中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司 王 華

1 引言

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV：Network Function Virtualization）已成為近年來(lái)新一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的熱點(diǎn)，從多方面影響著整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向和進(jìn)程。NFV被認(rèn)為是下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)變革的關(guān)鍵技術(shù)之一，已納入移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展大綱。隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，尤其在4G網(wǎng)絡(luò)的部署和商用，整個(gè)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)向扁平化、IP化演進(jìn)。傳統(tǒng)的軟件和硬件結(jié)合組建網(wǎng)絡(luò)的方式，造成資源不易共享，業(yè)務(wù)無(wú)法交叉融合，升級(jí)改造難，使得網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本負(fù)擔(dān)太重。為了打破這種垂直封閉的一體化架構(gòu)，NFV

技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

2 NFV技術(shù)簡(jiǎn)介

NFV簡(jiǎn)單的理解就是把網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備從目前專用平臺(tái)遷移到標(biāo)準(zhǔn)化、高性能、大容量的服務(wù)器上。在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器硬件上運(yùn)行軟件實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能，并且可以根據(jù)需要遷移到網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)位置，而不需要安裝新設(shè)備。當(dāng)前移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)使用的各種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，均是在私有平臺(tái)部署的，各種網(wǎng)元都是封閉的機(jī)框，各種機(jī)框間硬件資源無(wú)法共享，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備擴(kuò)容必須增加相應(yīng)的硬件資源，縮容后硬件資源又將閑置，耗時(shí)長(zhǎng)，彈性差，成本高。而NFV就是使各種網(wǎng)元變成了獨(dú)立的應(yīng)用，靈活部署在基于標(biāo)準(zhǔn)的服務(wù)器，存儲(chǔ)，交換機(jī)構(gòu)建的統(tǒng)一平臺(tái)上，每個(gè)應(yīng)用可以快速增加減少虛擬資源來(lái)達(dá)到快速縮擴(kuò)容的目的，大大提升網(wǎng)絡(luò)的彈性[1]。基于上述目標(biāo)，NFV技術(shù)以云計(jì)算和虛擬化技術(shù)為基礎(chǔ)，將通用的COTS計(jì)算/存儲(chǔ)/網(wǎng)絡(luò)硬件設(shè)備通過(guò)虛擬化技術(shù)可以分解成多種虛擬資源，供上層各種應(yīng)用使用，同時(shí)通過(guò)虛擬化技術(shù)，使得軟件應(yīng)用與硬件解耦，使得資源的供給速度大大提高。圖1為NFV的標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)。

圖1 NFV標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)

3 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)現(xiàn)狀

移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)從2G、3G逐步演進(jìn)到LTE，已是包含多種接入技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)。不僅包括GSM、TD_SCDMA、WCDMA、TDDLTE、FDDLTE等3GPP接入技術(shù)，而且包括CDMA2000、WLAN等非3GPP接入技術(shù)[2]。傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)同能力有限，融合交互能力不強(qiáng)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高效的資源協(xié)同調(diào)度、移動(dòng)性管理和網(wǎng)絡(luò)安全管理等功能。在下一代移動(dòng)通信的研究中，運(yùn)營(yíng)商越來(lái)越認(rèn)識(shí)到網(wǎng)絡(luò)容量提升的重要性和迫切性。

傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)都是基于專有網(wǎng)絡(luò)硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的，隨著網(wǎng)絡(luò)流量的迅速增長(zhǎng)和新型互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)需求的不斷涌現(xiàn)，僅僅通過(guò)增加新網(wǎng)元和新接口來(lái)擴(kuò)容和增添新功能，將導(dǎo)致升級(jí)困難、擴(kuò)展性查、資源利用率低、運(yùn)維困難、能耗高、成本大等問(wèn)題。在傳統(tǒng)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中都是采用集中式一體化的錨定網(wǎng)關(guān)模式，而這種架構(gòu)中，網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)收斂模式過(guò)于單一，將使得網(wǎng)絡(luò)對(duì)業(yè)務(wù)感知適配能力差，不同業(yè)務(wù)的控制和承載管理不夠動(dòng)態(tài)。這樣一來(lái)，導(dǎo)致缺乏網(wǎng)元功能的可編程能力和網(wǎng)絡(luò)的可編排能力，都無(wú)法靈活的構(gòu)建功能配置和業(yè)務(wù)升級(jí)部署。如今移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越復(fù)雜，設(shè)備種類繁多、架構(gòu)臃腫，性能提升緩慢，導(dǎo)致運(yùn)營(yíng)商的維保成本巨大?，F(xiàn)有的接入側(cè)不能實(shí)現(xiàn)無(wú)縫切換，核心側(cè)控制面過(guò)于分散，數(shù)據(jù)面過(guò)于集中，使得成本和收益形成剪刀差?，F(xiàn)行這種垂直一體化的封閉網(wǎng)絡(luò)體系和耦合私有的網(wǎng)元架構(gòu)，注定了很多網(wǎng)絡(luò)行為的不確定性，難以滿足可控、可管的Qos標(biāo)準(zhǔn)[3]。為此，亟需要進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的變革，一方面去降低網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容、升級(jí)改造的難度，另一方面去降低運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)運(yùn)維的成本。

