王路+趙鵬+付喬

摘要：指出了網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的5個(gè)關(guān)鍵技術(shù)：硬件及管理技術(shù)、虛擬層技術(shù)、管理編排技術(shù)、可靠性技術(shù)、加速技術(shù)，并介紹了NFV發(fā)展情況及當(dāng)前存在的問題。認(rèn)為NFV作為運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)架構(gòu)，是虛擬化和云計(jì)算等信息技術(shù)（IT）技術(shù)在電信領(lǐng)域的一次大規(guī)模應(yīng)用。隨著技術(shù)的成熟，未來將很快看到NFV架構(gòu)的電信網(wǎng)絡(luò)；以NFV為出發(fā)點(diǎn)，通信技術(shù)（CT）和IT將走向深度融合。

關(guān)鍵詞： NFV；管理和編排（MANO）；Hypervisor

1 NFV架構(gòu)和應(yīng)用場(chǎng)景

1.1 NFV架構(gòu)

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）的基礎(chǔ)架構(gòu)由歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（ETSI） NFV行業(yè)規(guī)范組織（ISG）設(shè)計(jì)完成，NFV邏輯架構(gòu)如圖1所示。

NFV邏輯架構(gòu)主要分為4個(gè)部分：NFV的管理和編排（MANO）系統(tǒng)用于整體編排和控制管理；NFV基礎(chǔ)設(shè)施（NFVI）提供網(wǎng)元部署所依賴的基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境；虛擬網(wǎng)絡(luò)功能（VNF）這一層包括虛擬網(wǎng)元自身以及負(fù)責(zé)管理VNF的網(wǎng)元管理系統(tǒng)（EMS）；運(yùn)營(yíng)支持系統(tǒng)/業(yè)務(wù)支持系統(tǒng)（OSS/BSS）是運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)。

1.2 NFV應(yīng)用場(chǎng)景

NFV的應(yīng)用范圍非常廣泛，從網(wǎng)絡(luò)邊緣到網(wǎng)絡(luò)核心，從固定網(wǎng)絡(luò)到移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，所有網(wǎng)絡(luò)功能的實(shí)現(xiàn)都有可能重新設(shè)計(jì)或改造。以下介紹幾種NFV應(yīng)用的典型場(chǎng)景[1]。

（1）固定接入網(wǎng)。

虛擬客戶終端設(shè)備（vCPE）和虛擬寬帶遠(yuǎn)程接入服務(wù)器（vBRAS）是NFV部署的典型案例之一。vCPE將復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)功能及新增業(yè)務(wù)以虛擬化方式部署在網(wǎng)絡(luò)側(cè)而非用戶側(cè)，同時(shí)為運(yùn)營(yíng)商未來新增業(yè)務(wù)乃至第三方業(yè)務(wù)提供開放平臺(tái)。vCPE的部署使得傳統(tǒng)固定接入網(wǎng)絡(luò)變得更加靈活，用戶可以根據(jù)需求定制自己的網(wǎng)絡(luò)。從目前的產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀來看，固定接入網(wǎng)絡(luò)的NFV化已經(jīng)成為業(yè)界的共識(shí)，但目前技術(shù)方案尚未完全成熟，各類VNF的功能仍有待完善。

（2）移動(dòng)核心網(wǎng)。

核心網(wǎng)虛擬化一直是NFV應(yīng)用的重點(diǎn)領(lǐng)域。目前，全球運(yùn)營(yíng)商在該領(lǐng)域概念驗(yàn)證（POC）、試點(diǎn)乃至部署案例眾多，比如：日本DoCoMo公司嘗試自主集成構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)解決訪問虛擬演進(jìn)的數(shù)據(jù)核心網(wǎng)（vEPC）。同時(shí)，中國(guó)移動(dòng)也以虛擬IP多媒體子系統(tǒng)（vIMS）和基于IMS的語音業(yè)務(wù)（VoLTE）為切入點(diǎn)，進(jìn)行了深入的NFV試點(diǎn)。

