于富東　吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司高級(jí)工程師楊　林　吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司高級(jí)工程師匙　凱　吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司高級(jí)工程師

?

發(fā)展策略

通用服務(wù)器選型的研究

于富東吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司高級(jí)工程師
楊林吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司高級(jí)工程師
匙凱吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司高級(jí)工程師

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和OTT業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，電信運(yùn)營(yíng)商一直秉承的“高可靠、高性能”發(fā)展路線開始向“追求網(wǎng)絡(luò)功能的多樣性和靈活性”的目標(biāo)轉(zhuǎn)變，紛紛進(jìn)行“去電信化”的變革，以求加快業(yè)務(wù)開發(fā)和上線的進(jìn)程。本文以運(yùn)營(yíng)商引入網(wǎng)絡(luò)虛擬化NFV技術(shù)驅(qū)動(dòng)力為出發(fā)點(diǎn)，從部署難易程度、運(yùn)維難易程度、成本分析、可靠性分析和可擴(kuò)展性分析等多個(gè)角度綜合對(duì)比網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中通用硬件的選型，以求對(duì)運(yùn)營(yíng)商未來虛擬化網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)提供指導(dǎo)意見。

通用服務(wù)器；NFV；SDN；VoLTE

1　引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和OTT（Over The Top）產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，電信運(yùn)營(yíng)商的量和收的剪刀差日益增大，其一直秉承的“高性能、高可靠”的發(fā)展路線向“追求網(wǎng)絡(luò)功能的多樣性和靈活性”目標(biāo)轉(zhuǎn)變，進(jìn)行“去電信化”的變革，以加快業(yè)務(wù)開發(fā)和上線運(yùn)營(yíng)的進(jìn)程，同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)資源的利用效率，降低運(yùn)維成本以增強(qiáng)競(jìng)爭(zhēng)力。

傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是20世紀(jì)90年代以電話業(yè)務(wù)為主的時(shí)代確立的。當(dāng)前，伴隨著數(shù)據(jù)流量的爆炸式增長(zhǎng)，傳統(tǒng)電話業(yè)務(wù)的流量占比越來越低，傳統(tǒng)的電話窄帶交換網(wǎng)絡(luò)與大數(shù)據(jù)、高帶寬的流量經(jīng)營(yíng)需求成為運(yùn)營(yíng)商業(yè)務(wù)面對(duì)的主要矛盾，業(yè)已激發(fā)大量問題，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜且與業(yè)務(wù)相關(guān)性強(qiáng)，每一種新業(yè)務(wù)的引入都需要新建一張承載網(wǎng)絡(luò)，而且通常是由功能單一、價(jià)格昂貴、不同廠家獨(dú)立的硬件設(shè)備構(gòu)成。

（2）網(wǎng)元設(shè)備使用軟硬件一體化的封閉架構(gòu)，導(dǎo)致設(shè)備日益臃腫、擴(kuò)展性受限、功耗大、功能提升空間小、技術(shù)進(jìn)步慢、價(jià)格昂貴、廠商鎖定。

（3）網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)相互割裂，缺少協(xié)同，業(yè)務(wù)不了解網(wǎng)絡(luò)的資源使用狀況，網(wǎng)絡(luò)無法適應(yīng)業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)的資源需求，造成資源不能共享、業(yè)務(wù)難以融合。

（4）維護(hù)成本居高不下，網(wǎng)絡(luò)中存在大量不同廠商、不同功能的設(shè)備，在部署中需要實(shí)現(xiàn)多廠商設(shè)備的集成、互通、維護(hù)和升級(jí)，很難降低成本。

（5）不同廠家的設(shè)備內(nèi)部均存在私有接口和協(xié)議，嚴(yán)重阻礙了網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的進(jìn)程和新技術(shù)、新功能的部署。

因此，需要從根本上打破現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的封閉架構(gòu)，來動(dòng)態(tài)快速地適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的承載需求。NFV （Network Function Virtualizotion，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）是IT（information Technology，信息技術(shù)）和CT（Computer Technology，計(jì)算機(jī)技術(shù)）技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，其目標(biāo)是通過軟件和硬件的解耦及功能抽象，采用虛擬化技術(shù)改變傳統(tǒng)電信網(wǎng)元從硬件到軟件都由單一廠商實(shí)現(xiàn)的方式，網(wǎng)元以純軟件的形式運(yùn)行在虛擬化通用硬件平臺(tái)（如x86）上，這樣既可以自由升級(jí)軟件或者安裝新軟件來提供新的功能和業(yè)務(wù)，也能夠根據(jù)硬件技術(shù)的進(jìn)步，自由升級(jí)硬件，享受摩爾定律帶來的性能和成本優(yōu)勢(shì)，增加運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)靈活性、實(shí)現(xiàn)更高效的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)營(yíng)、加快業(yè)務(wù)上線速度，更好地提升用戶滿意度。

