楊鋒+解沖鋒+史凡

摘要：網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）技術通過軟硬件分離、硬件標準化等方式，提升硬件資源循環(huán)使用率，降低技術門檻和開發(fā)成本，并大幅降低運營商的投資成本（CAPEX）和運營成本（OPEX）。通過對城域網(wǎng)（MAN）網(wǎng)元的演化方案的介紹，探討了在過渡階段如何快速有效引入虛擬化的現(xiàn)網(wǎng)部署，認為虛擬寬帶遠程接入服務器（vBRAS）的使用將會促進城域網(wǎng)向網(wǎng)絡智能化、運營智慧化方向發(fā)展。

關鍵詞： NFV；部署方案；vBRAS

中國政府近年來積極推進寬帶中國建設。2015年2月工信部部署實施《寬帶2015專項行動》；2015年3月李克強總理在政府工作報告中提出政府制訂《“互聯(lián)網(wǎng)+”行動計劃》，并于7月印發(fā)行動的指導意見；2015年5月國務院辦公廳發(fā)文《國務院辦公廳關于加快高速寬帶網(wǎng)絡建設推進網(wǎng)絡提速降費的指導意見》。寬帶提速、光進銅退、光網(wǎng)改造工程加劇了城域網(wǎng)邊緣設備的壓力，寬帶遠程接入服務器（BRAS）的每用戶會話數(shù)從光網(wǎng)改造前的1個，增加為光網(wǎng)改造后的3～4個。從現(xiàn)網(wǎng)數(shù)據(jù)看，現(xiàn)網(wǎng)BRAS的用戶側物理端口使用率、會話占用率不同，地區(qū)存在資源使用率的巨大差異，這導致資源有效使用率下降。近年來iwifi等業(yè)務創(chuàng)新，也對BRAS的部署提出了新的需求。

網(wǎng)絡虛擬化技術有助于實現(xiàn)網(wǎng)絡硬件資源優(yōu)化并實現(xiàn)業(yè)務層面的創(chuàng)新。通過控制網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）的按需創(chuàng)建，可以實現(xiàn)物理資源的均衡，并能夠減少硬件資源的閑置和浪費。

1 NFV技術簡介

2012年10月，由AT&T、BT、Deutsche Telekom、Orange、Telefonica等7家運營商在歐洲電信標準化協(xié)會（ETSI）發(fā)起成立了NFV行業(yè)規(guī)范工作組（NFV ISG），該工作組致力于制訂支持NFV的硬件和軟件基礎設施的要求和架構規(guī)范，以及虛擬網(wǎng)絡功能的指南，并配合其他標準組織開展相關的工作，根據(jù)情況對現(xiàn)有的虛擬化技術和相關標準進行整合（如圖1所示）。目前已發(fā)布架構、需求、應用案例等多個技術文稿及一系列PoC文檔[1]。

NFV技術將極大地改變基礎運營商的網(wǎng)絡建設、運維、管理和業(yè)務創(chuàng)新模式。在網(wǎng)絡建設方面，NFV利用通用化硬件構建統(tǒng)一的資源池，在大幅降低硬件成本的同時，還可以實現(xiàn)網(wǎng)絡資源的動態(tài)按需分配，從而實現(xiàn)資源共享和資源利用率的顯著提升。在研發(fā)和運維方面，NFV采用的自動化集中管理模式，將推動硬件單元管理自動化、應用的生命周期管理自動化，以及網(wǎng)絡運維的自動化，使運維、研發(fā)一體化（DevOps）成為可能。在企業(yè)管理方面，為了應對NFV對運營商帶來的一系列變化，基礎網(wǎng)絡運營商的組織關系、企業(yè)文化等都有可能需要變革，運營商的企業(yè)文化在NFV引入之后將加速向軟件文化轉變。在業(yè)務創(chuàng)新方面，基于NFV架構的網(wǎng)絡中，業(yè)務部署只需申請云化資源（計算/存儲/網(wǎng)絡），加載軟件即可，網(wǎng)絡部署和業(yè)務創(chuàng)新則會變得更加簡單。

2 vBRAS實現(xiàn)方案

智能邊緣BRAS是城域網(wǎng)的關鍵節(jié)點，是用戶接入終結點及基礎服務提供點。專業(yè)一體化設備在實現(xiàn)業(yè)務功能與硬件強相關，給新業(yè)務部署方面帶來很大難題。目前，不同的業(yè)務對BRAS的帶寬和會話需求差異較大，給規(guī)劃帶來了較大的困難，無法充分利用BRAS的硬件能力。虛擬BRAS（vBRAS）是實現(xiàn)城域網(wǎng)虛擬化的代表技術，其每個模塊可按需在虛擬機上部署，且可基于通用服務器的虛擬化資源提供能力，從而實現(xiàn)靈活擴展。目前vBRAS主要還在試驗或現(xiàn)網(wǎng)試點階段。從各個廠商，目前vBRAS主要有3種方案[2-4]。

