王志

【摘要】 虛擬化是電信運營商網(wǎng)絡發(fā)展的必然方向，它提升了網(wǎng)絡的靈活性、擴展性，但同時也給運營和維護帶來新的挑戰(zhàn)。本文結合vIMS試點工作，對虛擬化網(wǎng)絡的建設和運維進行了探索，從流程、人才、規(guī)劃、運維工具、彈性策略、告警關聯(lián)幾個角度進行了研究，為今后規(guī)模部署虛化核心網(wǎng)提供一些思路和建議。

【關鍵詞】 NFV 網(wǎng)絡虛擬化 網(wǎng)絡運維 核心網(wǎng)

一、引言

3GPP標準組織的研究表明，4G時代之后，電信網(wǎng)絡呈現(xiàn)出扁平化、融合化的發(fā)展趨勢，客觀上要求電信網(wǎng)絡需要采取更加扁平、更加高效的分層式架構與之適配[1]。

電信網(wǎng)絡引入虛擬化是大勢所趨，是傳統(tǒng)通信網(wǎng)絡從CT 向IT 轉(zhuǎn)型的必經(jīng)之路，引入虛擬化后，勢必給網(wǎng)絡建設和運營維護帶來新的變化和挑戰(zhàn)。本文結合vIMS的試點工作，重點從運營維護角度進行了探索和研究。

二、NFV介紹

2.1 NFV概述

NFV（Network Function Virtualization， 網(wǎng)絡功能虛擬化），2013 年由ETSI 推動13 家通信運營商發(fā)起研究，采用虛擬化技術，基于通用硬件，實現(xiàn)電信網(wǎng)絡節(jié)點的軟件化，專注于快速部署、應用規(guī)模擴展和升級，是未來通信網(wǎng)絡的基礎技術[2]。網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）從網(wǎng)絡運營商的角度出發(fā)，提出的一種軟、硬件分離的架構，通過標準化的IT虛擬化技術，實現(xiàn)軟件的靈活加載，靈活部署、靈活配置[3]。

NFV 采用虛擬化技術，基于通用硬件實現(xiàn)電信功能節(jié)點的軟件化，實現(xiàn)了電信網(wǎng)絡功能節(jié)點的軟、硬件解耦。NFV能夠提升網(wǎng)絡彈性，縮短業(yè)務部署時間，促進網(wǎng)絡高效低成本運營。通過軟、硬件解耦，使得網(wǎng)絡設備開放化，軟硬件可以獨立演進，參與的廠家數(shù)量大幅增加，整個電信設備產(chǎn)業(yè)鏈變得更大。硬件基于IT 產(chǎn)業(yè)的通用COTS（Commercial off the Shelf） 設備來部署，借助于IT 產(chǎn)業(yè)的巨大規(guī)模帶來較低的采購成本，同時硬件設備的更新速度也大幅加快。NFV 將網(wǎng)元功能和硬件資源解耦，避免廠家鎖定，實現(xiàn)了系統(tǒng)功能軟件化和硬件資源通用化，未來虛擬化包括如下特點[4-8]。

2.2 vIMS系統(tǒng)架構

由于4G 業(yè)務的高速發(fā)展，多數(shù)運營商基于IMS（IP Multimedia Subsystem） 的VoLTE（Voice over LTE）正在建設或?qū)⒁ㄔO，在時間節(jié)點上又正好與NFV 的興起交匯，因此電信網(wǎng)絡虛擬化的IMS（又稱vIMS）首當其沖。

NFV 網(wǎng)絡虛擬化系統(tǒng)架構由物理硬件資源、虛擬資源和虛擬網(wǎng)元功能三層以及一個資源和網(wǎng)元管理調(diào)度域組成。NFV 軟硬件解耦后，IMS網(wǎng)絡由傳統(tǒng)的煙囪式的封閉網(wǎng)元重構為NFVI、VNF、MANO 開放網(wǎng)元。