4 NFV技術(shù)對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的影響

NFV技術(shù)利用軟硬件解耦及功能抽象，以虛擬化技術(shù)降低昂貴的設(shè)備成本費(fèi)，根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動(dòng)部署、彈性伸縮、故障隔離等步驟，讓運(yùn)營(yíng)商將承載各種網(wǎng)絡(luò)功能的通用硬件與云計(jì)算虛擬化技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元虛擬化和虛擬網(wǎng)絡(luò)可編程，簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的步驟和降低購(gòu)買(mǎi)新專用網(wǎng)絡(luò)硬件的成本，把網(wǎng)絡(luò)技術(shù)重點(diǎn)放到部署新的網(wǎng)絡(luò)軟件上。從而將IT產(chǎn)業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)化的硬件平臺(tái)和云計(jì)算平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)引入電信領(lǐng)域，構(gòu)建了一個(gè)更加開(kāi)放、靈活、高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。NFV對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中各類功能網(wǎng)元的在網(wǎng)形態(tài)有了明顯的改變，即基于統(tǒng)一云平臺(tái)的NFV虛擬功能網(wǎng)元取代了傳統(tǒng)軟硬一體化網(wǎng)元，虛擬的接口/鏈路代替了原來(lái)的實(shí)體接口/鏈路，但每個(gè)功能網(wǎng)元在邏輯上與傳統(tǒng)網(wǎng)元的功能及地位完全相同。同時(shí)，NFV架構(gòu)還考慮了站點(diǎn)內(nèi)虛擬機(jī)、云資源中硬件資源的內(nèi)部可靠性，即網(wǎng)元間組池，異地容災(zāi)備份等網(wǎng)絡(luò)級(jí)的安全性要求[4]。

目前，移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的接入網(wǎng)、核心網(wǎng)和 IMS 網(wǎng)絡(luò)是 NFV 的重點(diǎn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)。我們以移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)為例，將移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的核心網(wǎng)網(wǎng)元的控制與轉(zhuǎn)發(fā)完全分離，剝離網(wǎng)元的控制功能，由控制面負(fù)責(zé)移動(dòng)性管理和會(huì)話管理，轉(zhuǎn)發(fā)面不再參與控制管理[5]。在NFV方案中，將MME、PGW、SGW、SGSN、GGSN、PCRF、CG等核心網(wǎng)網(wǎng)元均作為虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF），以虛擬機(jī)的形態(tài)部署在NFVI虛擬化平臺(tái)上。這樣核心網(wǎng)網(wǎng)元功能能通過(guò)資源虛擬化技術(shù)，使用NFVI提供的計(jì)算、轉(zhuǎn)發(fā)、存儲(chǔ)等資源。這樣一來(lái)，功能的升級(jí)和新功能的引入對(duì)硬件平臺(tái)的依賴性小，網(wǎng)絡(luò)改造效率高。不需要改變網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，就可以增加?jì)算、存儲(chǔ)、連接等網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容資源。動(dòng)態(tài)的共享平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)功能資源互補(bǔ)性或峰谷互補(bǔ)性，達(dá)到了資源的節(jié)省和節(jié)能減排的作用。在核心網(wǎng)的NFV部署場(chǎng)景中，網(wǎng)絡(luò)邏輯架構(gòu)沒(méi)有發(fā)生改變，而將云平臺(tái)中的虛擬化網(wǎng)元實(shí)現(xiàn)高效的部署與有效的管理，而移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)管理架構(gòu)與虛擬化平臺(tái)實(shí)現(xiàn)深度融合[6]。此外，不同網(wǎng)元功能的實(shí)體已經(jīng)不在具有原有的硬件形態(tài)，而是虛擬軟件形態(tài)集中統(tǒng)一部署在云計(jì)算數(shù)據(jù)中心，將網(wǎng)絡(luò)實(shí)體功能的子模塊進(jìn)行更深層次的解耦和重分配，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的重新定義。圖2為vEPC系統(tǒng)的NFV部署圖。

圖2 vEPC系統(tǒng)的NFV部署圖

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，下一代網(wǎng)絡(luò)必將引進(jìn)更多的IT技術(shù)，這也促使CT與IT兩個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)不斷融合，在業(yè)務(wù)模式上日漸趨同。移動(dòng)端互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的主流業(yè)務(wù)，為了應(yīng)對(duì)這種移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的浪潮，NFV的研究已經(jīng)深入到電信領(lǐng)域的諸多方面，成為了運(yùn)營(yíng)商關(guān)注的重點(diǎn)。NFV所提出的軟硬件解耦，虛擬化等技術(shù)，將改變現(xiàn)有移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和設(shè)備形態(tài)，進(jìn)而對(duì)下一代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的部署、運(yùn)營(yíng)管理方式和電信領(lǐng)域的商業(yè)模式帶來(lái)深刻的影響。

[1]劉慧,李俠宇,朱浩．未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)及其關(guān)鍵技術(shù)研究[J]．電信網(wǎng)技術(shù),2015(12)∶30-34．

[2]夏旭,毛聰杰,史凡,孫震強(qiáng),王波．基于SDN/NFV的演進(jìn)移動(dòng)核心網(wǎng)研究[J]．互聯(lián)網(wǎng)天地,2015(04)∶18-22．

[3]孫金霞,孫紅芳,韋芳．關(guān)于NFV與SDN的基本概念及應(yīng)用思考[J]．電信工程技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化,2014,27(08)∶1-5．

[4]倪慧,譚仕勇,胡偉華．基于SDN與NFV的移動(dòng)核心網(wǎng)演進(jìn)[J]．電信網(wǎng)技術(shù),2014(08)∶16-19．

[5]Khaled Almustafa,Mamdouh Alenezi．Cost Analysis of SDN/NFV Architecture over 4G Infrastructure[J]．Procedia Computer Science,2017,113．

[6]Rogerio C．Turchetti,Elias P．Duarte Jr．．NFV‐FD∶ Implementation of a failure detector using network virtualization technology[J]． International Journal of Network Management,2017,27(6)．