李立奇,葉衛(wèi)明,章淑敏(中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司,杭州 30000;中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司浙江分公司,杭州 3000)
LI li-qi1, YE Wei-ming2, ZHANG Shu-min1(1 China Mobile Group Zhejiang Co., Ltd., Hangzhou 310000, China; 2 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Zhejiang Branch, Hangzhou 310020, China)
?
核心網(wǎng)NFV云化試點(diǎn)方案研究
李立奇1,葉衛(wèi)明2,章淑敏1
(1中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)浙江有限公司,杭州 310000;2中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司浙江分公司,杭州 310020)
摘 要本文先簡(jiǎn)要闡述了NFV的基本原理,研究了NFV核心網(wǎng)的系統(tǒng)架構(gòu)特點(diǎn)和集成策略。分析了某通信運(yùn)營(yíng)商的分階段試點(diǎn)部署方案,以期為實(shí)現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)元的NFV功能驗(yàn)證、探索適合NFV架構(gòu)的運(yùn)維服務(wù)體系,為建設(shè)電信云積累經(jīng)驗(yàn),為將來NFV的規(guī)模商用部署提供積極的決策參考。
關(guān)鍵詞NFV;網(wǎng)絡(luò)云化;核心網(wǎng)虛擬化
NFV(Network FunctionVirtualization,網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化),2013年由ETSI推動(dòng)13家通信運(yùn)營(yíng)商發(fā)起研究,是采用虛擬化技術(shù)、基于通用硬件實(shí)現(xiàn)電信功能節(jié)點(diǎn)的軟件化,專注于快速部署、應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)展和升級(jí),是未來通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)技術(shù)。
傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)商正在向IT轉(zhuǎn)型,NFV將實(shí)現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點(diǎn)的軟件硬件解耦,是電信級(jí)業(yè)務(wù)云化的核心技術(shù)和架構(gòu)。NFV能夠提升網(wǎng)絡(luò)彈性,縮短業(yè)務(wù)部署時(shí)間,促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)高效低成本運(yùn)營(yíng)。
為了加快核心網(wǎng)云化實(shí)踐驗(yàn)證,確定核心網(wǎng)云化對(duì)硬件的關(guān)鍵指標(biāo)要求,并加強(qiáng)對(duì)私有云規(guī)劃建設(shè)的指導(dǎo)。面向目標(biāo)架構(gòu),構(gòu)建試驗(yàn)環(huán)境,不斷迭代驗(yàn)證方案和產(chǎn)品原型,推動(dòng)新技術(shù)成熟。通信運(yùn)營(yíng)商很有必要進(jìn)行NFV的相關(guān)試點(diǎn)建設(shè)工作。
為研究傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)云化(NFV)的演進(jìn)可行性和策略,某通信運(yùn)營(yíng)商2016年啟動(dòng)電信網(wǎng)絡(luò)的NFV試點(diǎn),主要針對(duì)IMS、EPC、短信等現(xiàn)網(wǎng)網(wǎng)元上進(jìn)行NFV改造和試驗(yàn)環(huán)境搭建,實(shí)現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)元的NFV功能驗(yàn)證、探索適合NFV架構(gòu)的運(yùn)維服務(wù)體系,為今后規(guī)模部署NFV、建設(shè)電信云積累經(jīng)驗(yàn),做好技術(shù)和人員儲(chǔ)備。
2.1NFV是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展方向
NFV采用虛擬化技術(shù)、基于通用硬件實(shí)現(xiàn)電信功能節(jié)點(diǎn)的軟件化。NFV實(shí)現(xiàn)了電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點(diǎn)的軟件硬件解耦,是電信級(jí)業(yè)務(wù)云化的核心技術(shù)和架構(gòu)。NFV能夠提升網(wǎng)絡(luò)彈性,縮短業(yè)務(wù)部署時(shí)間,促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)高效低成本運(yùn)營(yíng)。