NFVI （NFV Infrastructure）：NFV 基礎設施，包括虛擬機管理軟件和硬件，網(wǎng)絡基礎設施NFVI提供云資源池，是將分離的多個服務器，交換機，磁陣整合為統(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)格的服務器、網(wǎng)絡、存儲資源整合為統(tǒng)一規(guī)格的虛擬機、虛擬網(wǎng)絡、虛擬存儲資源，通過虛擬化技術，可以將資源池的計算/ 存儲/ 網(wǎng)絡資源對外分配；這些虛擬資源可以動態(tài)申請、遷移、調(diào)整、釋放、重生。

VNF ：虛擬化網(wǎng)絡功能，運行在虛擬化平臺上的應用軟件，VNF 軟件需要能夠基于x86 通用服務器來運行，需要去除對專用硬件的依賴以適應NFV 架構。VNF 軟件內(nèi)部需要實現(xiàn)服務和物理位置無關。最小部署單元是一個或者多個VM，例如vSBC、vCSCF、vTAS 等。

MANO（Management and Orchestration）是“管理和編排”功能的簡稱，負責對NFVI和VNF的管理和編排。MANO=NFVO+VNFM+VIM。其中，NFVO（NFV Orchestration） 負責網(wǎng)絡業(yè)務的部署，以及跨廠家、跨數(shù)據(jù)中心的全局資源管理。VNFM （VNF Manager）負責網(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）是云平臺的管理，負責硬件管理、VM 部署、VM 協(xié)調(diào)和調(diào)度等。

三、NFV試點建設方案

電信市場競爭激烈，運營商的傳統(tǒng)網(wǎng)絡很有可能淪為包袱沉重、敏捷性差的廉價管道。核心網(wǎng)虛擬化是運營商解決低成本、高效率、快速部署業(yè)務的靈活利器。它基于通用硬件實現(xiàn)電信網(wǎng)絡功能，具備軟硬件解耦、資源彈性化、業(yè)務上線短、高效低成本運營等一系列特點。

某通信運營商2016 年啟動電信網(wǎng)絡的NFV試點，主要針對IMS、EPC等網(wǎng)元，進行NFV 改造和試驗環(huán)境搭建，實現(xiàn)相關網(wǎng)元的NFV 功能驗證、現(xiàn)網(wǎng)互通測試、探索適合NFV 架構的運維體系，為今后規(guī)模部署NFV、建設電信云積累經(jīng)驗，同時做好技術和人員儲備。下面重點介紹vIMS試點情況。

3.1 NFV試點方案

NFV試點總體要求：以vIMS為切入點，推動NFV相關技術規(guī)范的完善和驗證，以未來滿足商用為目標。引入多廠商、多形態(tài)服務器（刀片/架式），推動資源池的多樣化、虛擬層的高兼容性，為未來硬件集采提供多種選擇。以滿足VoLTE業(yè)務為主要抓手，充分驗證VoLTE業(yè)務承載在NFV的各種能力，包括網(wǎng)管、BOSS、計費、POOL組網(wǎng)等，為NFV未來商用掃清障礙。圖1是試點vIMS組網(wǎng)架構。

試點新建了vCSCF、vTAC、vEMS 以及MANO（包括NFVO和VNFM）和TECS（一種VIM），刀片服務器采用了HPC7000和ZTE E9000。同時與現(xiàn)網(wǎng)進行互通測試，現(xiàn)網(wǎng)設備包括EPC、PCRF、HSS、DRA、SBC等網(wǎng)元。