2　運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)引入NFV的驅(qū)動(dòng)力

進(jìn)入4G時(shí)代，數(shù)字化、海量連接等思想逐步納入到網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求，運(yùn)營(yíng)商直接面臨著流量/連接數(shù)快速增加、用戶體驗(yàn)高要求和新業(yè)務(wù)不斷涌現(xiàn)等問題。

在流量方面，運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)的流量將會(huì)有爆炸式的增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2016年全球?qū)?huì)產(chǎn)生超過1ZB的網(wǎng)絡(luò)流量（1ZB=109TB）；在連接數(shù)方面，預(yù)計(jì)到2020年全球?qū)⒂薪咏?000億個(gè)物聯(lián)網(wǎng)終端連入互聯(lián)網(wǎng)；在用戶體驗(yàn)方面，可以歸納為5個(gè)特點(diǎn)：按需定制、全在線、實(shí)時(shí)、自助服務(wù)、社交分享。在此情況下，運(yùn)營(yíng)商需要更加注重用戶的體驗(yàn)和感受，并與用戶進(jìn)行交互。在業(yè)務(wù)方面，傳統(tǒng)語音等業(yè)務(wù)占比必然會(huì)逐步下降，未來收入將與數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)一步緊密聯(lián)系，云服務(wù)、IOT、高清視頻將是未來的熱點(diǎn)業(yè)務(wù)。

新的業(yè)務(wù)帶來了對(duì)網(wǎng)絡(luò)新的驅(qū)動(dòng)力，除了降低網(wǎng)絡(luò)成本，未來網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)建設(shè)的需求還包括：

（1）敏捷：能快速支撐業(yè)務(wù)多樣化、彈性化的需求。

（2）創(chuàng)新：能引入第三方公司配合進(jìn)行業(yè)務(wù)創(chuàng)新。

（3）安全：滿足高安全性的要求。

（4）經(jīng)濟(jì)：可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化部署，減少OPEX （Operating Expense，運(yùn)營(yíng)成本）的需求。

（5）開放：標(biāo)準(zhǔn)開放的解決方案，保持選擇靈活性的需求。

NFV（Network Function Virtualization，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化）建立在虛擬化和云計(jì)算技術(shù)基礎(chǔ)之上，其核心是實(shí)現(xiàn)軟硬件的解耦和自動(dòng)化部署，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、運(yùn)維、業(yè)務(wù)創(chuàng)新以及構(gòu)建開放生態(tài)系統(tǒng)等方面都會(huì)為運(yùn)營(yíng)商帶來巨大的收益，因此成為構(gòu)建未來網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。

在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方面，由于NFV（Network Function Virtualization）采用云計(jì)算技術(shù)，利用通用硬件構(gòu)建統(tǒng)一的資源池，可以獲取IT（Information Technology）界規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益，降低硬件成本，同時(shí)可以根據(jù)業(yè)務(wù)的實(shí)際需要?jiǎng)討B(tài)按需分配資源，實(shí)現(xiàn)資源共享，有效解決業(yè)務(wù)潮汐效應(yīng)下資源利用率和能效低的問題。在運(yùn)維方面，自動(dòng)化集中式的管理可通過以下幾個(gè)層面獲得高效運(yùn)維。

●硬件單元管理自動(dòng)化

為獲得NFV在運(yùn)維成本上的優(yōu)勢(shì)，運(yùn)營(yíng)商需要部署高性價(jià)比、批量生產(chǎn)的硬件。通過這一方式，不必再對(duì)單一的組件進(jìn)行維修，而是讓其退出服務(wù)并替換。NFV硬件單元應(yīng)能快速完成引導(dǎo)和配置，且大部分工作都可在遠(yuǎn)端進(jìn)行。

