趙遠，王計艷

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

NFV引入對核心網(wǎng)網(wǎng)元及規(guī)劃方法的影響

趙遠，王計艷

（中國移動通信集團設計院有限公司，北京 100080）

網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）對通信技術是一個明顯的變革，特別是對核心網(wǎng)絡。首先從最明顯的核心網(wǎng)網(wǎng)元及網(wǎng)絡本身的變化和最深遠的網(wǎng)元及網(wǎng)絡建設方式的變化兩個層次展開分析，另外，核心網(wǎng)規(guī)劃總體上包括容量規(guī)劃和組網(wǎng)規(guī)劃，兩者緊密關聯(lián)，NFV云化后，隨著網(wǎng)元的軟/硬件解耦，會引起規(guī)劃方法的變化?；诖?，說明了NFV在多個方面對核心網(wǎng)網(wǎng)元及其規(guī)劃方法的影響。

網(wǎng)絡功能虛擬化；核心網(wǎng)；虛擬化網(wǎng)絡功能；規(guī)劃方法

1 引言

運營商的核心網(wǎng)網(wǎng)元種類繁多，目前專用設備的硬件資源難以共享，導致硬件資源利用率普遍較低，且需要通過更新替換硬件的方式來提升性能。這種軟/硬件緊耦合，使得新業(yè)務開發(fā)周期較長、引入困難。在云計算和移動互聯(lián)網(wǎng)時代下，要實現(xiàn)萬物互聯(lián)，滿足移動互聯(lián)網(wǎng)用戶的極致業(yè)務體驗需求，運營商就要建設一張開放、敏捷、面向業(yè)務的網(wǎng)絡。當前，ICT領域熱門的網(wǎng)絡技術之一——網(wǎng)絡功能虛擬化（network function virtualization，NFV）技術，其技術架構和特征契合運營商互聯(lián)網(wǎng)轉型的需求，借助NFV技術，可以實現(xiàn)彈性的云化核心網(wǎng)絡。

NFV技術的引入，將加快網(wǎng)絡部署和調(diào)整的速度，降低業(yè)務上線的復雜度，提高網(wǎng)絡設備的統(tǒng)一化、通用化等，從整體上降低運營商網(wǎng)絡的CAPEX和OPEX，實現(xiàn)運營商效益和效率的雙提升。由于核心網(wǎng)網(wǎng)絡復雜，NFV引入會對傳統(tǒng)核心網(wǎng)帶來巨大的變化，本文著重分析NFV引入前后對核心網(wǎng)網(wǎng)元及網(wǎng)絡本身和規(guī)劃方法上的影響，并對這些變化展開探究。

2 NFV引入前后核心網(wǎng)的變化

NFV的引入會對傳統(tǒng)核心網(wǎng)帶來巨大的變化，包括最明顯的核心網(wǎng)網(wǎng)元及網(wǎng)絡本身的變化和最深遠的網(wǎng)元及網(wǎng)絡建設方式的變化。

2.1 網(wǎng)元及網(wǎng)絡本身

NFV云化前后，核心網(wǎng)物理網(wǎng)元功能（PNF）和虛擬化網(wǎng)元功能（VNF）存在較大差異。云化前，物理網(wǎng)元設備受限廠商一般都同廠商組網(wǎng)；云化后，云化網(wǎng)元打破了廠商的嚴格界限，一個提供原有全部物理網(wǎng)元功能的云化網(wǎng)元被分解為不同層硬件與軟件功能的組合體，構成包括基礎設施層的IT通用硬件x86服務器、虛擬資源層的VM及Hypervisor功能、網(wǎng)絡功能層的虛擬網(wǎng)元功能軟件 VNF（即現(xiàn)有物理網(wǎng)元如 CSCF、HSS等網(wǎng)元的虛擬化功能的軟件實體）。以核心網(wǎng)分組域MME網(wǎng)元為例，其云化前后的變化如圖1所示。