NFV試點預期目標： 深入驗證NFV滿足市場和業(yè)務需求發(fā)展的支撐能力：以量化方式驗證業(yè)務的快速上線、網(wǎng)絡的快速部署和功能更新。驗證方案可行性：全面驗證軟硬件解耦、vIMS組網(wǎng)、站點組網(wǎng)等技術方案，評估SBC媒體面網(wǎng)元虛擬化可行性，摸索虛擬化性能影響評估方法。驗證NFV管理功能：全面驗證資源池組網(wǎng)能力，在未來網(wǎng)管整體架構確定后，逐步驗證各項管理功能、接口及流程。深入驗證傳統(tǒng)IMS和vIMS容災備份能力：驗證vIMS獨立組POOL、和傳統(tǒng)IMS混合組POOL的優(yōu)劣勢和建設思路。

NFV試點階段：第一階段驗證vIMS的組網(wǎng)、運維、功能、性能等；第二階段驗證vEPC的組網(wǎng)、運維、功能、性能等。為今后大規(guī)模部署NFV、建設電信云積累經(jīng)驗，提供建設方向指導。

3.2 NFV建設及運維面臨的挑戰(zhàn)

虛擬化技術給電信運營商帶來了很多好處，比如：（1）通過軟、硬件的解耦合，運營商基于標準的通用服務器部署網(wǎng)元功能，有效的降低了CAPEX和OPEX。（2）NFV 實現(xiàn)自動化安裝部署，自適應伸縮，縮短了網(wǎng)絡建設周期，節(jié)省運維時間。（3）資源池化帶來更細粒度的資源分配，自愈和彈性實現(xiàn)低冗余率/高利用率，節(jié)省硬件設備數(shù)量，提升了資源利用率。（4）MANO管理組件的引入，業(yè)務部署與調(diào)度全局化，運維的自動化，簡化網(wǎng)絡運維的復雜度，降低運維成本。

NFV技術除了帶來了眾多好處，同時也引入了一些新的問題和挑戰(zhàn)。通過試點并與現(xiàn)網(wǎng)傳統(tǒng)IMS 網(wǎng)絡的對比，vIMS當前存在如下問題：

1、核心網(wǎng)虛擬化對運營的內(nèi)部組織流程、人才的培養(yǎng)帶來新的挑戰(zhàn)；

2、傳統(tǒng)的規(guī)劃采購已不適用網(wǎng)絡虛擬化的建設，NFV架構對采購帶來的新的變化；

3、虛擬化在已有的邏輯網(wǎng)元之外，又引入了多個網(wǎng)元的UI 界面， 其中VIM/VNFM/NFVO/EMS都有自己的UI 界面，不利于維護人員使用；

4、彈性擴縮容策略比較單一，目前廠商版本還只支持按CPU＼BHCA 進行彈性，實際商用需要多種組合策略；

5、告警關聯(lián)可以在VNFM上運行，也可以在EMS上執(zhí)行，也可以在NFVO上進行關聯(lián)，存在方案的選擇。

四、NFV網(wǎng)絡運維探索

下文結合核心網(wǎng)虛擬化試點工作，針對試點中發(fā)現(xiàn)的一些問題，進行了一定的研究和探索，并給出了一些建議。

4.1對流程和人才的建議

引入NFV后，運營商的運營思路由“Carrier Operations”轉(zhuǎn)向“DevOps”，企業(yè)文化需要深層次的變革。運營商轉(zhuǎn)型成所謂的“軟件”公司。運營商角色將從傳統(tǒng)的對電信網(wǎng)絡支撐轉(zhuǎn)型到對網(wǎng)絡真正的主導控制，從而具備自我規(guī)劃、自我設計的能力。軟件及軟件系統(tǒng)的技能和實力將成為真正的硬實力。

從組織架構角度：核心網(wǎng)運維工作整體上分為設備維護、網(wǎng)絡分析及業(yè)務支撐三大部分。引入虛擬化架構之后，需要對組織架構進行融合，將不同的組織實體進行融合，并梳理新的管理實體的部門職能、部門職責、崗位設置及崗位職責。從而更好的服務于NFV的運維。