●應(yīng)用的生命周期管理自動(dòng)化

NFV軟硬件解耦特性帶來更高效的生命周期管理過程。在最佳情況下，僅需點(diǎn)擊按鍵，即可將新業(yè)務(wù)部署在指定的位置，而無需采購(gòu)和安裝新設(shè)備，包括上線、部署、修復(fù)、升級(jí)/打補(bǔ)丁、下線等。

●網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化

NFV與SDN（Software Defined Network，軟件定義網(wǎng)絡(luò)）結(jié)合，借由后者可以提供增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)可編程能力，同時(shí)能夠捕捉到NFV的網(wǎng)絡(luò)需求并按需自動(dòng)創(chuàng)建網(wǎng)絡(luò)能力，這可以幫助運(yùn)營(yíng)商解決當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)勞動(dòng)密集所帶來的問題和優(yōu)化配置流程。

在業(yè)務(wù)創(chuàng)新方面，基于NFV架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，增加新的業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)變得異常簡(jiǎn)單，不再需要復(fù)雜的工勘、硬件安裝過程。業(yè)務(wù)部署只需申請(qǐng)?jiān)苹Y源（計(jì)算/存儲(chǔ)/網(wǎng)絡(luò)），加載軟件即可，網(wǎng)絡(luò)部署變得更加簡(jiǎn)單。同時(shí)，如果需要更新業(yè)務(wù)邏輯，也只需要更新軟件或加載新業(yè)務(wù)模塊，完成業(yè)務(wù)編排即可，不再需要傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)中軟硬件同步升級(jí)甚至更換的繁瑣操作，業(yè)務(wù)創(chuàng)新變得更加簡(jiǎn)單。

在開放生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)方面，傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)專有軟硬件的模式，決定了它是一個(gè)封閉系統(tǒng)。NFV架構(gòu)下的電信網(wǎng)絡(luò)，基于標(biāo)準(zhǔn)的硬件平臺(tái)和簡(jiǎn)化的軟件，更易于開放平臺(tái)和接口，同時(shí)引入第三方開發(fā)者，使得運(yùn)營(yíng)商可以共同和第三方合作伙伴共建開放的生態(tài)系統(tǒng)。

3　虛擬化通用硬件選型的探討

基于云計(jì)算的未來移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)選擇以NFV/ SDN（Network Function Virtualization/Software Defined Network）技術(shù)為核心，通過API（Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口）開源的方式向外開放建設(shè)，根據(jù)業(yè)界的一致觀點(diǎn)，將采用通用的硬件統(tǒng)一部署。然而，從傳統(tǒng)電信運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)綜合來看，主要有刀片服務(wù)器、機(jī)架式服務(wù)器兩種，以下將從多個(gè)角度對(duì)比分析，闡述虛擬化通用硬件選型的方案。

3.1部署難易程度分析

刀片服務(wù)器和機(jī)架服務(wù)器部署難易程度對(duì)比情況如表1所示。

表1　部署難易程度分析表

3.2運(yùn)維難易程度分析

刀片服務(wù)器和機(jī)架服務(wù)器運(yùn)維難易程度對(duì)比情況如表2所示。

表2　運(yùn)維難易程度分析表

設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)故障時(shí)，網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員均希望盡快查到故障點(diǎn)，以減少對(duì)用戶的影響，故從運(yùn)維難易的角度來看，機(jī)架服務(wù)器的方案優(yōu)于刀片服務(wù)器方案。

3.3成本分析

從理論上來說，由于減少了許多重復(fù)的不必要的部件如DVD、電源以及KVM（Keyboard Video Mouse，鍵盤、視頻和鼠標(biāo)）和網(wǎng)絡(luò)等線纜，刀片服務(wù)器的采購(gòu)成本會(huì)比同等數(shù)量的機(jī)架服務(wù)器低。刀片服務(wù)器廠商每一家都有自己的專有刀片架構(gòu)，由于具有壟斷性，這使得IBM、HP和DELL刀片產(chǎn)品的價(jià)格居高不下。

人們都認(rèn)為，滿配的刀片服務(wù)器和同一廠商的最貴的機(jī)架服務(wù)器相比，成本還是節(jié)省不少。但實(shí)際上，如果用戶采取的是“在機(jī)箱里逐漸地增加刀片”的做法，就會(huì)發(fā)現(xiàn)，機(jī)架服務(wù)器的性價(jià)比更高。因?yàn)榇蠖鄶?shù)刀片及相關(guān)產(chǎn)品都比相應(yīng)的機(jī)架產(chǎn)品昂貴，一般刀片機(jī)箱需要4000～8000美元，刀片也比機(jī)架價(jià)格略高。

