NFV 架構(gòu)及其優(yōu)勢(shì)挑戰(zhàn)

陳曉敏，朱明星，楊 森，周 圣

（中國(guó)聯(lián)通廣州市分公司，廣東 廣州 510630）

0 引言

運(yùn)營(yíng)商的組網(wǎng)由數(shù)量多而產(chǎn)商不同的硬件設(shè)備組成，隨著網(wǎng)絡(luò)的更新迭代，運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)網(wǎng)的非標(biāo)準(zhǔn)化、專用化路由器、交換機(jī)等設(shè)備數(shù)量多且型號(hào)雜；隨著硬件設(shè)備使用周期的愈發(fā)縮短，使得新業(yè)務(wù)系統(tǒng)的建設(shè)和上線復(fù)雜且周期時(shí)間長(zhǎng)，在面向硬件的發(fā)展模式的傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中，這張龐大的網(wǎng)絡(luò)編織缺乏靈活性和靈敏性，無法實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)度網(wǎng)絡(luò)資源。未來網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展面臨諸多的挑戰(zhàn)：（1）業(yè)務(wù)量快速增長(zhǎng)（互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展速度已經(jīng)超過摩爾定律）；（2）4K、8K、AR、VR等業(yè)務(wù)的高速率、低延時(shí)需求；（3）工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，互聯(lián)網(wǎng)與實(shí)體經(jīng)濟(jì)的融合。這些挑戰(zhàn)不斷的對(duì)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提出新的要求，網(wǎng)絡(luò)也將借此進(jìn)行技術(shù)、管理、組織等多層面的自我革新，虛擬化技術(shù)、軟件定義網(wǎng)絡(luò)將是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的核心技術(shù)[1]。

1 NFV 原理和框架概述

1.1 NFV

NFV（Network Functions Virtualization）將意為網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，借助虛擬化IT 技術(shù)，基于大型的的共享成品服務(wù)器，將傳統(tǒng)的CT 業(yè)務(wù)重新部署到云平臺(tái)上（虛擬機(jī)平臺(tái)，通過物理硬件虛擬而成，兼容CT 和IT應(yīng)用），通過廣泛定義的（軟件）接口使得網(wǎng)絡(luò)可以執(zhí)行程序化功能，從而提升網(wǎng)絡(luò)部署的統(tǒng)一性、標(biāo)準(zhǔn)型、快捷性及靈活性。

NFV 的架構(gòu)包含3 個(gè)組成部分：NFVI（網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施）、VNF（虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能）及MANO（管理與編排）。圖1 為NFV 框架及三大組件。

圖1 NFV 框架及三大組件

1.2 NFVI

NFVI 為虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）提供虛擬化的資源，涵蓋網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境中的所有硬件和軟件資源，NFVI 分為兩部分：構(gòu)成基礎(chǔ)設(shè)施的硬件資源及虛擬化實(shí)例。NFVI 包括了虛擬機(jī)管理軟件和硬件，是每個(gè)服務(wù)器上的虛擬計(jì)算、虛擬存儲(chǔ)、虛擬網(wǎng)絡(luò)能力的直接提供者，從邏輯上將資源劃分并提供給VNF 使用，從而將軟硬件解耦[2]。

1.3 VNF

VNF 即虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能模塊，是NFV 網(wǎng)絡(luò)功能概念在邏輯上的結(jié)果。VNF 由在NFV 基礎(chǔ)架構(gòu)（NFVI）之上運(yùn)行軟件的VM 組成，如存儲(chǔ)、通用硬件或基礎(chǔ)云設(shè)施。每個(gè)物理網(wǎng)元通過虛擬化技術(shù)和COST 硬件映射為一個(gè)虛擬網(wǎng)元VNF，其中每一個(gè)或多個(gè)虛擬化的網(wǎng)絡(luò)功能模塊組成了VNF 組件，該組件的實(shí)例被1：1地映射到單個(gè)虛擬化容器中[3]。

1.4 MANO

云管理（MANO）是整個(gè)系統(tǒng)的管理和控制層，提供了NFV 的整體編排和管理，線上接入BSS/OSS。MANO 由三部分組成：VIM、VNFM 和NFVO。

NFV Orchestrator 用以管理網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)（Network Service，NS）生命周期，并協(xié)調(diào)NS、VNF 生命周期及NFVI 各類資源的管理（需得到對(duì)應(yīng)管理器VIM 的支持），對(duì)VNF 和NFVI 所提供的端到端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)進(jìn)行管理、編排以及自動(dòng)化操作，以此確保所需各類資源與連接的優(yōu)化配置。一般由一個(gè)Orchestrator 對(duì)NFV 服務(wù)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行總體的管理[4]。

VNF Manager 負(fù)責(zé)管理VNF 的生命周期，功能有實(shí)例化、查詢、升級(jí)、擴(kuò)展及終止。VNFM 基于VNFD（VNF 描述）來管理VNF。

VIM 用來管理NFVI，控制VNF 的虛擬資源的分配，功能包括了硬件資源管理與監(jiān)控、虛擬化資源管理與監(jiān)控以及硬件資源與虛擬化資源的故障管理。VIM常常是虛擬層的一部分，并非獨(dú)立的方案，為底層虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施（虛擬主機(jī)、虛擬存儲(chǔ)和虛擬網(wǎng)絡(luò)）提供了可視化管理和資源管理，企業(yè)使用的VMWare 和Openstack 都可以作為VIM。

