沈蕾，吳麗華

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司網(wǎng)絡(luò)所，北京100080）

1 引言

隨著萬物互聯(lián)時代的逐漸到來，業(yè)務(wù)流量指數(shù)級增長、視頻等大流量類業(yè)務(wù)需求增多，通信產(chǎn)業(yè)正在進入一個新的高速發(fā)展時期。移動通信運營商在快速發(fā)展VoLTE及4G時，存在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)周期長、業(yè)務(wù)上線時間長、網(wǎng)絡(luò)建設(shè)代價高、業(yè)務(wù)部署缺乏靈活性等問題。尤其是隨著LTE的大規(guī)模部署，網(wǎng)絡(luò)面臨大規(guī)模更新?lián)Q代，而中國移動基礎(chǔ)業(yè)務(wù)收入逐步下降，低成本高效運營壓力大。運營商迫切需要一種成本低/效率高的運營方式、一種能夠靈活快速部署業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

NFV（network function virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）實現(xiàn)了電信網(wǎng)絡(luò)功能節(jié)點的軟件/硬件解耦，能夠提升網(wǎng)絡(luò)彈性、縮短業(yè)務(wù)部署時間、促進網(wǎng)絡(luò)高效低成本運營。引入NFV，有利于提升網(wǎng)絡(luò)部署能力，降低網(wǎng)絡(luò)部署成本，增強運營能力。NFV是電信級業(yè)務(wù)云化的核心技術(shù)和架構(gòu)，是未來網(wǎng)絡(luò)演進的必然趨勢。

2 NFV基本概念

2.1 NFV基本架構(gòu)

NFV是采用虛擬化技術(shù)，將傳統(tǒng)的電信設(shè)備與硬件解耦，可基于通用的計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備實現(xiàn)電信網(wǎng)絡(luò)功能，提升管理和維護效率,增強系統(tǒng)靈活性。網(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)由“3+1”架構(gòu)組成，如圖1所示，包括硬件資源、虛擬資源和虛擬網(wǎng)元功能三層以及一個核心網(wǎng)云管理（management and orchestration,MANO）系統(tǒng)。

圖1 NFV的系統(tǒng)架構(gòu)

·硬件資源：包含計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等一系列硬件基礎(chǔ)設(shè)施。

·虛擬資源：VM（virtual machine，虛擬機）將上層操作系統(tǒng)的指令映射為具體對宿主硬件的操作；hypervisor（虛擬機監(jiān)控器）負(fù)責(zé)虛擬機的創(chuàng)建、監(jiān)控、銷毀等。

·虛擬網(wǎng)元功能：VNF（virtualized network function，虛擬網(wǎng)元功能），為CSCF、HSS等網(wǎng)元的虛擬化功能的軟件實體。

與傳統(tǒng)電信核心網(wǎng)管理相比，MANO增加了對硬件資源、虛擬資源層、虛擬化網(wǎng)元以及完整網(wǎng)絡(luò)功能的管理和調(diào)度。實現(xiàn)核心網(wǎng)云管理的網(wǎng)元功能包括VIM(virtual infrastructure management，虛擬設(shè)施管理）、VNFM（virtual network function management，虛 擬 網(wǎng) 元 管 理）和NFVO（NFV orchestrator，虛擬業(yè)務(wù)編排），其主要功能區(qū)塊如下。

·VIM：虛擬設(shè)施管理器，負(fù)責(zé)虛擬機及硬件的管理調(diào)度。

·VNFM：虛擬網(wǎng)元功能管理器，根據(jù)OMC的請求，向VIM申請/釋放虛擬機資源，并在虛擬機上加載/卸載虛擬網(wǎng)元功能軟件。

·NFVO：虛擬資源管理和調(diào)度，負(fù)責(zé)跨VIM的虛擬資源申請、授權(quán)、調(diào)度，并負(fù)責(zé)虛擬資源池的狀態(tài)監(jiān)控。

2.2 NFV解耦模式

NFV架構(gòu)下硬件資源、虛擬資源和虛擬網(wǎng)元功能三層有4種解耦模式，如圖2所示。

（1）方案一：單廠商

硬件資源、虛擬資源、虛擬網(wǎng)元功能層均向通信設(shè)備廠商“一攬子”采購，其中硬件資源、虛擬化軟件可能是通信設(shè)備廠商自身設(shè)備，也有可能是外購的第三方廠商設(shè)備。