3.4可靠性分析

刀片服務(wù)器和機(jī)架服務(wù)器可靠性對(duì)比情況如表3所示。

表3　可靠性分析表

結(jié)合上述方案對(duì)比分析情況，從可靠性的角度來看，機(jī)架服務(wù)器方案優(yōu)于刀片服務(wù)器方案。

3.5可擴(kuò)展性分析

機(jī)架式服務(wù)器的優(yōu)勢(shì)在于其采用的是標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)器設(shè)計(jì)技術(shù)，標(biāo)準(zhǔn)外設(shè)，標(biāo)準(zhǔn)接口，具有RAID（Redundant Arrays of Independent Disks，磁盤陣列）功能、冗余功能，可獨(dú)立運(yùn)行并承擔(dān)任務(wù)。在擴(kuò)展性方面，機(jī)架式服務(wù)器因?yàn)闄C(jī)箱空間小，所以機(jī)箱內(nèi)的擴(kuò)展性能較差，但它可通過服務(wù)器群集，或者外接擴(kuò)展柜的方式進(jìn)行非常有效的擴(kuò)展。

刀片服務(wù)器在向上擴(kuò)展和向外擴(kuò)展方面均具有創(chuàng)新性。添加新服務(wù)器一般只需將新的單處理器或多處理器刀片服務(wù)器插入到機(jī)箱的開放式托架中即可。刀片服務(wù)器可插入到已擴(kuò)展的基礎(chǔ)設(shè)施中。此外，機(jī)箱內(nèi)部的選件模塊還可使我們添加一旦在外部連接便可實(shí)現(xiàn)共享的功能。具體可擴(kuò)展性對(duì)比情況如表4所示。

表4　可擴(kuò)展性分析表

從擴(kuò)展性角度來看，兩種硬件方案均可不同程度地滿足未來系統(tǒng)的擴(kuò)容要求，機(jī)架服務(wù)器方案沿襲了原有電信運(yùn)營(yíng)商系統(tǒng)的理念，而刀片服務(wù)器的擴(kuò)展則具有較高的創(chuàng)新性，這需要結(jié)合設(shè)備安裝機(jī)房等綜合條件確定兩種方案的優(yōu)劣。

3.6靈活性分析

大多數(shù)刀片服務(wù)器的靈活性不如機(jī)架服務(wù)器。比如刀片在高性能數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用中，無法通過外部RAID （Redundant Arrays of Independent Disks，磁盤陣列）卡來配備磁盤陣列。另外，如果用戶需要大容量?jī)?nèi)存的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器，而又不想通過機(jī)群方式構(gòu)建，刀片也會(huì)顯得力不從心。因?yàn)?，?6根內(nèi)存插槽的機(jī)架服務(wù)器在市場(chǎng)上很容易買到，而刀片服務(wù)器大多只能支持4～8根內(nèi)存插槽?？梢姡镀?wù)器的靈活性比較弱，就算有合適的產(chǎn)品，價(jià)格也是奇高無比。

大多數(shù)情況下，刀片支持2.5英寸的硬盤，這不僅比3.5英寸的硬盤貴，而且性能也差一些，這也是刀片追求高密度的結(jié)果。

3.7設(shè)備安裝參數(shù)分析

（1）網(wǎng)卡支持情況

對(duì)于網(wǎng)卡和加速卡的配置是根據(jù)系統(tǒng)的演進(jìn)集成入服務(wù)器或者外置，這個(gè)與哪種類型無關(guān)，服務(wù)器會(huì)根據(jù)需求集成主流網(wǎng)卡，即兩種方案均可通過配置相應(yīng)網(wǎng)卡及交換模塊予以支持。

（2）功耗及散熱情況

功耗及散熱參數(shù)參見表5。

（3）網(wǎng)元密度

刀片服務(wù)器比機(jī)架服務(wù)器更節(jié)省空間，實(shí)際上刀片服務(wù)器是將機(jī)架服務(wù)器所占用的空間密度再一次提高了50%。在機(jī)柜系統(tǒng)配置好的前提下，將機(jī)架優(yōu)化服務(wù)器系統(tǒng)移植到刀片服務(wù)器上，所占用的空間只是原來的1/3～1/2。而在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的機(jī)柜式環(huán)境中，刀片服務(wù)器的處理密度要提高4～5倍。例如，在處理1024節(jié)點(diǎn)的高密度計(jì)算服務(wù)器環(huán)境里，如果全部采用1U配置的服務(wù)器，則需要24個(gè)機(jī)柜，其中不包括以太網(wǎng)交換集線器所占用的機(jī)柜空間，而采用插有8個(gè)“刀片”的刀片式服務(wù)器，只需要9個(gè)機(jī)柜，卻包括了以太網(wǎng)交換集線器的機(jī)柜空間。