圖1 MME云化前后的變化

2.2 網(wǎng)元及網(wǎng)絡建設方式

NFV云化前，物理網(wǎng)元的建設方案主要受廠商格局影響，共性是不同廠商的物理網(wǎng)元都采用專有硬件建設形式。傳統(tǒng)設備商提供的是從硬件、組網(wǎng)、系統(tǒng)軟件到業(yè)務軟件的成套完整設備，可以看作一種垂直式的應用部署；不同的網(wǎng)元硬件設備可能不一樣，而網(wǎng)元相同、廠商不同的硬件設備也會不一樣?？蛻舻木S護人員熟悉了一個廠商的設備架構之后，對其他廠商的設備引入都會有新的學習和熟悉過程。這些差異性在工程建設和運營維護中體現(xiàn)得較為明顯，但在建設方案規(guī)劃階段并不明顯。傳統(tǒng)物理網(wǎng)元建設方案規(guī)劃，主要是各網(wǎng)元的設置方案，體現(xiàn)在規(guī)劃網(wǎng)元數(shù)量及容量，廠商的不同造成的影響非常明顯。

NFV云化后，傳統(tǒng)物理網(wǎng)元專有設備將變?yōu)榫W(wǎng)絡虛擬化系統(tǒng)架構下硬件資源、虛擬資源和虛擬網(wǎng)元功能三層的組合；建設方案的變化上，軟件的建設方案基本保持不變，變化主要體現(xiàn)在硬件的建設方案。根據(jù)硬件資源與其他資源的耦合度，技術上可以組合出4種耦合模式的建設方案，如圖2所示。4種建設方案的對比如圖3所示。從資源共享程度、性能保證難度、集成容易程度來看，這4種建設方案對于運營商來說，初期引入階段從方案三開始比較合適，但云化最終的目標是方案四的全解耦建設。4種方案的詳細介紹如下。

圖2 4種耦合模式的建設方案

圖3 4種建設方案的對比

（1）方案一：類似專有硬件的單廠商

硬件資源、資源池系統(tǒng)、虛擬功能網(wǎng)元由通信設備廠商統(tǒng)一提供，其中硬件資源、資源池系統(tǒng)可能是虛擬功能網(wǎng)元廠商自身設備，也有可能是外購的第三方廠商設備。

（2）方案二：共享資源池

運營商自行采購硬件資源和資源池系統(tǒng)軟件，同時，IT廠商除提供硬件資源外，還提供硬件資源適配的資源池系統(tǒng)軟件，通信廠商提供虛擬功能網(wǎng)元軟件，運營商自行采購的硬件資源和資源池系統(tǒng)應滿足上層虛擬功能網(wǎng)元軟件的運行、適配要求。

（3）方案三：硬件獨立

硬件資源由運營商自行采購，通信廠商提供虛擬功能網(wǎng)元和資源池系統(tǒng)，其中資源池系統(tǒng)可能是虛擬功能網(wǎng)元廠商自身開發(fā)，也可能是外購或在開源軟件基礎上改造。

（4）方案四：三層全解耦

硬件資源和資源池系統(tǒng)由運營商自行采購，通信廠商只提供虛擬功能網(wǎng)元軟件，運營商自行采購的硬件資源和資源池系統(tǒng)應滿足上層虛擬功能網(wǎng)元軟件的運行要求，同時，上層虛擬功能網(wǎng)元可能需要根據(jù)資源池系統(tǒng)的具體版本做相應適配改造。

綜上，通過最明顯和最深遠的變化分析，對于傳統(tǒng)物理核心網(wǎng)網(wǎng)元和網(wǎng)絡來說，NFV帶來的影響主要集中在網(wǎng)元形式、供貨廠商多樣性、規(guī)劃建設靈活性、維護管理復雜性、設備及組網(wǎng)可靠性、業(yè)務能力開放性等。NFV引入前后網(wǎng)元及網(wǎng)絡變化對比見表1。

表1 NFV引入前后網(wǎng)元及網(wǎng)絡變化對比

3 NFV對核心網(wǎng)規(guī)劃影響分析

3.1 現(xiàn)有核心網(wǎng)網(wǎng)絡規(guī)劃流程

核心網(wǎng)現(xiàn)有規(guī)劃方法以業(yè)務需求的輸入作為開端，結合規(guī)劃參數(shù)模型進而輸出完整的網(wǎng)絡建設方案，如圖4所示。規(guī)劃過程劃分為6個階段：業(yè)務需求→參數(shù)模型制定（來源于兩個途徑：一是通用業(yè)務模型，二是實際運營商業(yè)務模型）→網(wǎng)絡容量估算（包括對全網(wǎng)容量、業(yè)務區(qū)容量、單網(wǎng)元容量）→部署方案制定→組網(wǎng)方案制定→對外資源需求估算。

