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1 “互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代網(wǎng)絡(luò)面臨的挑戰(zhàn)

2015年，李克強(qiáng)總理在政府工作報(bào)告中，首次提出了“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)計(jì)劃，標(biāo)志著“互聯(lián)網(wǎng)+”上升到了國(guó)家戰(zhàn)略層面，引起社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。“互聯(lián)網(wǎng)+”代表一種新的經(jīng)濟(jì)形態(tài)，重點(diǎn)是推動(dòng)信息化與工業(yè)化的深度融合，特別是打造制造業(yè)的升級(jí)版，也包括深化消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”的核心是“互聯(lián)網(wǎng)+”傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，深層目的是產(chǎn)業(yè)升級(jí)+經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。本文重點(diǎn)探討“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代互聯(lián)網(wǎng)本身面臨的挑戰(zhàn)，采用SDN/NFV技術(shù)如何來(lái)應(yīng)對(duì)這些挑戰(zhàn)。

互聯(lián)網(wǎng)從發(fā)明到現(xiàn)在，已經(jīng)有45年的歷史了。但前25年主要限于學(xué)術(shù)和專業(yè)應(yīng)用，自1994年瀏覽器技術(shù)出現(xiàn)后其影響才擴(kuò)展到全球。近年來(lái)，隨著云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、視頻流量的快速增長(zhǎng)，互聯(lián)網(wǎng)面臨著全新的挑戰(zhàn)。

首先，互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用層出不窮，云服務(wù)無(wú)處不在。消費(fèi)者和企業(yè)實(shí)現(xiàn)了在日常生活和工作中可以即時(shí)按需接入應(yīng)用和獲取信息。2015年，騰訊QQ用戶8億，微信用戶5億。滴滴打車(chē)等互聯(lián)網(wǎng)交通模式已經(jīng)深入人心，互聯(lián)網(wǎng)金融也風(fēng)生水起。物理與數(shù)字世界的連接、滲透和融合也更加緊密。VR/AR將讓物理世界和數(shù)字世界無(wú)縫對(duì)接，AI讓數(shù)字世界變得更有序、更智慧。所有的這些要求讓互聯(lián)網(wǎng)變得更快捷、更智能、更安全。

其次，互聯(lián)網(wǎng)用戶激增，豐富的應(yīng)用和技術(shù)的進(jìn)步對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高要求。2015年，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)流量同步增長(zhǎng)103%，月戶均流量達(dá)到389MB。云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、4G/5G等新技術(shù)的發(fā)展加大了對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的提升要求，預(yù)計(jì)5G時(shí)代峰值速率期望達(dá)到10Gb/s，比3G快700倍，比4G快100倍。視頻向4K演進(jìn)，用戶點(diǎn)播碼率相當(dāng)于數(shù)十個(gè)標(biāo)清用戶，單用戶的帶寬要求達(dá)到30～40Mb/s。VR/AR從線下逐步發(fā)展為在線業(yè)務(wù)，單用戶要求超過(guò)100Mb/s。超寬帶時(shí)代已經(jīng)來(lái)臨。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)僵化、封閉的缺陷被逐漸放大[1]。

最后，隨著復(fù)雜多變的業(yè)務(wù)應(yīng)用對(duì)用戶習(xí)慣的培養(yǎng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)運(yùn)維能力也提出嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。比如天貓雙十一搶購(gòu)、春晚直播等產(chǎn)生的流量具有事件性、突發(fā)性，給網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)巨大壓力。當(dāng)前的網(wǎng)絡(luò)已成為業(yè)務(wù)的管道，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容不可知、行為不可控、過(guò)程不可管。新的業(yè)務(wù)上線周期長(zhǎng)，創(chuàng)新業(yè)務(wù)上線緩慢。這些都對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)提出更高要求[2]。