圖1 電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點(diǎn)發(fā)展演進(jìn)
通過軟硬件解耦,使得網(wǎng)絡(luò)設(shè)備開放化,軟硬件可以獨(dú)立演進(jìn),參與的廠家數(shù)量大幅增加,整個(gè)電信設(shè)備產(chǎn)業(yè)鏈變得更大。硬件基于IT產(chǎn)業(yè)的通用COTS設(shè)備來部署,借助于IT產(chǎn)業(yè)的巨大規(guī)模能夠降低采購(gòu)成本,同時(shí)硬件設(shè)備的更新速度也大幅加快。云資源池可以借鑒IT云部署方案,實(shí)現(xiàn)資源池共享。解耦后更換軟件廠家硬件可以重用,避免廠家鎖定。圖1為電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點(diǎn)發(fā)展演進(jìn)。
NFV將網(wǎng)元功能和硬件資源解耦,實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)功能軟件化和硬件資源通用化,是電信網(wǎng)深刻革新技術(shù)。具有如下特點(diǎn):
虛擬化:采用開放和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的Hypervisor和管理軟件將電信業(yè)務(wù)的軟硬件分離。
通用基礎(chǔ)設(shè)施:標(biāo)準(zhǔn)化計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)。
云化管理:應(yīng)用和業(yè)務(wù)的生命周期管理,虛擬資源配置。
網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化:可與SDN結(jié)合,使用SDN技術(shù)自動(dòng)化配置網(wǎng)絡(luò)。
2.2NFV核心網(wǎng)云化系統(tǒng)架構(gòu)
NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)由硬件資源、虛擬資源和虛擬網(wǎng)元功能三層以及一個(gè)資源和網(wǎng)元管理調(diào)度域組成。NFV軟硬件解耦后,由傳統(tǒng)的煙囪式封閉網(wǎng)元重構(gòu)為NFVI、VNF、MANO開放網(wǎng)元。圖2為NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)。
NFVI:NFV基礎(chǔ)設(shè)施,包括虛擬機(jī)管理軟件和硬件,網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施(NFVI)提供云資源池,是將分離的多個(gè)服務(wù)器,交換機(jī),磁陣整合為一個(gè)統(tǒng)一的資源池。虛擬化層作為云資源池的中間件,將各種規(guī)格的服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)資源整合為統(tǒng)一規(guī)格的虛擬機(jī)、虛擬網(wǎng)絡(luò)、虛擬存儲(chǔ)資源,通過虛擬化技術(shù),可以將資源池的計(jì)算/存儲(chǔ)/網(wǎng)絡(luò)資源分解為虛擬機(jī)/虛擬網(wǎng)絡(luò)/存儲(chǔ)空間來對(duì)外分配;這些虛擬資源可以動(dòng)態(tài)申請(qǐng)、遷移、調(diào)整、釋放。例如硬件:HP C7000等,軟件Cloud OS: FusionSphere、vmware、TECS等。
VNF:虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能,運(yùn)行在虛擬化平臺(tái)上的網(wǎng)元軟件,VNF軟件需要能夠基于x86通用服務(wù)器來運(yùn)行,需要去除對(duì)專用硬件的依賴以適應(yīng)NFV架構(gòu)。VNF軟件內(nèi)部需要去掉對(duì)硬件配置,管理,監(jiān)控部分,需要實(shí)現(xiàn)服務(wù)和物理位置無(wú)關(guān)。最小部署單元是一個(gè)或者多個(gè)VM,例如vIMS、vEPC、vSCG等。
MANO=NFVO+VNFM+VIM
NFVO(NFV Orchestration)負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的部署,例如VoLTE服務(wù)、RCS服務(wù)等,以及跨廠家、跨數(shù)據(jù)中心的全局資源管理。
圖2 NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)
圖3 NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化解耦集成方案
VNFM(VNF Manager)負(fù)責(zé)網(wǎng)元生命周期管理,基本能力包括網(wǎng)元VM的增、刪、查、改。
