通信云三層解耦研究

胡 祎，張 奎，張世華，趙以爽，申 佳（中訊郵電咨詢設計院有限公司鄭州分公司，河南鄭州 450007）

1 概述

以5GC 網絡部署為契機，運營商大力推動網絡上云、業務上云，網絡云化進程在加速。基于網絡功能虛擬化（NFV）技術架構體系，運營商布局構建了通信云。當前運營商通信云主流建設方式基本上是采用軟硬兩層解耦，這樣做降低了集成難度、減少了異廠家對接工作量、滿足了5GC 等業務商用部署初期快速交付的要求。但是也帶來了新的問題，在通信云資源池內存在多廠家技術架構，各廠家業務的計算、存儲、網絡資源需要獨立規劃部署，形成了事實上的軟煙囪，資源池內的資源無法完全共享、調度，不利于多業務融合部署、資源池統一技術棧發展和統一運維管理。

基于資源共享和統一資源運營的要求，通信云要向三層解耦目標演進，基于統一NFV 云平臺技術架構搭建通信云，滿足多廠家網絡設備云化統一部署的要求，實現資源池的集約、收斂，提升通信云資源運營效率。

2 通信云三層解耦分析

2.1 通信云分層架構

通信云基于NFV 標準架構進行構建，整體架構如圖1 所示，縱向分為3 層：硬件層、虛擬化層、虛擬網絡功能層，橫向增加一個管理編排域。

圖1 通信云分層架構

a）通用硬件：硬件資源包括計算、存儲和網絡設備等。

b）虛擬化層：虛擬化中間件對硬件資源進行抽象，將物理硬件的計算、存儲和網絡通信資源進行池化，并以虛擬機和虛擬網絡的形式提供給應用（即虛擬化的網元功能VNF），實現VNF 應用軟件和底層硬件的解耦，保證VNF 可以部署在不同的通用硬件資源上。

c）VNF：VNF 指將傳統網元設備虛擬化并運行在虛擬機上的軟件應用。

d）管理編排域（MANO）包括VIM/PIM、VNFM、NFVO，分別完成對NFVI、VNF 和NS 等3 個層次的管理。

（a）NFVO：主要負責全網的網絡服務、虛擬資源和策略的編排部署和管理。

（b）VNFM：實現VNF 生命周期管理，包括VNF 實例化、擴縮容、升級、終止等。

（c）VIM：實現NFVI 基礎設施資源管理，包括VM資源管理和分配，實現對NFVI 資源的監控、故障、性能信息收集和上報。

（d）PIM：實現對基礎設施中的通用硬件設備進行管理。

目前由于網元VNF 廠家的定制化要求，運營商通信云均采用VNF 廠家提供的云平臺（虛擬化層/VIM/PIM）。這些云平臺在功能、性能、可靠性、安全、運維等方面做了電信級的增強，由于缺乏統一的國際標準和企業標準，各廠家按照各自的理解來實現，由此帶來了一些解耦的障礙。

2.2 三層解耦接口分析

通信云三層解耦涉及到的接口包括虛擬化層與硬件層的接口、網元層與虛擬化層的接口、網元層內部接口、網元層與NFVO 的接口、MANO 接口。通信云三層解耦接口如圖2所示。

圖2 通信云三層解耦接口

2.2.1 虛擬化層與硬件層接口

a）Pm-Ha：負責對服務器、存儲、網絡等設備的監控和管理。

b）Vi-Ha：Hypervisor 與硬件資源間的接口，為VNF 創建執行環境（VM），并收集相關硬件資源狀態信息。

c）Nf-Vi：VIM 通過Nf-Vi 接口與NFVI 資源交互，對計算、存儲和網絡NFVI 資源的狀態進行管理和監控。

2.2.2 網元層與虛擬化層接口

Vn-Nf：虛擬化層向上層VNF 提供執行環境（VM），不承擔任何特定的控制協議，保證硬件獨立的生命周期以及VNF的功能和性能要求。

2.2.3 網元層內部接口

a）Ve-Vnfm-Vnf：VNFM 通過Ve-Vnfm-Vnf 接口與VNF 進行交互，實現VNF 實例的配置。此外，VNF通過此接口將性能、告警信息轉發給VNFM。

b）Ve-Vnfm-Em：VNFM 通過Ve-Vnfm-Em 接口與EMS 交互，實現VNF 實例信息變化及時通知EMS，并將虛擬化資源的故障信息、性能信息轉發給EMS。