“互聯(lián)網(wǎng)+”時(shí)代，對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出的新要求體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。1)支持海量的互聯(lián)網(wǎng)連接。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，要求隨時(shí)隨地的海量連接保證，預(yù)計(jì)到2020年，全球?qū)⒊^(guò)500億端的移動(dòng)連接。2)支持跨域和多樣化的帶寬、性能保證。各種互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用對(duì)帶寬的要求不同，面對(duì)流量的突發(fā)，網(wǎng)絡(luò)要能進(jìn)行敏捷的調(diào)整、適應(yīng)。3)低延時(shí)、高可靠性的要求。比如互聯(lián)網(wǎng)金融證券高頻交易要求網(wǎng)絡(luò)時(shí)延低于1ms。能源、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域?qū)W(wǎng)絡(luò)的健壯性、安全性也提出了更高要求。4)網(wǎng)絡(luò)的可定制與業(yè)務(wù)快速開(kāi)通。互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)面對(duì)的是一個(gè)高度競(jìng)爭(zhēng)的行業(yè)。要求網(wǎng)絡(luò)快速反應(yīng)、功能可定制、業(yè)務(wù)快速開(kāi)通。當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的剛性結(jié)構(gòu)不能滿足。

2 SDN/NFV發(fā)展趨勢(shì)

2.1 SDN/NFV技術(shù)起源

軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)的思想最早來(lái)自于學(xué)術(shù)界，可以追溯到2006年。斯坦福大學(xué)Martin Casado領(lǐng)導(dǎo)了Ethane項(xiàng)目，該項(xiàng)目的主要思路是通過(guò)一個(gè)集中式的控制器讓網(wǎng)絡(luò)管理員可以方便地定義基于網(wǎng)絡(luò)流的安全控制策略，并將這些安全策略應(yīng)用到各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)通訊的安全控制。受此思路的啟發(fā)，2008年，Martin Casado和他的導(dǎo)師Nick Mckeown在SIGCOMM會(huì)議上發(fā)表文章“OpenFlow：Enabling Innovation in Campus Networks”，首次提出將OpenFlow協(xié)議用于校園網(wǎng)絡(luò)的試驗(yàn)創(chuàng)新。OpenFlow開(kāi)始正式進(jìn)入人們的視野，SDN呼之欲出。SDN在工業(yè)界的發(fā)展最早可以追溯到2011年初，在德國(guó)電信、微軟等企業(yè)的推動(dòng)下，共同成立了開(kāi)放網(wǎng)絡(luò)基金會(huì)(Open Networking Foundation，ONF)。ONF致力于推動(dòng)SDN架構(gòu)、技術(shù)的規(guī)范和發(fā)展工作，并在2012年4月發(fā)布了SDN白皮書(shū)。2012年是SDN發(fā)展過(guò)程中里程碑式的一年，谷歌宣布其主干網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)全面運(yùn)行在OpenFlow上，并且通過(guò)10G網(wǎng)絡(luò)鏈接分布在全球各地的12個(gè)數(shù)據(jù)中心，使廣域網(wǎng)線路的利用率從30%提升到接近100%；德國(guó)電信也在2016年宣布部署SDN。這些實(shí)踐引起了業(yè)界的廣泛關(guān)注。

NFV起步更晚一些。2012年，在多家運(yùn)營(yíng)商的主導(dǎo)下，通過(guò)ETSI發(fā)布關(guān)于NFV的技術(shù)白皮書(shū)。NFV的目標(biāo)是采用業(yè)界通用的硬件加軟件的方式實(shí)現(xiàn)各種網(wǎng)絡(luò)功能，通用硬件包括各種基于X86架構(gòu)的服務(wù)器和各種通用的以太網(wǎng)交換機(jī)等廉價(jià)設(shè)備。NFV意味著各種網(wǎng)絡(luò)功能將以軟件方式交付給運(yùn)營(yíng)商，而網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商只需要在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心環(huán)境下安裝、運(yùn)行并維護(hù)該軟件即可[3]。

SDN和NFV有很多相似之處，它們的核心之處都在于軟件和硬件分離，同時(shí)，盡量采用標(biāo)準(zhǔn)的硬件和獨(dú)立開(kāi)發(fā)的軟件，強(qiáng)調(diào)業(yè)務(wù)的開(kāi)放與創(chuàng)新。但SDN更側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)的調(diào)度，是一個(gè)整網(wǎng)的概念；而NFV強(qiáng)調(diào)的是網(wǎng)絡(luò)功能的虛擬化，可以單點(diǎn)實(shí)施，通過(guò)協(xié)調(diào)層形成業(yè)務(wù)功能鏈。

