謝淑琳

（北京交通大學(xué)，北京 100089）

關(guān)鍵字：網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化；VNF；生命周期管理

0 引 言

5G時(shí)代的到來和移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的增加導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)流量大幅度增長(zhǎng)，當(dāng)前核心網(wǎng)的模式封閉僵化、資源無(wú)法共享且網(wǎng)元部署缺乏彈性。為了提高網(wǎng)絡(luò)通信的質(zhì)量，需要對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行改造，但在當(dāng)前核心網(wǎng)模式的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)設(shè)備數(shù)量多而復(fù)雜，增加后續(xù)維護(hù)和升級(jí)的難度。因此引入NFV技術(shù)，網(wǎng)元功能以軟件的方式實(shí)現(xiàn)，硬件資源通過虛擬化技術(shù)進(jìn)行虛擬化[1-3]。網(wǎng)元可以自動(dòng)化部署，虛擬化的資源可以共享，電信運(yùn)營(yíng)商的運(yùn)營(yíng)成本會(huì)大大降低。

1 框架簡(jiǎn)介

傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，網(wǎng)元依賴專用硬件設(shè)備，引入NFV技術(shù)后專有硬件設(shè)備被通用X86服務(wù)器替代。網(wǎng)元設(shè)計(jì)成軟件的形式，硬件資源虛擬化后創(chuàng)建虛擬機(jī)，將網(wǎng)元部署在虛擬機(jī)上。圖1所展示的NFV架構(gòu)是在中國(guó)移動(dòng)根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（European Telecommunication Standard Institute，ETSI）所提出的NFV架構(gòu)的基礎(chǔ)上擴(kuò)展得到的。

圖1 核心網(wǎng)云管理平臺(tái)系統(tǒng)組網(wǎng)結(jié)構(gòu)

NFV架構(gòu)有6大模塊，分別為操作維護(hù)中心（Operation and Maintenance Center，OMC）、虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能（Virtualized Network Function，VNF）、虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施（Virtualized Network Function Infrastructure，VNFI）、虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能編排（Network Funcation Virtualization Ochestrater，NFVO）、虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能管理（Virtualized Network Function Manager，VNFM）以及虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理（Virtual Infrastructure Management，VIM）。

其中，在物理網(wǎng)元和虛擬網(wǎng)元發(fā)生故障或?qū)W(wǎng)元的性能和配置進(jìn)行管理時(shí)都由OMC負(fù)責(zé)，而且OMC還要配合VNFM對(duì)虛擬網(wǎng)元進(jìn)行生命周期管理。VNF和傳統(tǒng)物理網(wǎng)元的功能一樣，是以軟件的方式進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，例如虛擬化服務(wù)網(wǎng)關(guān)S-GW和PCRF等。NFVI為VNF提供運(yùn)行所需要的資源，包括硬件資源和軟件資源，硬件資源經(jīng)過中間層的虛擬化技術(shù)變?yōu)樘摂M計(jì)算、存儲(chǔ)及網(wǎng)絡(luò)等。NFVO+是在標(biāo)準(zhǔn)NFVO的基礎(chǔ)上加入了對(duì)虛擬網(wǎng)元的FCAPS管理能力，標(biāo)準(zhǔn)NFVO負(fù)責(zé)對(duì)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的管理，配合VNFM和VIM可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元生命周期管理。VNFM的功能是實(shí)現(xiàn)VNF的生命周期管理，包括VNF實(shí)例化、彈性擴(kuò)縮容以及VNF實(shí)例終止等。VIM負(fù)責(zé)對(duì)底層的硬件資源和虛擬資源進(jìn)行管理監(jiān)控，發(fā)生故障時(shí)及時(shí)上報(bào)，同時(shí)接收VNFM的請(qǐng)求進(jìn)行資源創(chuàng)建或釋放[4,5]。

2 VNF生命周期管理

VNF從自動(dòng)部署到擴(kuò)縮容以及實(shí)例終止整個(gè)生命周期流程都需要由VNFM進(jìn)行管理，這里主要介紹VNF的實(shí)例化和彈性擴(kuò)縮容流程。

2.1 VNF實(shí)例化

在VNF實(shí)例化之前要保證VNF包已經(jīng)上載到VNFM中，同時(shí)鏡像也要下發(fā)到VIM中，VNF實(shí)例化流程如圖2所示。

圖2 VNF實(shí)例化流程

具體流程說明如下：

（1）操作員在NFVO+界面選擇需要實(shí)例化的VNF。

（2）NFVO+查詢VNFR信息。

（3）如果該VNFR未執(zhí)行資源預(yù)留，那么NFVO+調(diào)用C6：QueryVNFD Req接口，接口中含VNF Package ID，到VNFM查詢VNFD信息。

（4）VNFM查詢本地保存的VNFD信息。

（5）VNFM返回C6：QueryVNFD Response，包含VNFD的詳細(xì)信息和可調(diào)整的參數(shù)。

（6）NFVO+在實(shí)例化頁(yè)面展示VNFD信息，調(diào)用C6：InstantiateVNF接口，請(qǐng)求VNFM實(shí)例化VNF。