（3）移動(dòng)接入網(wǎng)。

移動(dòng)接入網(wǎng)的分布式特征所帶來的高成本、高管理復(fù)雜度的挑戰(zhàn)使得NFV成為其未來發(fā)展的重要解決方案。新一代基站布建架構(gòu)——云化無線接入網(wǎng)（C-RAN）就是一種典型應(yīng)用場(chǎng)景。C-RAN通過將基帶處理器從站點(diǎn)移開，并置于核心更深處，可有效降低設(shè)備成本，改善協(xié)作，增加網(wǎng)絡(luò)容量。同時(shí)，在無線接入網(wǎng)絡(luò)方面，基于虛擬技術(shù)的無線控制器（AC）虛擬化和池化技術(shù)也逐漸引起廣泛關(guān)注。AC虛擬池的實(shí)現(xiàn)可以有效降低AC設(shè)備成本，增強(qiáng)設(shè)備的可靠性，提高AC設(shè)備利用率，簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)商運(yùn)維管理AC設(shè)備的復(fù)雜度。

（4）數(shù)據(jù)中心應(yīng)用。

虛擬防火墻（vFW）、虛擬負(fù)載均衡器（vLB）和虛擬安全套接層（vSSL）/Internet協(xié)議安全性（IPSEC）網(wǎng)關(guān)（GW）當(dāng)前在數(shù)據(jù)中心也得到了大量應(yīng)用。得益于NFV帶來的靈活性特點(diǎn)，上述虛擬化網(wǎng)元可以靈活擴(kuò)容和縮容。其次，基于SDN的業(yè)務(wù)鏈功能，能夠?qū)崿F(xiàn)非常靈活的增值業(yè)務(wù)編排，真正實(shí)現(xiàn)用戶按需定制。

2 NFV關(guān)鍵技術(shù)及其解決方案

2.1 硬件及硬件管理技術(shù)

2.1.1 硬件概述

硬件作為NFV最底層的基礎(chǔ)設(shè)施，涉及的硬件包括3類：計(jì)算類、存儲(chǔ)類和網(wǎng)絡(luò)類。

（1）計(jì)算。

計(jì)算類硬件采用商用通用服務(wù)器（COTS），目前業(yè)界主流的指令集為X86，服務(wù)器為雙中央處理器（CPU）的2路服務(wù)器。主流服務(wù)器形態(tài)包括5種：刀片式、機(jī)架式、多節(jié)點(diǎn)（也稱為高密度服務(wù)器）、整機(jī)柜、機(jī)柜級(jí)架構(gòu)（RSA）。

·刀片式服務(wù)器是一種刀框集成多個(gè)卡式服務(wù)器單元（形態(tài)像刀片）的服務(wù)器，刀框內(nèi)同時(shí)集成背板、交換背板、管理單板、電源和風(fēng)扇等部件。其集成度較高，可以節(jié)省大量機(jī)柜空間。

·機(jī)架式服務(wù)器是一種集成CPU、內(nèi)存、主板、網(wǎng)卡、硬盤、電源和風(fēng)扇的服務(wù)器。一個(gè)機(jī)架式服務(wù)器為一個(gè)計(jì)算單元。

·多節(jié)點(diǎn)服務(wù)器是一種在特定空間的框內(nèi)，集成電源、風(fēng)扇和多個(gè)服務(wù)器單元的服務(wù)器，多個(gè)服務(wù)器單元共享電源和風(fēng)扇。

·整機(jī)柜服務(wù)器是一種標(biāo)準(zhǔn)化的服務(wù)器，整機(jī)柜內(nèi)集成電源模塊、風(fēng)扇模塊、交換模塊、管理模塊、服務(wù)器模塊。

·RSA是Intel提出的一種未來服務(wù)器形態(tài)，是芯片資源池化，通過資源池虛擬出需要的服務(wù)器的技術(shù)。

（2）存儲(chǔ)。

當(dāng)前NFV業(yè)界主流存儲(chǔ)技術(shù)采用IP存儲(chǔ)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)（IP-SAN）和分布式存儲(chǔ)，相應(yīng)的存儲(chǔ)介質(zhì)為磁陣和存儲(chǔ)型服務(wù)器。

磁陣是一種可靠性達(dá)5個(gè)9、性能高的成熟存儲(chǔ)硬件。存儲(chǔ)型服務(wù)器是一種配置硬盤多，滿足大容量存儲(chǔ)需求的服務(wù)器。不同存儲(chǔ)介質(zhì)需要結(jié)合相應(yīng)的存儲(chǔ)技術(shù)，以發(fā)揮最大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