2.2 SDN/NFV發(fā)展趨勢(shì)

SDN/NFV是變革性的技術(shù)，它們的出現(xiàn)改變了傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的游戲規(guī)則。就像多年前IT產(chǎn)業(yè)從封閉走向開(kāi)放一樣?？v觀SDN/NFV的發(fā)展，將呈現(xiàn)以下趨勢(shì)[4]。

1)商用部署加快。2016年，SDN在云服務(wù)提供商和通信服務(wù)提供商數(shù)據(jù)中心的部署比例將從2015年的20%提高到60%，同時(shí)，SDN的企業(yè)采用率預(yù)計(jì)將從6%提升至23%。預(yù)計(jì)至2019年，應(yīng)用于數(shù)據(jù)中心和企業(yè)局域網(wǎng)SDN領(lǐng)域的以太網(wǎng)交換機(jī)和控制器收入將達(dá)到122億美元，其中交換機(jī)占82億美元，SDN控制器占40億美元。NFV軟硬件市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)到2019年將達(dá)到116億美金，其中NFV軟件占80%。

2)SDN和NFV的有機(jī)結(jié)合，構(gòu)建云網(wǎng)協(xié)同的新型網(wǎng)絡(luò)。特別是在控制面，SDN/NFV本身就有很多相似的技術(shù)。通過(guò)NFV的功能虛擬化計(jì)算，可以作為SDN調(diào)度網(wǎng)絡(luò)的策略輸入?；赟DN-O和NFV-O的E2E業(yè)務(wù)鏈技術(shù)，成為電信網(wǎng)絡(luò)全面開(kāi)放化、業(yè)務(wù)部署敏捷化的殺手锏。

3)塑造SDN/NFV全產(chǎn)業(yè)鏈。建立包含運(yùn)營(yíng)商、電信設(shè)備商、互聯(lián)網(wǎng)公司、IT廠商、軟件開(kāi)發(fā)商、芯片和器件廠商在內(nèi)的新型ICT產(chǎn)業(yè)鏈。

4)開(kāi)源平臺(tái)帶來(lái)新的商業(yè)模式。SDN開(kāi)放社區(qū)有OpenDaylight、O N O S；N F V的開(kāi)放社區(qū)有OPNFV、OpenStack等。開(kāi)源平臺(tái)的崛起將重新定義設(shè)備廠商的角色，產(chǎn)生新的機(jī)遇和商業(yè)模式。

3 SDN/NFV實(shí)踐

3.1 未來(lái)網(wǎng)絡(luò)ElasticNet架構(gòu)

云時(shí)代基于“云”來(lái)構(gòu)建全新的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，突破傳統(tǒng)垂直分割、封閉網(wǎng)元的剛性結(jié)構(gòu)，引入水平分層的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，重塑彈性開(kāi)放、云網(wǎng)協(xié)同的一體化網(wǎng)絡(luò)。SDN/NFV為這個(gè)變革提供了技術(shù)支撐和動(dòng)力。中興通訊提出了以“云”為中心的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)ElasticNet2020，總體思想是“一個(gè)中心， 雙輪驅(qū)動(dòng)，三層重構(gòu)”?！耙粋€(gè)中心”是指網(wǎng)絡(luò)將以“云”(vDC)為中心重新構(gòu)建，云將成為新網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的核心。 “雙輪驅(qū)動(dòng)”是指SDN/NFV兩種技術(shù)相互促進(jìn)。“三層重構(gòu)”是指云、SDN、NFV網(wǎng)絡(luò)的改造，主要體現(xiàn)在三個(gè)層面，即網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)、業(yè)務(wù)重構(gòu)和運(yùn)營(yíng)重構(gòu)。如圖1所示。

1)網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)結(jié)合云、SDN技術(shù)，改造傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)設(shè)施層，形成云網(wǎng)融合的新基礎(chǔ)設(shè)施，增強(qiáng)了IaaS(包括電信云、公有云、私有云等)云能力。