表5　功耗和散熱參數(shù)表

結(jié)合以上7個(gè)方面的綜合對(duì)比，在運(yùn)營(yíng)商引入虛擬化網(wǎng)絡(luò)的初期，結(jié)合各省運(yùn)營(yíng)商現(xiàn)有的機(jī)房配套資源，采用機(jī)架式服務(wù)器更能沿襲原有電信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的習(xí)慣，并在一定程度上可以滿足業(yè)務(wù)發(fā)展的需求，因此成為各運(yùn)營(yíng)商近期網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的首選，但刀片服務(wù)器的網(wǎng)元密度更高，并具有擴(kuò)展創(chuàng)新性，在未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中會(huì)起到越來越重要的作用。

4　結(jié)束語

自2013年中國(guó)移動(dòng)率先商用LTE以來，電信運(yùn)營(yíng)商已逐步進(jìn)入后4G時(shí)代，面對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)中海量連接的要求，傳統(tǒng)煙囪式的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)逐步成為過去，運(yùn)營(yíng)商勢(shì)必會(huì)逐步引入基于云計(jì)算的虛擬化架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)，以通用硬件為底層物理設(shè)置的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)勢(shì)在必行。目前，華為、愛立信、諾基亞等供應(yīng)商已在歐洲、亞洲等多個(gè)國(guó)家和地區(qū)試運(yùn)行虛擬化核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)（主要是IMS 和EPC的虛擬化），積累了大量的測(cè)試經(jīng)驗(yàn)。2017年開始，中國(guó)移動(dòng)、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)電信三大運(yùn)營(yíng)商也會(huì)積極推動(dòng)虛擬化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。因此，本文從多個(gè)角度分析了虛擬化通用硬件的比選方案，可幫助運(yùn)營(yíng)商在不同的建網(wǎng)階段提供參考。

［1］中國(guó)移動(dòng)通信.中國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)組織規(guī)范_VoLTE_路由組織原則分冊(cè)v1.0.0［S］.2015，1

［2］中國(guó)移動(dòng)通信.中國(guó)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)組織規(guī)范_VoLTE_局?jǐn)?shù)據(jù)設(shè)置原則分冊(cè)v1.0.0［S］.2015，1

［3］田霖，翟國(guó)偉，黃亮，周一青.基于集中式接入網(wǎng)架構(gòu)的異構(gòu)無線網(wǎng)絡(luò)資源管理技術(shù)研究［J］.電信科學(xué)，2013（06）:25-31. ［4］苗杰.移動(dòng)核心網(wǎng)虛擬化影響和演進(jìn)分析［J］.郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2015（02）.

［5］薛淼，符剛，朱斌，李勇輝.基于SDN/NFV的核心網(wǎng)演進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，2014（02）:33-36.

［6］趙慧玲，史凡.SDN/NFV的發(fā)展與挑戰(zhàn)［J］.電信科學(xué)，2014 （08）:13-18.

［7］李晨，段曉東，陳煒，等.SDN和NFV的思考與實(shí)踐［J］.電信科學(xué)，2014（08）：23-27.

［8］楊健.網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)研究［D］.北京郵電大學(xué)，2015.

：2016-07-10）

Research of universal server selection

YU Fudong，YANG Lin，CHI Kai

With the rapid development of mobile Internet applications and OTT services， telecom operators have been adhering to the“high reliability， high performance”roadmap began to“the pursuit of diversity and flexibility of the network function，”the goal of transformation， have a“go of telecommunications ”the change， in order to accelerate the process of business development and on-line. In this paper， the network operators to introduce virtualization technology NFV driving force as the starting point， from the ease of deployment， ease of operation and maintenance， cost analysis， reliability analysis and multiple perspectives scalability analysis and comprehensive comparison of network construction general hardware selection， in order to provide guidance to the future construction of the operator network virtualization.

Universal Server；NFV；SDN；VoLTE （