2 NFV 的優(yōu)勢(shì)

NFV 通過統(tǒng)一的虛擬化軟、硬件平臺(tái)，使軟件功能與硬件功能解耦，實(shí)現(xiàn)設(shè)備硬件資源的高效利用，使得網(wǎng)絡(luò)功能靈活智能化。NFV 的優(yōu)點(diǎn)主要體現(xiàn)在如下3 點(diǎn)。

第一，軟硬件解耦、硬件通用化、簡(jiǎn)化運(yùn)維。通用服務(wù)器將降低硬件成本，故障發(fā)生時(shí)，由于基礎(chǔ)設(shè)施的共享性，可以快速簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)流量遷移，保障系統(tǒng)整體的健壯性。使用同一標(biāo)準(zhǔn)硬件從而淘汰雜而多的不同廠商硬件，提升網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能的同時(shí)也減少了設(shè)備成本及能源開銷。此外，面向軟件的模式可以靈活地調(diào)配功能，具備更多的可擴(kuò)展性。

第二，賦能網(wǎng)絡(luò)，快速故障診斷、資源彈性擴(kuò)容。NFV 系統(tǒng)能自動(dòng)地診斷故障，網(wǎng)絡(luò)一旦出現(xiàn)問題，NFV 系統(tǒng)能夠保證虛擬網(wǎng)元快速地恢復(fù)正常，從而保證服務(wù)的有效性和連續(xù)性。同時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)情況自動(dòng)執(zhí)行擴(kuò)容、縮容及其他命令，保障網(wǎng)絡(luò)的彈性及穩(wěn)定性。

第三，滿足快速創(chuàng)新、適配新業(yè)務(wù)述求。NFV 軟硬件解耦的特性，使得系統(tǒng)能根據(jù)客戶的需求和業(yè)務(wù)的變化，快速便捷地進(jìn)行相關(guān)服務(wù)的關(guān)閉、遷移、擴(kuò)展和配置，極大地提高了靈活性及敏捷性[5]。

3 NFV 發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

不久前結(jié)束的巴塞羅那MWC 展會(huì)上，幾乎所有的CT 與IT 廠商均把SDN 與NFV 作為降低通信成本的戰(zhàn)略方向，提出了針對(duì)性的產(chǎn)品和方案。而NFV 對(duì)于運(yùn)營(yíng)商的意義遠(yuǎn)不止于文中所述。通過NFV 的引入，實(shí)現(xiàn)ICT 產(chǎn)業(yè)2.0，從而實(shí)現(xiàn)在與OTT 的博弈中占據(jù)有利地位，創(chuàng)造出新的商業(yè)模式來滿足市場(chǎng)需求，重新站到產(chǎn)業(yè)鏈核心位置。雖然NFV 被運(yùn)營(yíng)商寄予厚望，但是距離產(chǎn)業(yè)化、商用化仍有一定的距離，在思維模式、技術(shù)與運(yùn)營(yíng)組織上存在許多挑戰(zhàn)。

（1）思維模式的挑戰(zhàn)。NFV 的核心思維是“分離”和“解耦”，將網(wǎng)絡(luò)中使用的軟、硬件進(jìn)行分離，各自解耦發(fā)揮最大功效。傳統(tǒng)的通信思維強(qiáng)調(diào)的是等級(jí)、分層與全程全網(wǎng)，而來自互聯(lián)網(wǎng)與IT 的虛擬化則強(qiáng)調(diào)的是開放、平等。這是兩個(gè)完全不同的思維模式。當(dāng)前通信網(wǎng)絡(luò)正在經(jīng)歷一次質(zhì)變，通信工程師對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)中“網(wǎng)”的認(rèn)知也必須隨之升級(jí)，從面向硬件的模式轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蜍浖哪Ｊ健Ｐ枰獣r(shí)間與勇氣去打破傳統(tǒng)思維壁壘。

（2）技術(shù)上的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商提供的業(yè)務(wù)構(gòu)建在一套完善標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)之上，由于硬件虛擬化技術(shù)的應(yīng)用，基于NFV 的寬帶網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)將發(fā)生實(shí)質(zhì)性的變化。新的架構(gòu)產(chǎn)生了新的邏輯功能單元（如VNFO、VNFM、VIM），這些功能單元之間、功能單元與VNF 及VM 之間均產(chǎn)生了新的接口。在虛擬化的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境之下，哪些接口可以采用私有接口不進(jìn)行開放，哪些接口需要進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，這些問題尚待明確，NFV 標(biāo)準(zhǔn)仍未成熟。

（3）運(yùn)營(yíng)和組織的挑戰(zhàn)。運(yùn)營(yíng)商如何適應(yīng)新的BOSS 格局，保持與底層基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的客戶和服務(wù)視圖？NFV 是否與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成，并提供統(tǒng)一的一表板和檢測(cè)視圖？如何去推倒現(xiàn)有傳輸/無線/數(shù)據(jù)等專業(yè)來劃分崗位的機(jī)制，加強(qiáng)與研發(fā)部門、信息化部門與網(wǎng)絡(luò)部門之間的分工合作，設(shè)立CIO 等類似崗位？

4 結(jié)論

軟件對(duì)于運(yùn)營(yíng)商是一個(gè)新鮮事物，NFV 將網(wǎng)絡(luò)功能從硬件中解耦出來，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能的靈活部署與應(yīng)用。NFV 能快速地賦能網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)化運(yùn)維，快速響應(yīng)網(wǎng)絡(luò)變化及業(yè)務(wù)發(fā)展需求，無疑是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的趨勢(shì)，然而在運(yùn)營(yíng)商的商業(yè)化部署過程中，仍將面對(duì)許多網(wǎng)絡(luò)革新帶來的未知與挑戰(zhàn)。