2)業(yè)務(wù)重構(gòu)側(cè)重于NFV技術(shù)的體現(xiàn)。 網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)后，網(wǎng)絡(luò)形成NFV架構(gòu)的NFVI層，業(yè)務(wù)重構(gòu)主要在NFVI層上靈活快捷地部署各類業(yè)務(wù)應(yīng)用，包括應(yīng)用于云SaaS能力的運(yùn)營(yíng)商自營(yíng)業(yè)務(wù)(vEPC，vIMS，vBNG， vCPE等)，也包括應(yīng)用于云PaaS能力的面向第三方的PaaS功能組件庫(kù)。

3)運(yùn)營(yíng)重構(gòu)側(cè)重于后端運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的改造。包括新型虛擬網(wǎng)絡(luò)的可運(yùn)營(yíng)、可管理性，與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)縫銜接，實(shí)現(xiàn)端到端閉環(huán)自動(dòng)化。運(yùn)營(yíng)重構(gòu)的目標(biāo)是打造基于云服務(wù)的敏捷運(yùn)營(yíng)架構(gòu)。

對(duì)應(yīng)三層重構(gòu)，中興通訊研發(fā)了未來(lái)網(wǎng)絡(luò)解決方案ElasticNet。ElasticNet借鑒SDN和NFV框架，引入云技術(shù)、大數(shù)據(jù)和開(kāi)放等理念構(gòu)建的分層集中控制、統(tǒng)一管理的軟件可定義的ElasticNet彈性網(wǎng)絡(luò)，它采用編排管理層MICTOSTM、業(yè)務(wù)功能層 Elastic Cloud ServiceTM和基礎(chǔ)設(shè)施層Elastic Cloud Infrastructure的三層架構(gòu)，引入邊緣DC、區(qū)域DC和中心DC的多級(jí)DC部署方式，以SDN/NFV技術(shù)雙輪驅(qū)動(dòng)、MICT-OSTM統(tǒng)一管控的形式構(gòu)成運(yùn)營(yíng)商的目標(biāo)架構(gòu)[5]。

3.2 互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)

谷歌B4網(wǎng)絡(luò)提供了數(shù)據(jù)中心間的網(wǎng)絡(luò)連接，具體負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)容災(zāi)備份等數(shù)據(jù)中心間的內(nèi)部流量。B4面臨的問(wèn)題在于，鏈路流量隨時(shí)變化，高峰期流量可達(dá)平均流量的2～3倍；因此，為保證高峰期的帶寬需求，必須購(gòu)買(mǎi)2～3倍的帶寬以及高端路由設(shè)備，這就導(dǎo)致數(shù)據(jù)中心間網(wǎng)絡(luò)的成本大大提高。除此之外，增加網(wǎng)絡(luò)可視性、穩(wěn)定性、簡(jiǎn)化管理、編程來(lái)控制網(wǎng)絡(luò)等都是本次網(wǎng)絡(luò)改造的動(dòng)機(jī)。谷歌采用SDN技術(shù)，使用OpenFlow協(xié)議管理數(shù)據(jù)中心出口路由器，支持基礎(chǔ)路由協(xié)議、動(dòng)態(tài)流量工程。在控制器上，根據(jù)流量工程得到的數(shù)據(jù)制定相應(yīng)策略，下發(fā)流表到路由器上，實(shí)現(xiàn)路徑的動(dòng)態(tài)調(diào)整，充分提升網(wǎng)絡(luò)帶寬利用率，大幅降低建網(wǎng)成本。還可以在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備發(fā)生故障或應(yīng)用需求發(fā)生變化時(shí)，動(dòng)態(tài)分配帶寬，迅速靈活地做出響應(yīng)。

圖1 ElasticNet架構(gòu)