2.2.4 網元層與NFVO接口

Nfvo-Em：VNF 網元上報信息需滿足網管北向接口要求。

2.2.5 MANO接口

a）Or-Vnfm：NFVO 通過Or-Vnfm 接口與VNFM交互，實現對VNFM 資源分配申請的認證授權、配合VNFM實現VNF實例生命周期管理。

b）Or-Vi：NFVO 通過Or-Vi 接口與VIM 交互，實現對VNF 與PNF 以及VNF 相連網絡資源的分配和管理，對計算、存儲和網絡硬件資源及虛擬化資源的性能KPI采集、狀態監控、資源變化和故障上報。

c）Vi-Vnfm：VNFM 通過Vi-Vnfm 接口與VIM 交互，實現對VNF 相關計算、存儲和網絡虛擬化資源的分配和釋放，虛擬化資源故障信息的上報，虛擬化資源性能信息的收集。

d）Os-Ma-Nfvo：NFVO 通 過Os-Ma-Nfvo 接 口 與OSS/BSS 交互，實現對NSD 管理、NS 生命周期管理、VNF 生命周期管理、策略管理、性能管理、故障管理等。

通信云三層解耦接口解耦說明如表1所示。

表1 通信云三層解耦接口解耦說明

目前虛擬化層與硬件層的解耦已經實現，需要進一步推動網元層與虛擬化層解耦、網元層內部解耦、網元層與NFVO 解耦以及MANO 間的解耦。三層解耦涉及的主要接口包括表1 中的4、5、6、7、8、9、10，總體上都有相應的國際標準或企業標準，但沒有經過成熟的測試和部署。

3 通信云解耦策略

3.1 總體解耦策略

通信云并非為了三層解耦而解耦，解耦的目的是實現資源共享、統一資源池技術棧、統一管理、統一監控、統一運營。因此沒有必要把所有接口都打開解耦，還要綜合考慮網絡部署和運維的復雜度，網絡運行的安全性和可靠性。經過分析，總體解耦策略建議如下：

a）通信云資源池是基礎底座，建議通信云資源池內統一云平臺（虛擬化層/VIM/PIM）。

b）NFVO 作為通信云的核心和大腦，負責全部網絡功能的管理和全局資源視圖，管理所有網元和虛擬資源的告警/性能、端到端告警關聯分析等；為了降低測試和部署復雜度，建議統一部署NFVO，并且和云平臺同廠家部署。

c）考慮到VNFM、EMS 跟VNF 網元關聯性比較強，因此建議EMS、VNFM一般與VNF同廠家部署。

d）在統一云平臺、統一NFVO 的基礎上，重點對網元層與云平臺和NFVO 等進行解耦，承接第三方業務網元。

通信云三層解耦示意圖如圖3所示。

圖3 通信云三層解耦示意圖

3.2 分業務的解耦策略

目前通信云主要承載的業務包括核心網（5GC/IMS 等）、業務平臺（5G 消息平臺、視頻彩鈴、VoLTE 短信網關等），根據業務特點、運營主體等方面的差異，核心網和業務平臺可以分別部署到核心網通信云資源池和業務平臺通信云資源池，不同的資源池解耦策略略有差異。

3.2.1 核心網通信云資源池的解耦策略

核心網（5GC/IMS）都是采用NFV 架構，廠家VNF都會自帶VNFM，核心網的三層解耦主要是VNF 和云平臺、VNFM 和NFVO 的解耦，需要推動Vn-Nf、Nfvo-Em、Vi-Vnfm、or-Vnfm 等接口解耦，進而推動核心網云平臺的收斂。