（2）方案二：共享資源池

運營商自行采購的硬件資源和虛擬化軟件，IT廠商提供硬件資源和硬件資源適配的虛擬化軟件，并向通信廠商采購虛擬網(wǎng)元功能軟件。運營商采購的硬件資源和虛擬化軟件應(yīng)滿足通信廠商虛擬網(wǎng)元功能軟件的運行、適配要求。

（3）方案三：硬件獨立

硬件資源由運營商自行采購，并向通信廠商采購虛擬網(wǎng)元功能和其適配的虛擬化軟件，其中虛擬化軟件可能是通信廠商外購的商用軟件，也可能是通信廠商在開源軟件基礎(chǔ)上自行改造。

（4）方案四：三層全解耦

硬件資源和虛擬化軟件由運營商自行采購且兩層之間無緊耦合關(guān)系，并向通信廠商采購虛擬網(wǎng)元功能軟件。運營商自行采購的硬件資源和虛擬化軟件應(yīng)滿足上層虛擬網(wǎng)元功能軟件的運行要求，同時，上層虛擬網(wǎng)元功能可能需要根據(jù)虛擬化軟件的具體版本做相應(yīng)適配改造。

圖2 核心網(wǎng)NFV解耦模式

各種方案主要區(qū)別見表1。

表1 NFV解耦方案對比

3 NFV規(guī)劃、建設(shè)特點

2014年中國移動啟動融合通信一期項目，并創(chuàng)新性地建設(shè)基于NFV架構(gòu)的VoWi-Fi和新消息平臺。與傳統(tǒng)通信工程先試點、成熟后再建設(shè)的模式不同，融合通信項目建設(shè)之初，NFV的接口、協(xié)議尚未完善，規(guī)劃建設(shè)模式也處在摸索過程中，在這樣的背景下，一期采用方案一。

2015年，中國移動啟動融合通信與飛信融合項目，該項目進一步將硬件資源獨立，由廠商統(tǒng)一提供軟硬件演進為運營商自行采購?fù)ㄓ糜布?，解耦模式由方案一演進為方案三。

為有效解決核心網(wǎng)尤其是后續(xù)VoLTE網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模部署和擴容的挑戰(zhàn)，中國移動在部分省份開展核心網(wǎng)虛擬化的小范圍外場“孕育式”試點，為商用積累經(jīng)驗。試點采用方案三。

本文將結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)項目，探討核心網(wǎng)NFV規(guī)劃、建設(shè)特點。

3.1 融合通信NFV規(guī)劃建設(shè)特點

3.1.1 計算資源的規(guī)劃與建設(shè)

雖然各大通信廠商遵循著相同的標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，但在系統(tǒng)架構(gòu)實現(xiàn)方式上有一定差別，即使在相同的容量需求、業(yè)務(wù)模型下，對硬件資源的消耗、虛擬機規(guī)格均存在一定差別。未來NFV正式商用前，應(yīng)通過測試、評估等手段，明確標(biāo)準(zhǔn)集采模型下各廠商的資源需求。當(dāng)建設(shè)模式采用先硬件、后軟件、虛擬網(wǎng)元功能廠商未知的前提下，還應(yīng)規(guī)范、拉通各廠商的統(tǒng)一資源需求。

相比傳統(tǒng)物理網(wǎng)元，虛擬網(wǎng)元從部署在物理硬件資源上變?yōu)椴渴鸬教摂M資源上，網(wǎng)元配置由需要多少物理單板變?yōu)槎嗌偬摂M機，需要逐個核對每個功能模塊的配置原則、容量需求、備份方式、最小虛擬機規(guī)格等，最終得出虛擬機規(guī)格、數(shù)量并折算出相應(yīng)的物理機規(guī)格、數(shù)量。

在硬件規(guī)格上，目前可適配NFV且符合電信業(yè)務(wù)高可靠性的通用服務(wù)器型號較少。主要包括HP C7000、HW FusionEngine等，通用硬件相比傳統(tǒng)核心網(wǎng)專用硬件，對環(huán)境要求更高，大部分通用服務(wù)器可適配數(shù)據(jù)中心機房，少量通用服務(wù)器如HW FusionEngine除適配數(shù)據(jù)中心機房外，還可適配傳統(tǒng)核心網(wǎng)機房。

3.1.2 存儲資源的規(guī)劃與建設(shè)

