源、虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能和網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的統(tǒng)一管理。MANO包括三大類功能實體：基礎(chǔ)設(shè)施管理VIM、虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能管理VNFM（VNF Management）和NFV編排器NFVO（NFV Orchestration）。NFVO實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)、VNF管理及全局資源調(diào)度，是云管理的決策者，VNFM是VNF管理的執(zhí)行者，VIM是局部虛擬資源及硬件資源管理的執(zhí)行者。

NFV對網(wǎng)元的管理分為云化資源管理和虛擬網(wǎng)元功能管理兩部分，對網(wǎng)管系統(tǒng)提出了新的要求，為實現(xiàn)對虛擬網(wǎng)絡(luò)的端到端管理，需要OSS（Operations Support Systems，運營支撐系統(tǒng)）和MANO進行混合組網(wǎng)下的協(xié)同需求，主要有如下三種方案：

（1）方案一：傳統(tǒng)OSS改造

對現(xiàn)網(wǎng)OSS進行改造，支持同時對傳統(tǒng)網(wǎng)元及虛擬網(wǎng)元的管理，并新建管理虛擬網(wǎng)元的EMS（Element Management System，網(wǎng)元管理系統(tǒng)）、標(biāo)準(zhǔn)化NFVO和VNFM。混合組POOL時，EMS需支持對傳統(tǒng)網(wǎng)元的管理。此方案對PNF和VNF管理方式不同，OSS改造工作量巨大，改造升級時對PNF的管理有較大影響，需對NFVO和傳統(tǒng)OSS之間的接口進行標(biāo)準(zhǔn)化，優(yōu)點是MANO廠家的產(chǎn)品成熟度及支持度高。

（2）方案二：建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)的NFVO，同時新建對虛擬網(wǎng)元進行管理的配套OSS

新建管理虛擬網(wǎng)元的EMS、標(biāo)準(zhǔn)NFVO和VNFM，混合組POOL時，EMS還需支持對傳統(tǒng)網(wǎng)元的管理；新建OSS，支持對虛擬網(wǎng)元的FCAPS管理，支持與NFVO、現(xiàn)網(wǎng)OSS之間的接口。相比方案一，增加新增網(wǎng)元OSS，因此導(dǎo)致了工作量及接口的增加。NFVO和新OSS之間的功能定位暫不清晰，NFVO和新建的OSS之間的接口需要標(biāo)準(zhǔn)化，新的OSS可能無法參與對資源調(diào)度的流程，但是還需要對資源進行全面管理，以便于進行故障分析和定位。優(yōu)點是MANO廠家的產(chǎn)品成熟度高。

（3）方案三：建設(shè)定制化/非標(biāo)的NFVO

新建管理虛擬網(wǎng)元的EMS、VNFM和定制化NFVO。傳統(tǒng)網(wǎng)元由傳統(tǒng)網(wǎng)管體系管理，虛擬化網(wǎng)元統(tǒng)一由MANO進行管理。混合組POOL時，EMS還需支持對傳統(tǒng)網(wǎng)元的管理。通過MANO實現(xiàn)NFV體系的自治管理，MANO需定制化，目前廠家產(chǎn)品不夠成熟，需打通EMS和NFVO之間的接口，優(yōu)點是傳統(tǒng)網(wǎng)管與MANO體系獨立，互不影響。

綜合來看，方案一和方案二需和OSS協(xié)同，都可看做是ETSI標(biāo)準(zhǔn)方案，方案二比方案一減少了對現(xiàn)有OSS的改造，但增加新老OSS之間的接口；方案三的NFVO屬非標(biāo)擴展。建設(shè)初期繼承現(xiàn)有的網(wǎng)元計劃、建設(shè)、維護體系，NFV網(wǎng)元的OMC通過北向接口納入現(xiàn)網(wǎng)省網(wǎng)管系統(tǒng)的管理范圍；后續(xù)進一步發(fā)揮NFV的優(yōu)勢，采用方案三整合MANO和OSS。

5 結(jié)束語

本文通過對NFV分層解耦引入策略、VNF組網(wǎng)方案、MANO發(fā)展策略等進行分析，提出目前適合運營商建設(shè)的核心網(wǎng)NFV解決方案，幫助運營商構(gòu)建開放、敏捷的電信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)ICT轉(zhuǎn)型。目前運營商試點已驗證快速上線、快速更新、快速擴容三大核心能力，軟硬兩層解耦技術(shù)方案已基本成熟，全解耦方式將是運營商的未來之路，因此后續(xù)將以軟硬件解耦為基礎(chǔ)，對全解耦方式進行進一步研究探討。

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