2.1 vBRAS控制和實體BRAS轉發(fā)方案

該方案優(yōu)先實現(xiàn)轉發(fā)控制分離，控制平面采用vBRAS方式部署在通用x86服務器，轉發(fā)平面采用專用轉發(fā)設備，如圖2所示。該方案的典型特點是將傳統(tǒng)的BRAS設備控制面與轉發(fā)面分離，即控制面基于NFV架構實現(xiàn)虛擬化；轉發(fā)面基于專用的物理轉發(fā)設備進行相關的業(yè)務轉發(fā)。就設備形態(tài)而言，控制面是基于通用服務器安裝的vBRAS控制面的應用程序（APP），轉發(fā)設備就是支持BRAS特性的軟件定義網(wǎng)絡（SDN）流轉發(fā)設備。該方案的具備以下優(yōu)勢：

（1）充分利用現(xiàn)有資源。轉發(fā)面可利用現(xiàn)有的BRAS設備，保護投資。

（2）轉發(fā)性能強。因為轉發(fā)設備采用傳統(tǒng)的物理BRAS設備轉發(fā)，轉發(fā)性能強。

該方案也有如下局限：

（1）硬件平臺不通用，需要專用的轉發(fā)設備做轉發(fā)，系統(tǒng)封閉。

（2）轉發(fā)面虛擬化程度不高。因是專用的硬件平臺，很難納入云平臺的統(tǒng)一控制，從而很難在NFV統(tǒng)一架構下實現(xiàn)虛擬化。

如上所述，該方案無法體現(xiàn)出NFV技術的優(yōu)勢，只是將現(xiàn)有的控制平面分離出來。目前實體BRAS存在的會話和帶寬不匹配問題無法得到根本解決（板卡64K SESSION限制）。該方案只適用于對現(xiàn)有的硬件BRAS進行改造，以滿足基于現(xiàn)有功能的業(yè)務創(chuàng)新和統(tǒng)一管理需求。

2.2 一體化vBRAS方案

該方案主要將BRAS的業(yè)務整體功能運行在一個服務器虛擬機上實現(xiàn)虛擬化，從而實現(xiàn)BRAS設備網(wǎng)元級的虛擬化，如圖3所示。該方案的典型特點是BRAS的控制與轉發(fā)都基于NFV架構實現(xiàn)虛擬化，但是控制和轉發(fā)面并未實現(xiàn)分離，運行在同一臺虛擬機上。

該方案優(yōu)點是虛擬化程度高，具有彈性伸縮能力，部署更加靈活[5]。

然而，該方案也有如下局限性：

（1）控制和轉發(fā)面未實現(xiàn)分離，無法靈活配置控制和轉發(fā)資源。

（2）設備轉發(fā)性能相對較差，尤其在多業(yè)務疊加環(huán)境中，性能則會下降明顯。

該方案基本實現(xiàn)了網(wǎng)絡功能虛擬化。vBRAS基本能夠實現(xiàn)根據(jù)需求靈活調配、動態(tài)調整、業(yè)務的快速開通和業(yè)務模式的創(chuàng)新，但因轉發(fā)和控制尚未分離，仍無法發(fā)揮資源的最大有效利用率。

2.3 vBRAS的控制面和轉發(fā)面分離方案

該方案主要將BRAS的控制面和轉發(fā)面解耦，vBRAS_C和vBRAS_U分別作為NFV實體運行在不同服務器虛擬機上，如圖4所示。該方案的典型特點是BRAS的控制與轉發(fā)都基于NFV架構實現(xiàn)虛擬化，并實現(xiàn)了控制和轉發(fā)面分離。未來可基于軟件功能分集，每個功能作為單獨的虛擬機，從而能夠實現(xiàn)BRAS業(yè)務組件級虛擬化。

該方案優(yōu)點是實現(xiàn)了控制面和轉發(fā)面分別實現(xiàn)了虛擬化，虛擬化程度高，可按需彈性伸縮部署控制面和轉發(fā)面，部署更加靈活。

然而，該方案也有局限性，如設備轉發(fā)性能相對較差，尤其在多業(yè)務疊加環(huán)境中，性能下降明顯；尚未實現(xiàn)業(yè)務組件虛擬化，無法實現(xiàn)業(yè)務組件級的定制。

該方案為下一步向業(yè)務組件級虛擬化過渡奠定了基礎。該方案基本上實現(xiàn)了NFV的靈活擴展和業(yè)務創(chuàng)新的需求。適用于開通新業(yè)務、進行新業(yè)務創(chuàng)新的應用場景。

3 vBRAS基于業(yè)務部署方案

中國電信城域網(wǎng)主要為二級架構，即城域網(wǎng)核心層和業(yè)務接入層（如圖5所示）。BRAS是城域網(wǎng)主要的智能邊緣設備，承載寬帶用戶的接入。目前中國電信有數(shù)千臺BRAS在線運行，在承載業(yè)務中存在如下一些問題：

