NFV技術及網(wǎng)元生命周期管理分析

謝淑琳

（北京交通大學，北京 100089）

關鍵字：網(wǎng)絡功能虛擬化；VNF；生命周期管理

0 引 言

5G時代的到來和移動網(wǎng)絡設備的增加導致網(wǎng)絡流量大幅度增長，當前核心網(wǎng)的模式封閉僵化、資源無法共享且網(wǎng)元部署缺乏彈性。為了提高網(wǎng)絡通信的質(zhì)量，需要對網(wǎng)絡架構(gòu)進行改造，但在當前核心網(wǎng)模式的基礎上進行修改會導致網(wǎng)絡設備數(shù)量多而復雜，增加后續(xù)維護和升級的難度。因此引入NFV技術，網(wǎng)元功能以軟件的方式實現(xiàn)，硬件資源通過虛擬化技術進行虛擬化[1-3]。網(wǎng)元可以自動化部署，虛擬化的資源可以共享，電信運營商的運營成本會大大降低。

1 框架簡介

傳統(tǒng)網(wǎng)絡架構(gòu)中，網(wǎng)元依賴專用硬件設備，引入NFV技術后專有硬件設備被通用X86服務器替代。網(wǎng)元設計成軟件的形式，硬件資源虛擬化后創(chuàng)建虛擬機，將網(wǎng)元部署在虛擬機上。圖1所展示的NFV架構(gòu)是在中國移動根據(jù)歐洲電信標準化協(xié)會（European Telecommunication Standard Institute，ETSI）所提出的NFV架構(gòu)的基礎上擴展得到的。

圖1 核心網(wǎng)云管理平臺系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

NFV架構(gòu)有6大模塊，分別為操作維護中心（Operation and Maintenance Center，OMC）、虛擬化網(wǎng)絡功能（Virtualized Network Function，VNF）、虛擬化基礎設施（Virtualized Network Function Infrastructure，VNFI）、虛擬化網(wǎng)絡功能編排（Network Funcation Virtualization Ochestrater，NFVO）、虛擬化網(wǎng)絡功能管理（Virtualized Network Function Manager，VNFM）以及虛擬化基礎設施管理（Virtual Infrastructure Management，VIM）。

其中，在物理網(wǎng)元和虛擬網(wǎng)元發(fā)生故障或?qū)W(wǎng)元的性能和配置進行管理時都由OMC負責，而且OMC還要配合VNFM對虛擬網(wǎng)元進行生命周期管理。VNF和傳統(tǒng)物理網(wǎng)元的功能一樣，是以軟件的方式進行實現(xiàn)，例如虛擬化服務網(wǎng)關S-GW和PCRF等。NFVI為VNF提供運行所需要的資源，包括硬件資源和軟件資源，硬件資源經(jīng)過中間層的虛擬化技術變?yōu)樘摂M計算、存儲及網(wǎng)絡等。NFVO+是在標準NFVO的基礎上加入了對虛擬網(wǎng)元的FCAPS管理能力，標準NFVO負責對網(wǎng)絡服務的管理，配合VNFM和VIM可以實現(xiàn)網(wǎng)元生命周期管理。VNFM的功能是實現(xiàn)VNF的生命周期管理，包括VNF實例化、彈性擴縮容以及VNF實例終止等。VIM負責對底層的硬件資源和虛擬資源進行管理監(jiān)控，發(fā)生故障時及時上報，同時接收VNFM的請求進行資源創(chuàng)建或釋放[4,5]。

2 VNF生命周期管理

VNF從自動部署到擴縮容以及實例終止整個生命周期流程都需要由VNFM進行管理，這里主要介紹VNF的實例化和彈性擴縮容流程。

2.1 VNF實例化

在VNF實例化之前要保證VNF包已經(jīng)上載到VNFM中，同時鏡像也要下發(fā)到VIM中，VNF實例化流程如圖2所示。

圖2 VNF實例化流程

具體流程說明如下：

（1）操作員在NFVO+界面選擇需要實例化的VNF。

（2）NFVO+查詢VNFR信息。

（3）如果該VNFR未執(zhí)行資源預留，那么NFVO+調(diào)用C6：QueryVNFD Req接口，接口中含VNF Package ID，到VNFM查詢VNFD信息。