VIM(Virtual Infrastructure Manager)是云平臺(tái)的管理,負(fù)責(zé)硬件管理、VM部署、VM協(xié)調(diào)和調(diào)度等,主流系統(tǒng)有OpenStack及其商用版本、vmwareVCloud Direct等。
2.3NFV核心網(wǎng)云化集成策略
根據(jù)軟硬件解耦的開放性不同,可將集成策略分為單廠家、共享資源池、硬件獨(dú)立、全解耦等4種方案。
圖3 為NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化解耦集成方案。方案1單廠家方案,主要驗(yàn)證虛擬化效果,減少互通難度。方案2更傾向IT化思路,選擇最好的硬件平臺(tái)和虛擬機(jī)產(chǎn)品,要求上層應(yīng)用向底層平臺(tái)靠攏。方案3傾向于電信化思路,由電信設(shè)備制造商提供所有軟件,只是適配在IT平臺(tái)上。方案4則需要上層應(yīng)用廠家根據(jù)運(yùn)營(yíng)商選定的虛擬資源層的廠家、版本,對(duì)上層應(yīng)用軟件開發(fā)做相應(yīng)適配,對(duì)系統(tǒng)集成能力要求較高。
從滿足需求、降低代價(jià)、產(chǎn)業(yè)支持的角度綜合評(píng)估,初步建議初期采用方案3硬件獨(dú)立方案,或方案2共享資源池的方案。在通信運(yùn)營(yíng)商具備更強(qiáng)集成能力后可考慮采用方案4全解耦方式。
NFV網(wǎng)絡(luò)要可交付可運(yùn)營(yíng),集成開發(fā)是最核心的能力,如圖4所示,NFV系統(tǒng)存在由CT 廠商集成、由 IT廠商集成、由運(yùn)營(yíng)商或第三方集成的幾種可能。
3.1NFV試點(diǎn)建設(shè)目標(biāo)
研究傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)云化的演進(jìn)可行性和策略,啟動(dòng)電信網(wǎng)絡(luò)的NFV試點(diǎn),實(shí)現(xiàn)相關(guān)網(wǎng)元的NFV功能驗(yàn)證、探索運(yùn)維服務(wù)體系變化,為今后大規(guī)模部署NFV、建設(shè)電信云積累經(jīng)驗(yàn),提供建設(shè)方向指導(dǎo)。
3.1.1NFV試點(diǎn)技術(shù)規(guī)范體系驗(yàn)證
通過試點(diǎn)部署,驗(yàn)證包含總體、業(yè)務(wù)、平臺(tái)、接口、測(cè)試的全系列技術(shù)規(guī)范,促進(jìn)建立協(xié)同的NFV總體技術(shù)架構(gòu)和演進(jìn)路線,實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的整體協(xié)同演進(jìn)。
3.1.2NFV試點(diǎn)驗(yàn)證目標(biāo)體系
包括NFV整體功能:MANO驗(yàn)證、CLOUDOS驗(yàn)證、COTS驗(yàn)證;網(wǎng)元NFV化驗(yàn)證:vIMS、vEPC、新消息等;電信云建設(shè):驗(yàn)證電信云與IT云差異、掌握現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)。
3.1.3運(yùn)維服務(wù)體系探索
探索NFV的運(yùn)維體系,積累NFV運(yùn)維管理經(jīng)驗(yàn),探索NFV對(duì)組織架構(gòu)的影響和需求,探索NFV對(duì)組織架構(gòu)、運(yùn)維系統(tǒng)和工具的影響和需求。
圖4 NFV網(wǎng)絡(luò)虛擬化解耦集成方式
圖5 NFV數(shù)據(jù)中心邏輯架構(gòu)
3.1.4示范空間及商用
創(chuàng)建試驗(yàn)點(diǎn),通過驗(yàn)證NFV網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型重點(diǎn)、難點(diǎn),并推動(dòng)試點(diǎn)成功,逐步商用。
綜上所述,為了使通信運(yùn)營(yíng)商在未來通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中能夠積極主動(dòng),NFV試點(diǎn)部署,探索運(yùn)維服務(wù)體系變化,為今后大規(guī)模部署NFV、建設(shè)電信云積累經(jīng)驗(yàn),提供建設(shè)方向指導(dǎo)。
3.2NFV試點(diǎn)總體方案架構(gòu)
本次試點(diǎn)搭建兩個(gè)數(shù)據(jù)中心,在兩個(gè)數(shù)據(jù)中心分別部署集成方案,再驗(yàn)證兩個(gè)數(shù)據(jù)中心之間的業(yè)務(wù)遷移、動(dòng)態(tài)資源共享、業(yè)務(wù)調(diào)度等。每個(gè)數(shù)據(jù)中心的邏輯架構(gòu)如圖5所示。
NFVI:NFV基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。挑選符合相關(guān)通用規(guī)范和相關(guān)功能要求的刀片、存儲(chǔ)以及組網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證。在異址樞紐樓各部署一個(gè)數(shù)據(jù)中心,每個(gè)數(shù)據(jù)中心部署分組域用戶、IMS用戶、短信能力、以及存儲(chǔ)等。本次試點(diǎn)部署通用的刀片和存儲(chǔ)。兩個(gè)樞紐樓分別由廠家部署Hypervisor虛擬化管理功能。