圖4 現(xiàn)有網(wǎng)絡規(guī)劃方法

3.2 NFV云化后的規(guī)劃流程

核心網(wǎng) NFV云化帶來了網(wǎng)元架構的本質變化，從軟/硬件一體的網(wǎng)元架構變成了軟/硬件分開的網(wǎng)元架構，現(xiàn)有軟/硬件一體的規(guī)劃方法需變成軟/硬件分開的規(guī)劃方法；同時，隨著硬件的通用化，跨廠商、跨平臺、跨產(chǎn)品的資源共享成為可能，現(xiàn)有以獨立網(wǎng)元為單位的規(guī)劃思路演變?yōu)橐再Y源池為單位的整體規(guī)劃思路；另外，由于通用硬件對機房的要求與傳統(tǒng)核心網(wǎng)網(wǎng)元的差異，原有專用硬件對通信機房的需求變成了通用硬件對數(shù)據(jù)中心機房的需求，而省內(nèi)數(shù)據(jù)中心規(guī)劃之初并非作為核心網(wǎng)專用機房，而是承載了大量的內(nèi)部業(yè)務（私有云）和外部業(yè)務（公有云），資源往往緊張，且對傳輸、PTN、IP專網(wǎng)、CMNet的要求與數(shù)據(jù)中心（data cente，DC）網(wǎng)有差異，同時也并非完全按照核心網(wǎng)業(yè)務區(qū)的劃分方式進行布局，因此，若進行核心網(wǎng)NFV網(wǎng)元的部署規(guī)劃，必須首先進行全省DC的部署規(guī)劃，協(xié)同核心網(wǎng)NFV部署規(guī)劃與DC部署規(guī)劃的關系，使兩者做到相互匹配。

3.2.1 規(guī)劃思路變革——軟/硬件獨立規(guī)劃

網(wǎng)元和網(wǎng)絡的規(guī)劃總體思路仍是輸入業(yè)務需求，輸出網(wǎng)元部署方案、組網(wǎng)方案和對外資源需求，但由于軟/硬件解耦和硬件通用化引起了網(wǎng)元和網(wǎng)絡規(guī)劃方法的變化，核心網(wǎng)規(guī)劃分為兩大部分，核心網(wǎng)規(guī)劃建設和資源池規(guī)劃建設。

（1）核心網(wǎng)規(guī)劃建設

具體來講，NFV引入后核心網(wǎng)規(guī)劃建設方法的變化主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

參數(shù)模型制定：話務參數(shù)模型沒有變化，但利用率需從原有的軟/硬件合一的利用率修改為針對軟件和硬件獨立要求的利用率，即軟/硬件利用率需分開。

網(wǎng)絡容量估算：NFV引入后，網(wǎng)絡容量需把軟件容量和硬件容量分開估算，軟件容量仍按現(xiàn)有方式進行估算，需將核心網(wǎng)網(wǎng)元的需求落實到通用硬件之上，并按照通用硬件的估算方法進行。同時，單網(wǎng)元的容量不再是關注的重點，重點是各業(yè)務區(qū)容量對硬件/資源池的整體需求。

增加軟/硬件需求方案：增加核心網(wǎng)硬件通用標準配置模型，明確核心網(wǎng)容量與通用硬件的配比關系，包括VNF與物理服務器/虛擬機、存儲、網(wǎng)絡的配比關系以及服務器/虛擬機的規(guī)格和性能要求、存儲的方式、網(wǎng)絡資源的規(guī)格和功能性能要求等；若采用三層解耦，增加虛擬化軟件需求，包括選型和規(guī)格等。

部署方案：網(wǎng)元機架需求改變，估算方法由各廠商設備獨立估算變?yōu)楦鶕?jù)通用硬件需求估算；基于 DC部署規(guī)劃進行核心網(wǎng)網(wǎng)元的部署規(guī)劃，應提前進行全省DC部署規(guī)劃。

組網(wǎng)方案：原有以網(wǎng)元為單位的規(guī)劃方式，對每一個PNF均提出特定的資源需求。NFV引入后，硬件設備將以資源池的方式呈現(xiàn)，以網(wǎng)元為界面的規(guī)劃思路將變成以資源池為界面的思路，因此需增加資源池組網(wǎng)規(guī)劃方案，并以資源池為整體進行內(nèi)外部資源需求規(guī)劃。