從運維模式角度：一方面，建立面向CS/PS/IMS業(yè)務的一體化融合運維模式，建立CS/PS/IMS一體化流程規(guī)范體系，統(tǒng)一接口、統(tǒng)一支撐，實現(xiàn)CS/PS/IMS深度融合和一體化運作。另一方面，可以采用分層次的運維模式，即成立兩個團隊，專門負責基礎設施維護的團隊和專門負責虛擬化以及上層業(yè)務的團隊。優(yōu)勢是起點要求相對較低，上手容易；劣勢是有可能面臨流程上的問題以及各部門協(xié)作的一系列問題。這時候就需要從流程上把兩個團隊連貫起來。

從人才培養(yǎng)角度：盡快培養(yǎng)IT/CT復合型人才，新模式下更需要IT/CT專家，既熟悉業(yè)務層、也熟悉硬件資源層，也熟悉NFV和SDN等技術，以達到快速分析故障能力。在現(xiàn)有資源不增加的情況下，推動人員技能更新?lián)Q代，拓展員工的職業(yè)發(fā)展空間，提升員工技能水平，滿足NFV網(wǎng)絡的運維需要。

4.2對規(guī)劃采購的建議

傳統(tǒng)網(wǎng)絡建設方式為規(guī)劃->設計->采購->實施，其周期為月級。傳統(tǒng)網(wǎng)絡的采購都是煙囪模式。對于煙囪模式，硬件和軟件都是由同一廠商提供，運營商對設備提供商有驗證依耐性，容易被綁架，建設成本也居高不下。

NFV實現(xiàn)了軟、硬件的解耦合，這樣運營商可以統(tǒng)一對通用硬件進行招標集采，規(guī)模采購節(jié)省成本?？捎行П苊鈫螐S商依賴。

NFV使用的都是X86服務器，但X86服務器的更新迭代非?？?，一般X86服務器隨CPU/內(nèi)存等的快速發(fā)展，不同CPU/內(nèi)存等對支持的用戶數(shù)有比較大的變化，且設備可能3-5年就退市，所以采購側(cè)，比較合適的是按6-8個月周期采購。對網(wǎng)絡規(guī)劃，這需要改變原來按年份進行規(guī)劃采購的模式。

4.3對運維工具的建議

NFV引入帶來對現(xiàn)網(wǎng)維護的分層和復雜性，目前試點廠商vIMS支持采用圖形工具模式，采用拖拽方式，進行業(yè)務網(wǎng)元的部署。省去了復雜的XML文件編輯，使維護人員大大減輕了對NFV維護的恐懼性。相對于部分廠家僅支持文件編輯模式，文件編輯模式對維護人員進行網(wǎng)元部署帶來很大的不便。

為提高維護效率和盡快掌握NFV運維技能，以NFV網(wǎng)絡可運維、可管理為目標，我們與試點廠商公司共同進行了相關運維工具的實驗性部署，從運維角度進行了完善，使得圖形化界面更易于維護。

但是vIMS系統(tǒng)維護界面UI比較多，這需要廠家進一步優(yōu)化合并，便于商用維護快捷。比如VNFM/EMS的UI 界面合并；VIM/NFVO 在同廠家下建議合并。

4.4對彈性策略的建議

NFV 能夠提升網(wǎng)絡彈性，縮短業(yè)務部署時間，促進網(wǎng)絡高效低成本運營。自適應伸縮，通過彈性和按需設定來實現(xiàn)網(wǎng)元縮、擴容，根據(jù)負載變化和用戶請求有效調(diào)整資源配置，有效應對節(jié)假日、話務流量上升、潮汐現(xiàn)象等用戶事件的發(fā)生。