（1）設備硬件升級換代快，設備為軟硬件一體化設備，投資可能得不到保障。

（2）設備是封閉系統(tǒng)，新增功能較為困難，開發(fā)周期長，部分功能還需要更換或增加硬件支持。

（3）資源使用率低，會話和帶寬在不同場景下的不同需求無法得到靈活的適配。

vBRAS作為城域網(wǎng)虛擬化的主要技術手段，將會解決目前硬件BRAS存在的問題，并在業(yè)務模式創(chuàng)新等方面展現(xiàn)出優(yōu)勢。在現(xiàn)有實體BRAS運行的情況下，vBRAS只能按照業(yè)務需求逐步引入，待技術發(fā)展成熟逐步替換的策略。

現(xiàn)有的城域網(wǎng)的寬帶接入主要是PUPSPV方式，在不改變現(xiàn)有網(wǎng)絡規(guī)劃的情況下，可以根據(jù)新業(yè)務的開通需求同步引入vBRAS。根據(jù)不同的業(yè)務，分為不同的vBRAS云資源池，如上網(wǎng)資源池、交互式網(wǎng)絡電視（IPTV）資源池、網(wǎng)絡電話（VoIP）資源池、終端綜合管理系統(tǒng)（ITMS）資源池等。不同的vBRAS資源池按業(yè)務類型決定部署在邊緣數(shù)據(jù)中心（DC）或核心DC，譬如對于ITMS業(yè)務，業(yè)務流量較小，適合統(tǒng)一管理，則部署在核心DC機房比較合適；對于大流量業(yè)務，譬如IPTV等，流量較大，部署在邊緣DC機房，則更能保證用戶業(yè)務體驗。圖6為引入vBRAS后城域網(wǎng)的網(wǎng)絡架構圖。vBRAS部署分流層實現(xiàn)業(yè)務的分流。

根據(jù)vBRAS的部署位置，將對應的業(yè)務通過VxLAN隧道二層連通對應的vBRAS。根據(jù)VxLAN的特點，可采用PSW-PS-PVxLAN或POLT-PS-PVxLAN的方式。如圖7所示為PSW-PS-PVxLAN模式，高速互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務（HIS）、IPTV、VoIP、ITMS等業(yè)務都有不同的虛擬局域網(wǎng)（VLAN）或QinQ（堆疊VLAN）標識。根據(jù)不同的標識連接到不同的匯聚交換機（HJSW），然后在HJSW上根據(jù)不同業(yè)務進入VxLAN隧道，連通對應的vBRAS。圖8所示為POLT-PS-PVxLAN模式，在HJSW上每個光線路終端（OLT）來的流量根據(jù)不同的業(yè)務進入不同的VXLAN隧道，連通對應的vBRAS[6]。

利用VXLAN+NFV技術，通過業(yè)務導流，首先將城域網(wǎng)新上線業(yè)務部署在vBRAS資源池中；后續(xù)將現(xiàn)有城域網(wǎng)部分業(yè)務轉移到vBAS資源池當中，以實現(xiàn)業(yè)務逐步地向NFV系統(tǒng)中遷移。

4 結束語

NFV技術將有效提升BRAS硬件擴展性差，資源使用率低下，新增功能困難等問題。BRAS作為城域網(wǎng)主要的業(yè)務接入設備，其設備虛擬化將會大大促進城域網(wǎng)業(yè)務的快速開通，靈活部署，基礎設施資源共享并降低運營成本。vBRAS將會促進城域網(wǎng)向網(wǎng)絡智能化、運營智慧化方向發(fā)展。雖然近年來NFV技術發(fā)展十分迅速，但仍處于發(fā)展初期，城域網(wǎng)虛擬化方案的規(guī)模部署還需要進一步的細化和驗證。

參考文獻

[1] 趙慧玲，謝云鵬，胡曉娟. 網(wǎng)絡功能虛擬化標準及技術探討[J].中興通訊技術， 2015，21（4）： 45-50. DOI：10.3969/j.issn.1009-6868.2015.04.010

[2] Broadband Forum. WT-345 Broadband Network Gateway and Network Function Virtualization [R]. USA： Broadband Forum， 2016

[3] 李立奇，葉衛(wèi)明，章淑敏. 核心網(wǎng)NFV云化試點方案研究[J]. 電信工程技術與標準化， 2016， （5）：13-17

[4] ETSI. E. Network Functions Virtualisation （NFV）： TSI GS NFV-TST 001 V1.1.1[S]. ETSI， 2016

[5] ETSI. Network Functions Virtualisation （NFV）： ETSI GS NFV 002 V1.2.1[S]. ETSI， 2014

[6] ETSI. Network Functions Virtualisation （NFV）： ETSI GS NFV-EVE 004 V1.1.1[S]. ETSI， 2016