相比傳統(tǒng)物理網(wǎng)元，虛擬化網(wǎng)元的存儲需求除業(yè)務(wù)本身所需要的業(yè)務(wù)存儲、日志報表等存儲需求外，還包括資源池的glance鏡像、instance虛擬機實例、虛擬機快照等存儲。融合通信存儲方案遵循資源池存儲與業(yè)務(wù)平臺存儲物理上分離的總體原則，以確保資源池和業(yè)務(wù)互不干擾。

存儲配置首先需要根據(jù)網(wǎng)元特性和業(yè)務(wù)特性，明確存儲的技術(shù)方案，如使用集中塊存儲或分布式存儲；其次需要根據(jù)不同業(yè)務(wù)模塊的具體存儲需求特性，明確具體的計算、內(nèi)存、讀寫、并發(fā)、存儲空間、擴展存儲、備份機制等需求，得出具體的存儲配置。

核心網(wǎng)控制面網(wǎng)元，對存儲空間、讀寫無特殊需求，可采用IP-SAN塊存儲方式。對于業(yè)務(wù)平臺，需根據(jù)具體的業(yè)務(wù)特性明確具體存儲方案。以融合通信項目為例，由于業(yè)務(wù)模塊較多、業(yè)務(wù)需求復(fù)雜，不同業(yè)務(wù)模塊對存儲的需求有一定差異，部分業(yè)務(wù)需要高I/O，部分業(yè)務(wù)需要大量存儲，導(dǎo)致存儲服務(wù)器規(guī)格較多。在配置存儲設(shè)備時，應(yīng)注意將虛擬功能網(wǎng)元廠商的配置需求與集采規(guī)格相匹配，按照集采規(guī)格配置存儲設(shè)備。

3.1.3 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的規(guī)劃與建設(shè)

NFV資源池內(nèi)部組網(wǎng)與云計算資源池組網(wǎng)類似，在架構(gòu)設(shè)計上采用層次化、模塊化的設(shè)計方式，整個網(wǎng)絡(luò)分成三層。

·網(wǎng)絡(luò)出口層：負(fù)責(zé)與外部網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，保證數(shù)據(jù)中心內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)高速訪問互聯(lián)網(wǎng)，并對數(shù)據(jù)中心內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的路由信息進行轉(zhuǎn)換和維護。

·核心層：向下負(fù)責(zé)匯聚網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的接入層交換設(shè)備，保證網(wǎng)絡(luò)內(nèi)接入層交換設(shè)備之間的高速交換，向上與出口路由設(shè)備進行互聯(lián)。在核心層部署防火墻，用于NAT并提供安全防護。

·業(yè)務(wù)接入層：包括網(wǎng)絡(luò)接入設(shè)備和終端設(shè)備。對于業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)來說，終端設(shè)備為彈性計算設(shè)備（包括日志詳單類數(shù)據(jù)存儲設(shè)備）。對于存儲網(wǎng)絡(luò)來說，終端設(shè)備為塊存儲設(shè)備。對于管理網(wǎng)絡(luò)來說，終端設(shè)備包括所有需要管理的網(wǎng)元設(shè)備。

NFV資源池一方面繼承了現(xiàn)有核心網(wǎng)元外部接口復(fù)雜、網(wǎng)元眾多的特點；另一方面繼承了云計算資源池內(nèi)部層次復(fù)雜的特點。網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置可參考云計算資源池網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置方法，同時，在出口層建設(shè)上，需要考慮核心網(wǎng)/基礎(chǔ)通信業(yè)務(wù)平臺多網(wǎng)絡(luò)連接的特性。傳統(tǒng)云計算資源池對外連接以CMNet和IP專網(wǎng)為主。而NFV資源池對外需要連接IP專網(wǎng)、CMNet、網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)、計費、BOSS等多個網(wǎng)絡(luò)。

融合通信項目除考慮以上組網(wǎng)特點外，還需要考慮通用設(shè)備與專用設(shè)備組網(wǎng)問題。目前各廠商云化進度不一，在建設(shè)階段需要明確平臺內(nèi)部是否全部云化，是否有部分模塊仍需采用專有硬件。以融合通信平臺為例，VoWi-Fi的放音設(shè)備MRFP（multimedia resource function processor）以及IP-SM-GW與HSTP（high signal transfer point）對接的7號信令接口模塊無法云化。