目前彈性擴縮容策略比較單一，廠商版本還只支持按CPU和注冊用戶數(shù)進行彈性。實際商用需要有多種組合策略指導彈性。

需要深入挖掘多種組合策略，完善擴縮容機制，比如利用大數(shù)據(jù)技術，結合歷史數(shù)據(jù)，提前進行彈性，避免用戶量或者CPU突然上升，導致彈性失敗或者一定的呼損。舉例來說，針對重大節(jié)日，無需等到CPU上升再進行彈性，結合去年幾年的數(shù)據(jù)，以及去年和現(xiàn)在的用戶量，基于一定的模型估算出今年需要的系統(tǒng)容量，提前進行擴容。

4.5對告警關聯(lián)的建議

傳統(tǒng)的核心網(wǎng)網(wǎng)元告警不分層，物理資源的告警都是通過業(yè)務網(wǎng)元上報給EMS，業(yè)務告警中可以攜帶業(yè)務進程所在的物理資源的位置，這樣業(yè)務告警就包含了硬件資源信息。NFV引入分層架構后，物理資源的告警由MANO檢測和上報，VNF與硬件解耦，業(yè)務告警不方便獲取物理位置，導致不能方便的定位到業(yè)務告警與之相關的硬件資源，增加了維護的難度。

因此需要通過告警關聯(lián)，實現(xiàn)物理層、虛擬化層、業(yè)務層的告警關聯(lián)。硬件資源層故障需要上報告警給VNFM和NFVO，而業(yè)務層故障告警上報給EMS，為快速定位故障根源，需要在VNFM或EMS上實現(xiàn)深度故障告警關聯(lián)，便于維護人員快速定位故障源。此外，OSS和NFVO也可以實現(xiàn)告警關聯(lián)。

上面表格介紹了各種告警關聯(lián)方案的流程、優(yōu)點、缺點。為了沿襲傳統(tǒng)的告警運維習慣，推薦使用EMS關聯(lián)方案。對于EMS比較弱而VNFM比較強的項目，可以使用VNFM關聯(lián)方案。對于NFVO關聯(lián)方案，適用于VNFM和NFVO為同廠商設備。對于OSS關聯(lián)方案，由于現(xiàn)在NFVO和OSS的接口還不成熟，NFVO與OSS對接還比較復雜，除非NFVO和OSS是運營商自營自控的項目，方可以使用OSS關聯(lián)方案。

四、總結

NFV 是電信運營商網(wǎng)絡發(fā)展的必然方向，它為運營商帶來了低成本、高效率、快速部署業(yè)務的好處。但是NFV 作為新的網(wǎng)絡架構，給運營和維護帶來新的挑戰(zhàn)，本文結合試點工作，對虛擬化網(wǎng)絡的運營維護進行了探索和實踐，為今后規(guī)模部署提供一些思路和經(jīng)驗。

參 考 文 獻

[1] 李永強等 4G時代運營商核心網(wǎng)絡融合運維模式的探索與實踐 移動通信 2015年第6期

[2] 李立奇等 核心網(wǎng)NFV云化試點方案研究 電信工程技術與標準化 2016年第5期

[3] 趙慧玲，網(wǎng)絡虛擬化及網(wǎng)絡功能虛擬化技術探討 中興通訊技術 2014年6月

[4] 靳曉嘉， 楊舟，虛擬核心網(wǎng)IMS技術及試點應用電信工程技術與標準化 2016年第9期

[5] 王茹，曲璐，IMS網(wǎng)絡虛擬化部署分析，移動通信，2015年第5期

[6] 范洪亮 NFV技術及其引入VoLTEIMS中的關鍵問題研究 互聯(lián)網(wǎng)天地 2016年2月

[7] 鄭舒，王曉東，基于NFV架構的IMS核心網(wǎng)實現(xiàn)方案 信工程技術與標準化 2016年第5期

[8] ETSI GS NFV 002， Network Functions Virtualisation （NFV）；Architectural Framework

[9] ETSI GS NFV-MAN 001， Network Functions Virtualisation （NFV）；Management and Orchestration

[10] ETSI GS NFV-SWA 001， Network Functions Virtualisation （NFV）；Virtual Network Functions Architecture