騰訊網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)承載了豐富的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，包括微信、QQ、微博、游戲等，在全國(guó)和海外有數(shù)十個(gè)大中型IDC，超過(guò)20萬(wàn)臺(tái)服務(wù)器，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備達(dá)上萬(wàn)臺(tái)。從2013年開(kāi)始，騰訊逐步提出數(shù)據(jù)中心間網(wǎng)絡(luò)SDN解決方案。騰訊的SDN應(yīng)用主要從三個(gè)方面進(jìn)行。一是流量在廣域網(wǎng)的調(diào)度，通過(guò)BG-PLS的方式，搜集網(wǎng)絡(luò)信息并給業(yè)務(wù)分配最佳路徑，同時(shí)，通過(guò)SNMP協(xié)議，將當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)的全部流量信息搜集匯總給控制器，控制器根據(jù)這些流量信息再重新優(yōu)化，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和標(biāo)簽下發(fā)；二是是云網(wǎng)絡(luò)的管理，以O(shè)penFlow協(xié)議為基礎(chǔ)，在防火墻前面放置一臺(tái)OpenFlow交換機(jī)，通過(guò)流表控制去往防火墻的流量，以做到負(fù)載均衡；三是網(wǎng)絡(luò)可視化與控制，以O(shè)DL控制器為基礎(chǔ)，收集路由信息并送到控制器，控制器對(duì)用戶路徑數(shù)、時(shí)延等參數(shù)進(jìn)行邏輯分析，并及時(shí)調(diào)整延時(shí)比較差的路徑。

3.3 移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)

PTN在世界范圍內(nèi)得到了廣泛部署應(yīng)用。中國(guó)的設(shè)備商和運(yùn)營(yíng)商倡導(dǎo)、支撐了PTN產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并引領(lǐng)完成了PTN的標(biāo)準(zhǔn)化。面對(duì)未來(lái)業(yè)務(wù)的發(fā)展需求以及現(xiàn)網(wǎng)運(yùn)維的壓力，PTN網(wǎng)絡(luò)有進(jìn)一步演進(jìn)的訴求，同時(shí)，SDN轉(zhuǎn)發(fā)與控制分離、集中化的管理、控制架構(gòu)在PTN網(wǎng)絡(luò)展示出了極大的演進(jìn)優(yōu)越性，將SDN的先進(jìn)理念與PTN電信級(jí)可靠性、業(yè)務(wù)高質(zhì)量的優(yōu)勢(shì)融合，實(shí)現(xiàn)PTN向SPTN的平滑演進(jìn)。

SPTN實(shí)現(xiàn)了集中化智能控制、網(wǎng)絡(luò)可編程與PTN高效多業(yè)務(wù)傳送能力、端到端OAM和電信級(jí)高可靠性的結(jié)合，提升了PTN網(wǎng)絡(luò)的資源利用率和開(kāi)放性，滿足業(yè)務(wù)的承載需求，打破垂直組網(wǎng)、專網(wǎng)專用的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)智能、動(dòng)態(tài)重組的目的。同時(shí)，SPTN有利于跨域業(yè)務(wù)協(xié)同，功能快速集成，感知網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化網(wǎng)絡(luò)調(diào)優(yōu)。集中部署的控制采用分層架構(gòu)，域控制器D-Controller負(fù)責(zé)一個(gè)管理域內(nèi)的業(yè)務(wù)分發(fā)，跨域控制器H-Controller負(fù)責(zé)跨域業(yè)務(wù)分發(fā)(如圖2所示)。

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)另一個(gè)典型應(yīng)用是核心網(wǎng)。傳統(tǒng)核心網(wǎng)網(wǎng)元種類繁多，硬件資源難共享，網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容、升級(jí)代價(jià)高，因此，虛擬化核心網(wǎng)已成為網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的必然趨勢(shì)。隨著IT虛擬化技術(shù)的發(fā)展，標(biāo)準(zhǔn)組織、電信運(yùn)營(yíng)商、電信設(shè)備商均開(kāi)展了核心網(wǎng)虛擬化的研發(fā)工作。