VNF:虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能建設(shè)。本次試點(diǎn)搭建vIMS(vCSCF、vTAS、MRF)、vEPC、短信中心等功能軟件。
MANO:兩個(gè)樞紐樓數(shù)據(jù)中心分別部署建設(shè)一套MANO系統(tǒng),包括NFVO,VIM等功能。兩個(gè)數(shù)據(jù)中心的VNFM功能由各參測(cè)VNF廠家SpecialVNFM管理各自網(wǎng)元。
3.3分階段試點(diǎn)方案
該通信運(yùn)營(yíng)商N(yùn)FV測(cè)試擬分3個(gè)階段完成網(wǎng)元功能驗(yàn)證、完善運(yùn)維服務(wù)體系建設(shè),逐步推進(jìn)NFV商用進(jìn)程,如表1所示。
核心網(wǎng)云化、虛擬化是傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡(luò)從CT向IT轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路。NFV采用虛擬化技術(shù)、基于通用硬件實(shí)現(xiàn)電信功能節(jié)點(diǎn)的軟件化。NFV 實(shí)現(xiàn)了電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點(diǎn)的軟件硬件解耦,是電信級(jí)業(yè)務(wù)云化的核心技術(shù)和架構(gòu)。
表1 NFV測(cè)試3個(gè)階段
為了加快核心網(wǎng)云化實(shí)踐驗(yàn)證,確定核心網(wǎng)云化對(duì)硬件的關(guān)鍵指標(biāo)要求,并加強(qiáng)對(duì)私有云規(guī)劃建設(shè)的指導(dǎo)。通信運(yùn)營(yíng)商采取試點(diǎn)方式,面向目標(biāo)架構(gòu),構(gòu)建試驗(yàn)環(huán)境,不斷迭代驗(yàn)證方案和產(chǎn)品原型,推動(dòng)新技術(shù)成熟。探索適合NFV架構(gòu)的運(yùn)維服務(wù)體系,為今后規(guī)模部署NFV、建設(shè)電信云積累經(jīng)驗(yàn)。
參考文獻(xiàn)
[1] 肖子玉. 迎接5G的挑戰(zhàn)與轉(zhuǎn)型[J]. 電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2016(3).
[2] 趙輝,丁鳴,程青松,等. SDN與NFV技術(shù)在云數(shù)據(jù)中心的規(guī)模應(yīng)用[J],電信科學(xué), 2016(1).
[3] 何華江,陳丹. 基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化(NFV)的IMS核心網(wǎng)演進(jìn)[J].郵電設(shè)計(jì)技術(shù), 2015(2).
[4] 段曉東. 云數(shù)據(jù)中心SDN/NFV應(yīng)用分析[J]. 電信技術(shù), 2015(7).
LI li-qi1, YE Wei-ming2, ZHANG Shu-min1
(1 China Mobile Group Zhejiang Co., Ltd., Hangzhou 310000, China; 2 China Mobile Group Design Institute Co., Ltd. Zhejiang Branch, Hangzhou 310020, China)
News
Research on core network NFV clouded pilot plan
KeywordsNFV; network clouded; core networkVirtualization
AbstractThis paper briefl y describes the principle of NFV, then studies the system architecture and the integration strategy of NFV core network. Analysis of a communication operator phased pilot deployment, achieve the relevant element of NFV functionalVerification, explore the suitable NFV architecture operation service system. Accumulation experience for the construction of telecom cloud, provide positive decision reference for the future scale commercial deployment of NFV.
中圖分類號(hào)TN929.5
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A
文章編號(hào)1008-5599(2016)05-0013-05
收稿日期:2016-04-14