（7）VNFM收到請(qǐng)求后創(chuàng)建實(shí)例化任務(wù)，生成JobID，返回給NFVO+。

（8）VNFM分析對(duì)應(yīng)的VNF包，從VNF包中獲取VNFD的信息，得到VNF實(shí)例化需要的資源。

（9）VNFM向NFVO+發(fā)送資源授權(quán)請(qǐng)求。

（10）NFVO+根據(jù)當(dāng)前情況決定是否接受VNFM的授權(quán)請(qǐng)求。

（11）VNFM向NFVO+發(fā)送創(chuàng)建虛擬資源的請(qǐng)求。

（12）NFVO+向VIM發(fā)送通知?jiǎng)?chuàng)建虛擬資源。

（13）VIM進(jìn)行資源創(chuàng)建，向NFVO+發(fā)送C7：PushVmChanges請(qǐng)求，告訴NFVO+自身的資源變化。

（14）NFVO+向VIM返回響應(yīng)。

（15）虛擬機(jī)創(chuàng)建成功后，VNFM對(duì)VNF的參數(shù)進(jìn)行部署和配置。

（16）VNFM向NFVO+發(fā)送VNF實(shí)例化成功后包含的虛擬資源。

（17）NFVO+向VNFM返回響應(yīng)。

（18）VNFM通知OMC對(duì)實(shí)例化成功的VNF進(jìn)行管理。

（19）OMC向VNFM返回響應(yīng)。

（20）OMC將新實(shí)例化的VNF添加到管理對(duì)象。

（21）OMC對(duì)VNF進(jìn)行應(yīng)用參數(shù)的配置。

（22）操作人員在顯示界面查看實(shí)例化的結(jié)果。

2.2 VNF自動(dòng)擴(kuò)縮容流程

為了適應(yīng)不同業(yè)務(wù)流量，VNF需要擴(kuò)縮容，增加或減少VNF需要的資源。彈性擴(kuò)縮容分為自動(dòng)和手動(dòng)兩種情況，其中自動(dòng)擴(kuò)縮容需要設(shè)置好特定的策略，流程如圖3所示。

圖3 VNF自動(dòng)擴(kuò)縮容

具體流程說明如下：

（1）VNFM中已經(jīng)存在VNF的擴(kuò)縮容策略并且已經(jīng)激活。

（2）VNFM/OMC監(jiān)測(cè)VNF性能，并和擴(kuò)縮容策略進(jìn)行匹配。

（3）達(dá)到擴(kuò)縮容條件，VNFM/OMC觸發(fā)VNF擴(kuò)縮容。

（4）VNFM發(fā)送C6：VNFMEventNotification接口，告知NFVO+要對(duì)VNF進(jìn)行擴(kuò)縮容。

（5）NFVO+返回響應(yīng)。

（6）VNFM向NFVO+發(fā)送資源授權(quán)請(qǐng)求。

（7）NFVO+檢查是否允許該實(shí)例進(jìn)行擴(kuò)縮容操作。

（8）VNFM告知OMC有VNF要進(jìn)行擴(kuò)縮容。

（9）OMC向VNFM返回VNF擴(kuò)縮容預(yù)通知，指示是否允許后續(xù)擴(kuò)縮容操作。

（10）VNFM向NFVO+發(fā)送創(chuàng)建/刪除虛擬資源的請(qǐng)求。

（11）NFVO+向VIM發(fā)送創(chuàng)建/刪除虛擬資源的請(qǐng)求。

（12）VIM向NFVO+發(fā)送C7：PushVmChanges請(qǐng)求。

（13）NFVO+向VIM返回響應(yīng)。

（14）擴(kuò)縮容成功后，VNFM對(duì)VNF重新進(jìn)行參數(shù)配置。

（15）VNFM檢查VNF，確定是否擴(kuò)縮容成功。

（16）VNFM向NFVO發(fā)送VNF當(dāng)前資源變化的通知。

（17）NFVO+向VNFM返回響應(yīng)。

（18）VNFM向OMC發(fā)送VNF擴(kuò)縮容結(jié)果通知。

（19）OMC向VNFM返回VNF擴(kuò)縮容結(jié)果通知響應(yīng)。

（20）OMC更新管理對(duì)象。

（21）OMC對(duì)擴(kuò)縮容后的VNF重新進(jìn)行參數(shù)配置。

3 結(jié) 論

NFV技術(shù)從一開始提出就備受關(guān)注，它可以很好地解決傳統(tǒng)核心網(wǎng)架構(gòu)的弊端，但同時(shí)也存在一定的缺點(diǎn)。硬件資源虛擬化和網(wǎng)元功能軟件化可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的軟硬件解耦，保證網(wǎng)元的快速部署與資源共享。FV架構(gòu)中各模塊之間的接口采用私有化還是標(biāo)準(zhǔn)化、NFV技術(shù)如何保證系統(tǒng)的可靠性等都是未來需要考慮的問題。