基于NFV和SDN技術(shù)，通過(guò)將核心網(wǎng)網(wǎng)元各類功能虛擬化，實(shí)現(xiàn)軟硬件解耦，軟件模塊加載并運(yùn)行于虛擬機(jī)之上，通過(guò)虛擬化技術(shù)屏蔽硬件平臺(tái)差異。另外，通過(guò)虛擬機(jī)的劃分細(xì)化硬件分配粒度，一塊刀片可將硬件資源分配給多個(gè)虛擬機(jī)，多個(gè)網(wǎng)元功能可集成于一塊刀片之上，可極大地提升資源利用率。核心網(wǎng)功能虛擬化之后，網(wǎng)元容量、網(wǎng)絡(luò)類型可根據(jù)實(shí)際需求靈活部署、動(dòng)態(tài)調(diào)整，提升了網(wǎng)絡(luò)的彈性和敏捷性。為進(jìn)一步提升虛擬網(wǎng)絡(luò)媒體面性能，還可將媒體面轉(zhuǎn)發(fā)功能剝離，通過(guò)SDN交換機(jī)實(shí)現(xiàn)媒體流的高效轉(zhuǎn)發(fā)和轉(zhuǎn)發(fā)功能的就近分布式部署。

圖2 SPTN架構(gòu)

3.4 云數(shù)據(jù)中心

隨著云計(jì)算的興起，云數(shù)據(jù)中心vDC成為未來(lái)電信網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，其承載了各類NFV云化軟件及IT系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)ICT融合，同時(shí)，也成為網(wǎng)絡(luò)的一部分，實(shí)現(xiàn)“云”和“網(wǎng)絡(luò)”資源的統(tǒng)一規(guī)劃部署和調(diào)度。云數(shù)據(jù)中心是ElasticNet架構(gòu)應(yīng)用的最典型場(chǎng)景，SDN/NFV技術(shù)在其中充分融合，目前已經(jīng)開(kāi)始商用部署。如圖3所示。

云數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵特性之一是虛擬化?；A(chǔ)設(shè)施層采用通用的服務(wù)器或網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，通過(guò)虛擬化技術(shù)將計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化，形成VM。一個(gè)或多個(gè)VM可提供給租戶使用，這就改變了傳統(tǒng)的機(jī)架出租、服務(wù)器出租等模式，可以充分提升服務(wù)器的利用率、充分利舊、降低能耗和支持多租戶。這里涉及的主要技術(shù)有X86/ARM芯片的虛擬化功能、虛擬抽象層KVM/VMWARE等中間件功能。通過(guò)上層的調(diào)度，還可以實(shí)現(xiàn)VM的遷移、跨數(shù)據(jù)中心VM集群等功能，增加業(yè)務(wù)部署和開(kāi)展的靈活性。

云數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵特性之二是業(yè)務(wù)靈活部署。云化后的數(shù)據(jù)中心在計(jì)算虛擬機(jī)上可以部署各項(xiàng)服務(wù)業(yè)務(wù)，也可以部署原網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上的上層功能模塊，每個(gè)VM都成為一個(gè)組件，可以提供給不同的租戶使用。并且通過(guò)NFV的服務(wù)鏈還可以將功能模塊串接起來(lái)，使業(yè)務(wù)的靈活定制成為可能。存儲(chǔ)虛擬化后，可以方便地給用戶提供“云盤(pán)”等服務(wù)。

云數(shù)據(jù)中心關(guān)鍵特性之三是集中控制。采用SDN/NFV技術(shù)后，通過(guò)NFV的MANO和SDN控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)資源和業(yè)務(wù)的統(tǒng)一調(diào)度。統(tǒng)一管理平臺(tái)上有業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)的整體視圖，可以通過(guò)制定策略來(lái)進(jìn)行最優(yōu)的控制。同時(shí)，管理平臺(tái)提供北向接口，供第三方APP調(diào)用，可以實(shí)現(xiàn)用戶定制業(yè)務(wù)。

圖3 云數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)虛擬化是數(shù)據(jù)中心的核心之一，可靈活采用Overlay和端到端SDN控制兩種組網(wǎng)方案。Overlay方案是當(dāng)前應(yīng)用的主流，虛擬化采用VxLAN技術(shù)。一般情況下，用虛擬機(jī)vSwitch作為VTEP點(diǎn)。在端到端SDN控制和對(duì)性能、時(shí)延要求比較苛刻的場(chǎng)景可以采用物理交換機(jī)作為VTEP點(diǎn)。SDN控制器支持混合組網(wǎng)方案，同時(shí)，采用分布式路由，跨子網(wǎng)的流量無(wú)需經(jīng)過(guò)集中設(shè)備中轉(zhuǎn)，可有效降低流量迂回和網(wǎng)絡(luò)時(shí)延。