（3）網(wǎng)絡(luò)。

網(wǎng)絡(luò)類硬件主要采用交換機(jī)。為滿足站點(diǎn)組網(wǎng)的要求，實(shí)現(xiàn)設(shè)備間互通，采用接入交換機(jī)和核心交換機(jī)實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)組網(wǎng)。接入交換機(jī)一般采用1U的盒式交換機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)二層互通，核心交換機(jī)采用模塊交換機(jī)，主要實(shí)現(xiàn)三層互通。

2.1.2 硬件資源池共享

NFV業(yè)務(wù)種類繁多，主要集中在無線接入、固網(wǎng)接入、核心網(wǎng)和部分業(yè)務(wù)平臺(tái)等。硬件資源池的共享是實(shí)現(xiàn)資源共享的第一步，網(wǎng)元部署地理位置和業(yè)務(wù)特性，決定了硬件資源有無共享的必要，硬件配置則決定硬件資源池有無共享的可行性。因此，在相同地理位置，網(wǎng)元業(yè)務(wù)特性相同的網(wǎng)元，應(yīng)保證其硬件配置的一致，同一個(gè)硬件資源池中應(yīng)盡量減少硬件配置的種類。

2.1.3 硬件管理

硬件管理是NFV網(wǎng)絡(luò)部署、運(yùn)營(yíng)、保證業(yè)務(wù)質(zhì)量必不可少的部分。然而當(dāng)前硬件管理規(guī)范方面并不是十分標(biāo)準(zhǔn)。

服務(wù)器一般采用簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP）和智能平臺(tái)管理接口（IPMI）實(shí)現(xiàn)管理，不同廠商SNMP和IPMI存在差異。磁陣一般采用SNMP和存儲(chǔ)管理接口標(biāo)準(zhǔn)（SMI-S）實(shí)現(xiàn)管理，SNMP方面不同廠商存在較大差異，SMI-S為全球存儲(chǔ)網(wǎng)絡(luò)工業(yè)協(xié)會(huì)（SINA）組織主導(dǎo)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，是統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)；然而SMI-S，在故障告警方面沒有涉及。交換機(jī)可采用SNMP實(shí)現(xiàn)管理，不同廠商在實(shí)現(xiàn)方面存在較大差異。

目前臺(tái)式系統(tǒng)管理任務(wù)組（DMTF）正在制訂服務(wù)器、磁陣和交換機(jī)的相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，即Redfish和Swordfish。主流服務(wù)器、磁陣廠商均在推動(dòng)該標(biāo)準(zhǔn)的成熟。Redfish和Swordfish均基于Restful 應(yīng)用程序編程接口（API）實(shí)現(xiàn)，接口符合未來發(fā)展的趨勢(shì)。Redfish和Swordfish在故障管理方面暫未成熟，DMTF正在大力推動(dòng)其完善

2.2 虛擬層技術(shù)

虛擬層是基礎(chǔ)架構(gòu)層NFVI的重要組成部分，包含Hypervisor和虛擬化基礎(chǔ)設(shè)置管理（VIM）。虛擬層將物理計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源通過虛擬化技術(shù)轉(zhuǎn)換為虛擬的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)資源池，提供給虛擬機(jī)使用，同時(shí)，提供虛擬資源的管理和運(yùn)維[2]。

2.2.1 VIM

虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理平臺(tái)，負(fù)責(zé)對(duì)虛擬化資源進(jìn)行統(tǒng)一的管理、監(jiān)測(cè)控制、優(yōu)化，對(duì)虛擬機(jī)進(jìn)行生命周期管理等。

目前，主流VIM平臺(tái)基于OpenStack社區(qū)進(jìn)行開發(fā)，包括身份認(rèn)證及授權(quán)、虛擬機(jī)鏡像管理、計(jì)算資源管理、存儲(chǔ)資源管理、網(wǎng)絡(luò)資源管理、虛擬機(jī)生命周期管理等能力。同時(shí)，VIM平臺(tái)整合了NFVI的運(yùn)維和管理能力，包括虛擬化層的關(guān)鍵績(jī)效指標(biāo)（KPI）監(jiān)測(cè)控制，故障告警收集及上報(bào)等。