3.2.2 業務平臺通信云資源池的解耦策略

目前虛擬化的業務平臺多以非NFV 架構為主，但是也有向NFV 架構演進的趨勢，部分業務平臺如5G消息已經按NFV架構部署。

對于采用NFV架構的業務平臺解耦部署有2種方式。

方式1：如果第三方業務網元廠家自帶S-VNFM，就需要開放Vn-nf、Nfvo-Em、Vi-Vnfm、or-Vnfm 接口，實現第三方業務VNF 和云平臺、第三方EMS 與NFVO、S-VNFM與VIM、NFVO的解耦。

方式2：如果第三方業務網元廠家不提供VNFM，就需要由云平臺廠家提供通用G-VNFM，開放Vn-nf、Nfvo-Em、Ve-Vnfm-vnf、Ve-Vnfm-em 接口，實現第三方業務VNF和云平臺、第三方EMS與NFVO、G-VNFM與VNF、EMS 的解耦。G-VNFM 需要云平臺廠家VN?FM按照規范要求改造升級，支持適配第三方業務。

對于非NFV 架構的業務平臺，由云平臺廠家采用手工拉VM 方式部署第三方業務平臺網元。業務平臺需要按照云平臺廠家提供的第三方APP/VNF 集成模板提出資源需求等，并且需要提供與云平臺版本兼容適配的GuestOS版本、VM規格、VM鏡像等。

3.3 三層解耦推進建議

通信云三層解耦需要從技術規范、測試驗證、現網試點、商用部署、運維管理等幾個方面協同推進。

3.3.1 技術規范

目前國際和國內標準針對NFV 功能等都有要求，但是對于功能的具體要求、命名規范、接口的協議和參數定義，還需要進一步細化；建議運營商首先要完善技術規范，對功能要求、功能接口名稱進行規范，詳細定義、明確要求接口協議和參數等，要求各廠家按照統一規范對云平臺、網元、MANO等功能組件及接口參數定義進行修改，在技術層面掃除三層解耦的障礙。

3.3.2 測試驗證

建立統一的驗證測試環境，協同多廠家進行驗證；為減少對接測試的復雜度和工作量，建議可先選1～2 家成熟穩定的云平臺廠家，重點是對異廠家網元與云平臺以及MANO 間的測試驗證工作。測試驗證要全面、充分，除了對三層解耦的性能、功能進行測試驗證外，還需要進行安全、可靠性和運維等方面的測試驗證。

3.3.3 現網試點

在完成內場測試驗證后，可以考慮在外場選取1～2 個地點進行現網試點，選取試點要充分考慮廠家組合和解耦方案的全面性，對試點中遇到的問題要充分暴露，然后進行歸納、總結、分析，提出解決方案，形成解耦問題案例庫，為后續推廣部署積累經驗。

3.3.4 商用部署

在實際商用部署階段，要根據解耦廠家的情況，提前考慮版本適配、責任分工界面、對接調測等工程實施方面的問題，規范異廠家對接集成的標準流程，選擇集成能力強的廠家主導項目實施，建立工程協調機制，保障集成部署順利推進。

3.3.5 運維管理

三層解耦后，面臨硬件、虛擬化層、VNF 異廠商跨層告警關聯、故障定位、處理的難題，這就要求運營商做好MANO和OSS協同，建立新管理運維模式，打造新型運維流程。運營商要協同各層級廠家，制定跨層運維規范，標準化縱向運維接口，建立清晰的界面分工流程和仲裁機制，構建端到端的運維工具手段，提升跨層告警關聯分析、故障聯動處理的能力。

4 結束語

從目前產業發展情況來看，通信云NFV 三層架構本身已經驗證沒有問題，三層解耦雖然面臨著一些挑戰，但卻是運營商普遍認可的目標和方向，而且已經不乏個別成功案例，運營商需要進一步規范要求、提前測試驗證，通過現網試點，逐步推動三層解耦走向成熟，實現網絡的全面云化。