3.5 5G網(wǎng)絡(luò)

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的需求是邁向5G的主要驅(qū)動(dòng)力。新型移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)要求連續(xù)廣域覆蓋，以用戶的移動(dòng)性和業(yè)務(wù)連續(xù)性為目標(biāo)，為用戶提供連續(xù)高業(yè)務(wù)速率體驗(yàn)，單位面積吞吐量顯著提升。物聯(lián)網(wǎng)則要求支持各種終端設(shè)備接入，終端接入能力是4G的100倍，可支持達(dá)到100億終端同時(shí)接入。另外，從用戶感受出發(fā)，需要為用戶提供隨時(shí)在線的低時(shí)延、高可靠性業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)時(shí)延是4G的1/5，達(dá)到5ms。終端需要綠色低碳節(jié)能，續(xù)航能力是4G網(wǎng)絡(luò)的10倍，終端可用5～10天，因此，5G不是一種單純的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或簡(jiǎn)單被定義為全新的無(wú)線接入技術(shù)。不同于以往以技術(shù)為中心的方式，而是采用了以體驗(yàn)為中心的方式，通過(guò)集成多種無(wú)線接入技術(shù)提供極限體驗(yàn)來(lái)滿足用戶的不同需求[6]。

ITU確定了5G的三個(gè)主要應(yīng)用場(chǎng)景。一是移動(dòng)寬帶(MBB)，面向4K/8K超高清視頻、全息技術(shù)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用，主要特征是更高的數(shù)據(jù)容量；二是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)，海量傳感器部署于物流、智慧城市等眾多領(lǐng)域，傳感器設(shè)備非常密集，大部分是非移動(dòng)的；三是高可靠低時(shí)延通信，特別是當(dāng)5G應(yīng)用于無(wú)人駕駛、遠(yuǎn)程機(jī)器人控制等實(shí)時(shí)應(yīng)用領(lǐng)域，要求超低的端到端時(shí)延，通常不能超過(guò)幾毫秒。上述應(yīng)用對(duì)速度、容量、覆蓋率、安全性等都有不同的要求，這就需要5G網(wǎng)絡(luò)以靈活的方式構(gòu)建，形成5G網(wǎng)絡(luò)中的“三朵云”。運(yùn)營(yíng)商則可以對(duì)速率、容量和覆蓋率等網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)進(jìn)行靈活動(dòng)態(tài)的調(diào)整和合理部署，從而滿足不同應(yīng)用的個(gè)性化需求。如圖4所示。

5G時(shí)代，運(yùn)營(yíng)商需要一個(gè)統(tǒng)一運(yùn)營(yíng)、統(tǒng)一部署和統(tǒng)一操作的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，RAN控制域、承載網(wǎng)控制域、核心網(wǎng)控制域三域協(xié)同，實(shí)現(xiàn)從“云、管、端”的全業(yè)務(wù)控制與運(yùn)營(yíng)。通過(guò)SDN/NFV技術(shù)的部署，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力的開(kāi)放，優(yōu)化數(shù)據(jù)傳輸路徑，控制業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)靠近轉(zhuǎn)發(fā)云和接入云邊緣，有效降低網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)延；通過(guò)構(gòu)建面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)能力開(kāi)放接口，滿足業(yè)務(wù)的差異化需求并提升業(yè)務(wù)的部署效率，提供全新的運(yùn)營(yíng)模式和盈利空間；進(jìn)行“網(wǎng)絡(luò)切片”化，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)編排與管理系統(tǒng)針對(duì)具體場(chǎng)景需求對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行功能剪裁及資源分片，按需構(gòu)建不同的邏輯網(wǎng)絡(luò)實(shí)例，并在其上進(jìn)行各自的業(yè)務(wù)應(yīng)用、業(yè)務(wù)控制，實(shí)現(xiàn)面向業(yè)務(wù)場(chǎng)景的按需適配的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，從而滿足5G多樣化場(chǎng)景的差異化需求[7]。