（4）VNFM查詢本地保存的VNFD信息。

（5）VNFM返回C6：QueryVNFD Response，包含VNFD的詳細信息和可調(diào)整的參數(shù)。

（6）NFVO+在實例化頁面展示VNFD信息，調(diào)用C6：InstantiateVNF接口，請求VNFM實例化VNF。

（7）VNFM收到請求后創(chuàng)建實例化任務，生成JobID，返回給NFVO+。

（8）VNFM分析對應的VNF包，從VNF包中獲取VNFD的信息，得到VNF實例化需要的資源。

（9）VNFM向NFVO+發(fā)送資源授權(quán)請求。

（10）NFVO+根據(jù)當前情況決定是否接受VNFM的授權(quán)請求。

（11）VNFM向NFVO+發(fā)送創(chuàng)建虛擬資源的請求。

（12）NFVO+向VIM發(fā)送通知創(chuàng)建虛擬資源。

（13）VIM進行資源創(chuàng)建，向NFVO+發(fā)送C7：PushVmChanges請求，告訴NFVO+自身的資源變化。

（14）NFVO+向VIM返回響應。

（15）虛擬機創(chuàng)建成功后，VNFM對VNF的參數(shù)進行部署和配置。

（16）VNFM向NFVO+發(fā)送VNF實例化成功后包含的虛擬資源。

（17）NFVO+向VNFM返回響應。

（18）VNFM通知OMC對實例化成功的VNF進行管理。

（19）OMC向VNFM返回響應。

（20）OMC將新實例化的VNF添加到管理對象。

（21）OMC對VNF進行應用參數(shù)的配置。

（22）操作人員在顯示界面查看實例化的結(jié)果。

2.2 VNF自動擴縮容流程

為了適應不同業(yè)務流量，VNF需要擴縮容，增加或減少VNF需要的資源。彈性擴縮容分為自動和手動兩種情況，其中自動擴縮容需要設置好特定的策略，流程如圖3所示。

圖3 VNF自動擴縮容

具體流程說明如下：

（1）VNFM中已經(jīng)存在VNF的擴縮容策略并且已經(jīng)激活。

（2）VNFM/OMC監(jiān)測VNF性能，并和擴縮容策略進行匹配。

（3）達到擴縮容條件，VNFM/OMC觸發(fā)VNF擴縮容。

（4）VNFM發(fā)送C6：VNFMEventNotification接口，告知NFVO+要對VNF進行擴縮容。

（5）NFVO+返回響應。

（6）VNFM向NFVO+發(fā)送資源授權(quán)請求。

（7）NFVO+檢查是否允許該實例進行擴縮容操作。

（8）VNFM告知OMC有VNF要進行擴縮容。

（9）OMC向VNFM返回VNF擴縮容預通知，指示是否允許后續(xù)擴縮容操作。

（10）VNFM向NFVO+發(fā)送創(chuàng)建/刪除虛擬資源的請求。

（11）NFVO+向VIM發(fā)送創(chuàng)建/刪除虛擬資源的請求。

（12）VIM向NFVO+發(fā)送C7：PushVmChanges請求。

（13）NFVO+向VIM返回響應。

（14）擴縮容成功后，VNFM對VNF重新進行參數(shù)配置。

（15）VNFM檢查VNF，確定是否擴縮容成功。

（16）VNFM向NFVO發(fā)送VNF當前資源變化的通知。

（17）NFVO+向VNFM返回響應。

（18）VNFM向OMC發(fā)送VNF擴縮容結(jié)果通知。

（19）OMC向VNFM返回VNF擴縮容結(jié)果通知響應。

（20）OMC更新管理對象。

（21）OMC對擴縮容后的VNF重新進行參數(shù)配置。

3 結(jié) 論

NFV技術從一開始提出就備受關注，它可以很好地解決傳統(tǒng)核心網(wǎng)架構(gòu)的弊端，但同時也存在一定的缺點。硬件資源虛擬化和網(wǎng)元功能軟件化可以實現(xiàn)網(wǎng)元的軟硬件解耦，保證網(wǎng)元的快速部署與資源共享。FV架構(gòu)中各模塊之間的接口采用私有化還是標準化、NFV技術如何保證系統(tǒng)的可靠性等都是未來需要考慮的問題。