MRFP一般采用DSP（數(shù)字信號處理平臺）實現(xiàn)音視頻協(xié)議的編解碼功能，能夠提供高效的放音能力，而虛擬化平臺目前只能支持基于x86的處理器的計算能力虛擬化?；趥鹘y(tǒng)架構(gòu)的MRFP無法移植到目前的虛擬化平臺。

IP-SM-GW基 于 傳 統(tǒng) 電 信 級 的ATCA（advanced telecom computing architecture），利用其硬件可靠性特點，在封裝了操作系統(tǒng)和基礎(chǔ)通信協(xié)議的單板上IP-SM-GW的具體業(yè)務(wù)邏輯。如果向虛擬化平臺移植，需要從底層平臺開始移植。由于IP-SM-GW等信令類產(chǎn)品的未來市場規(guī)模較小，部分廠商缺少向虛擬化平臺移植的驅(qū)動力。

當(dāng)通用設(shè)備與專用設(shè)備混合組網(wǎng)時，需單獨配置一對專用硬件業(yè)務(wù)接入交換機，通過核心交換機與云化網(wǎng)元/模塊互通，實現(xiàn)通用硬件與專用硬件混合組網(wǎng)。

表2 刀片與機架服務(wù)器對比

3.2 NFV現(xiàn)網(wǎng)試點規(guī)劃建設(shè)特點

核心網(wǎng)NFV現(xiàn)網(wǎng)試點與融合通信NFV項目在規(guī)劃、建設(shè)上具有一定的共性，并進一步在設(shè)備性能、網(wǎng)管功能等方面進行驗證。與融合通信項目相比，現(xiàn)網(wǎng)NFV試點具有以下規(guī)劃、建設(shè)特點。

·每試點省建設(shè)2個資源池，進一步驗證在NFV場景下，MANO的多資源池管理能力。

·在計算資源選擇上，要求每試點省即有刀片式又有機架式，每試點省采用不同廠商的兩款服務(wù)器，同時設(shè)置2個資源池，每分別采用一款服務(wù)器，進一步驗證在NFV場景下，刀片式和機架式服務(wù)器的性能及NFV特性的適配。刀片及機架服務(wù)器對比見表2。

3.3 NFV規(guī)劃、建設(shè)特點

NFV技術(shù)是IT（信息技術(shù)）、CT（通信技術(shù)）的深度融合，兼具云計算資源池和核心網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)特點。

在硬件基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃、建設(shè)上，原有核心網(wǎng)按網(wǎng)元、機框、板卡規(guī)劃建設(shè)，NFV需要按照計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)資源規(guī)劃建設(shè)。

在軟件規(guī)劃建設(shè)上，除原有網(wǎng)元功能軟件外，需要考慮虛擬化軟件、MANO軟件需求。未來假如網(wǎng)元功能軟件中的第三方軟件、中間件進一步解耦，還需考慮操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫等中間件軟件需求。

在組網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)上，原有核心網(wǎng)主要關(guān)注網(wǎng)元對外組網(wǎng)，網(wǎng)元內(nèi)部機柜、機框、板卡組網(wǎng)由廠商自行負(fù)責(zé)；NFV后，除繼續(xù)考慮出口層外部組網(wǎng)外，還需考慮原有網(wǎng)元內(nèi)部組網(wǎng)演進為資源池內(nèi)計算、存儲組網(wǎng)；兼具云計算資源池的內(nèi)部組網(wǎng)復(fù)雜度和核心網(wǎng)對外多網(wǎng)絡(luò)連接的特性。

4 結(jié)束語

從“吃螃蟹”的融合通信項目，到穩(wěn)步推進的現(xiàn)網(wǎng)“孕育式”試點工作。中國移動正在NFV設(shè)備、組網(wǎng)、運維等關(guān)鍵流程上進行持續(xù)探索。現(xiàn)階段，NFV在規(guī)劃、建設(shè)等方面還存在若干待解決的問題，本文希望基于以上項目經(jīng)驗，在實踐中逐步推進規(guī)劃、建設(shè)的關(guān)鍵流程，助力后續(xù)NFV正式商用。

[1]中國移動通信有限公司研究院.中國移動技術(shù)愿景2020+白皮書[R].[S.l:s.n.],2015.China Mobile Group Research Institute.The technique vision white paper of China Mobile 2020+[R].[S.l:s.n.],2015.