3.6 運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)CO重構(gòu)

如何改造現(xiàn)網(wǎng)中存在的大量通信機(jī)房和通信設(shè)備，如何能夠既充分利用現(xiàn)有的機(jī)房資源，又逐步實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)向SDN/NFV新網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)型，成為擺在運(yùn)營(yíng)商面前的一道難題，CO(Central Off i ce)重構(gòu)成為當(dāng)前運(yùn)營(yíng)商研究的重點(diǎn)課題[8]。

從圖5中可以看出，ElasticNet架構(gòu)中SDN/NFV網(wǎng)絡(luò)將以多級(jí)DC架構(gòu)(中心DC、區(qū)域DC和邊緣DC)為基礎(chǔ)。與互聯(lián)網(wǎng)公司相比，數(shù)量眾多、接近用戶的屬地化邊緣DC將成為電信運(yùn)營(yíng)商的核心優(yōu)勢(shì)和重要資產(chǎn)。邊緣DC主要承擔(dān)了本地網(wǎng)的各項(xiàng)業(yè)務(wù)，成為CO重構(gòu)的重點(diǎn)[9]。

圖4 5G網(wǎng)絡(luò)切片

圖5 邊緣DC的CO重構(gòu)

CO重構(gòu)的目標(biāo)是縮減現(xiàn)有的眾多機(jī)房，通過(guò)形成邊緣DC適應(yīng)SDN/NFV的引入，降低運(yùn)營(yíng)商的CAPEX和OPEX，提升用戶體驗(yàn)。CO重構(gòu)需要考慮的因素很多，首先是要考慮機(jī)房的面積、電力、光纖資源是否足夠?？紤]到邊緣DC需要服務(wù)20萬(wàn)寬帶用戶，40萬(wàn)無(wú)線用戶，1萬(wàn)政企用戶，機(jī)房面積至少在150m2以上。其次是需要新業(yè)務(wù)的引入步驟。業(yè)務(wù)控制強(qiáng)相關(guān)、偏重于計(jì)算能力的網(wǎng)元和功能將優(yōu)先進(jìn)行虛擬化改造進(jìn)入DC，而對(duì)于高轉(zhuǎn)發(fā)要求的網(wǎng)元改造時(shí)機(jī)尚不成熟，如AR/CR等高端路由器，另外涉及光傳輸、無(wú)線射頻等偏物理層的網(wǎng)元也不適合虛擬化改造。綜合考慮，未來(lái)邊緣DC中包含的虛擬化網(wǎng)元主要有vBNG控制面、vCPE控制面、vOLT控制面、vCDN、vEPC用戶面、vBBU控制面等幾類[10]。

CO重構(gòu)帶來(lái)的好處是明顯的：一是設(shè)備數(shù)量的大幅下降，BNG虛擬化后，預(yù)計(jì)數(shù)量下降80%；二是通過(guò)vCDN緩存下降到邊緣DC，穿越城域網(wǎng)的流量大幅降低；三是網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)SDN化，業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)NFV化，在邊緣DC做到了集中管理，降低了運(yùn)維成本；四是用戶規(guī)模、業(yè)務(wù)類型可做到靈活擴(kuò)展。

4 結(jié)束語(yǔ)

在“互聯(lián)網(wǎng)+”大時(shí)代，無(wú)論是互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)還是電信運(yùn)營(yíng)商，都需要在技術(shù)、管理等方面去適應(yīng)、去改變。互聯(lián)網(wǎng)作為一種基礎(chǔ)設(shè)施，其技術(shù)進(jìn)步是支撐“互聯(lián)網(wǎng)+”戰(zhàn)略的前提。SDN/NFV作為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界廣泛認(rèn)可的新技術(shù)是未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵支撐技術(shù)。SDN/NFV還有很長(zhǎng)的路要走，在產(chǎn)業(yè)鏈整合、觀念轉(zhuǎn)變、技術(shù)進(jìn)步等方面還存在不少問(wèn)題。通過(guò)產(chǎn)業(yè)鏈上下游的共同努力，SDN/NFV有望取得成功。

參考文獻(xiàn)

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