對外資源需求估算：將根據(jù)資源池組網(wǎng)方案確定對外資源需求的估算方式，如對IP承載網(wǎng)的資源需求將從單網(wǎng)元逐個提需求變成一個資源池整體提需求。

核心網(wǎng)NFV后的網(wǎng)絡規(guī)劃方法流程如圖5所示。

圖5 核心網(wǎng)NFV后的網(wǎng)絡規(guī)劃方法

（2）資源池規(guī)劃建設

規(guī)劃中根據(jù)硬件通用標準模型和各運營商的容量需求，估算x86服務器、存儲設備和網(wǎng)絡設備的軟/硬件資源需求，并將匯總后的資源需求提交給資源池的規(guī)劃人員，由資源池的規(guī)劃人員最終提供資源池組網(wǎng)方案。資源池規(guī)劃方法如圖6所示。

圖6 資源池規(guī)劃方法

3.2.2 規(guī)劃思路重點——資源池為單位

如上所述，核心網(wǎng)NFV后，規(guī)劃界面從單網(wǎng)元變成資源池，各運營商在實施NFV建設時，需要提前進行資源池的規(guī)劃，包括資源池的規(guī)模、設置方案、內(nèi)/外部組網(wǎng)組網(wǎng)規(guī)劃，這些都將成為核心網(wǎng)規(guī)劃的重點。

DC部署規(guī)劃成為重點，需先于網(wǎng)元規(guī)劃進行。現(xiàn)有通信機樓經(jīng)過多年的建設與發(fā)展，與核心網(wǎng)及相關聯(lián)專業(yè)已經(jīng)達到了資源較好的匹配，并長期進行協(xié)同規(guī)劃，核心網(wǎng)NFV后，設置地點將從傳統(tǒng)通信機房變?yōu)閿?shù)據(jù)機房，與現(xiàn)有通信機房不同，DC原來是為了滿足公/私有云業(yè)務而建設，其對基礎設施和傳輸/承載資源的需求與核心網(wǎng)也有較大差異。如何使得 DC的部署滿足核心網(wǎng)業(yè)務發(fā)展的需求、如何協(xié)同規(guī)劃核心網(wǎng)部署要求和現(xiàn)有DC現(xiàn)狀以及未來規(guī)劃、如何匹配傳輸/承載網(wǎng)的資源都將是運營商落地方案需要重點考慮的問題，如圖7所示。

圖7 省內(nèi)DC規(guī)劃需要考慮的問題

4 結束語

NFV技術作為IT化網(wǎng)絡演進的關鍵技術，其引入將對現(xiàn)有的核心網(wǎng)網(wǎng)絡及核心網(wǎng)規(guī)劃建設產(chǎn)生巨大影響。本文主要圍繞 NFV引入前后核心網(wǎng)的變化展開，包括最明顯的核心網(wǎng)網(wǎng)元及網(wǎng)絡本身的變化和最深遠的網(wǎng)元及網(wǎng)絡建設方式的變化以及整個核心網(wǎng)規(guī)劃方法及流程的變革。其中對網(wǎng)元及網(wǎng)絡在 NFV變化前后進行了詳細對比分析，進一步加深對變化的歸納理解；對核心網(wǎng) NFV后的規(guī)劃方法進行了詳細論述，給出了運營商在進行核心網(wǎng)規(guī)劃建設時的方法論，這將對運營商核心網(wǎng) NFV后的規(guī)劃建設具有明顯的指導作用。

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趙遠（1986?），男，中國移動通信集團設計院有限公司工程師，主要研究方向為移動通信核心網(wǎng)與業(yè)務網(wǎng)以及核心網(wǎng) NFV前沿技術。

王計艷（1978?），女，中國移動通信集團設計院有限公司高級工程師，主要研究方向為移動通信核心網(wǎng)及核心網(wǎng)NFV前沿技術。

Influence of NFV introduction on core network element and planning method

ZHAO Yuan, WANG Jiyan
China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China

Network function virtualization (NFV) is an obvious change in communication technology, especially for the core network. Firstly, the two level changes between the most obvious and the most far-reaching about element and network construction methods were illustrated and analyzed. In addition, the core network planning generally included the capacity planning and network planning, was closely related to both the NFV cloud, with the decoupling of hardware and software of network element, would change the planning method. Based on this, the effect of NFV on core network element and its planning method in many aspects were illustrated.

network function virtualization, core network, VNF , planning method

TN915.81

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017087

2017?02?20；

2017?03?24