2.2.2 虛擬化軟件Hypervisor

Hypervisor將通用物理服務(wù)器與上層軟件應(yīng)用分開，使得具有不同操作系統(tǒng)的多個(gè)虛擬機(jī)可以在同一個(gè)物理服務(wù)器上運(yùn)行，最大化地利用硬件資源，即一個(gè)物理服務(wù)器的硬件資源可以被多個(gè)虛擬機(jī)共享。Hypervisor把硬件相關(guān)的CPU、內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)資源全面虛擬化，并提供給上層VNF使用，具備計(jì)算虛擬化、存儲(chǔ)虛擬化和網(wǎng)絡(luò)虛擬化能力。Hypervisor可以與VIM系統(tǒng)交互實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬機(jī)的創(chuàng)建、刪除等操作以及故障管理、性能管理等功能。

（1）計(jì)算虛擬化。

實(shí)現(xiàn)對(duì)服務(wù)器物理資源的抽象，將CPU、內(nèi)存、輸入/輸出（I/O）等服務(wù)器物理資源轉(zhuǎn)化為一組可統(tǒng)一管理、調(diào)度和分配的邏輯資源，并基于這些邏輯資源在單個(gè)物理服務(wù)器上構(gòu)建多個(gè)同時(shí)運(yùn)行、相互隔離的虛擬機(jī)執(zhí)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)更高的資源利用率，同時(shí)滿足應(yīng)用更加靈活的資源動(dòng)態(tài)分配需求。

為實(shí)現(xiàn)5個(gè)9的高可用性，NFV對(duì)計(jì)算虛擬化提出了新的技術(shù)要求，包括CPU核綁定、大頁內(nèi)存、非均勻存儲(chǔ)器存取（NUMA）、親和性/反親和性部署等能力，同時(shí)需禁止CPU、內(nèi)存的超分配。

（2）存儲(chǔ)虛擬化。

將存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行抽象，以邏輯資源的方式呈現(xiàn)，統(tǒng)一提供全面的存儲(chǔ)服務(wù)?？梢栽诓煌拇鎯?chǔ)形態(tài)，設(shè)備類型之間提供統(tǒng)一的功能。

（3）網(wǎng)絡(luò)虛擬化。

在服務(wù)器的CPU中實(shí)現(xiàn)完整的虛擬交換的功能，虛擬機(jī)的虛擬網(wǎng)卡對(duì)應(yīng)虛擬交換的一個(gè)虛擬端口，服務(wù)器的物理網(wǎng)卡作為虛擬交換的上行端口。

目前，業(yè)界主流的網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)包括虛擬交換機(jī)及單根I/O設(shè)備虛擬化技術(shù)（SR-IOV）。虛擬交換機(jī)（OVS）是在開源的Apache2.0許可下的產(chǎn)品級(jí)質(zhì)量的虛擬交換標(biāo)準(zhǔn)，通過虛擬化軟件提供的部署在主機(jī)上的虛擬交換功能，主機(jī)節(jié)點(diǎn)的物理接口及虛擬機(jī)的虛擬網(wǎng)卡（vNIC）分別與虛擬交換機(jī)連接，通過虛擬交換機(jī)實(shí)現(xiàn)與外部網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸。SR-IOV基于虛擬功能的虛擬機(jī)直通，虛擬機(jī)直接使用物理網(wǎng)卡資源進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)通信，減少傳統(tǒng)的虛擬交換帶來的CPU消耗，提升性能，減少時(shí)延。

2.3 管理編排技術(shù)

2.3.1 管理編排

NFV MANO的架構(gòu)由NFV編排器（NFVO）、VNF管理器（VNFM）、VIM組成，完成對(duì)于NFV系統(tǒng)內(nèi)虛擬資源、虛擬網(wǎng)元和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的管理。MANO系統(tǒng)架構(gòu)圖2所示。

NFVO實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和網(wǎng)元管理及處理，提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)生命周期的管理。VNFM實(shí)現(xiàn)虛擬化網(wǎng)元VNF的生命周期管理，包括VNF實(shí)例的初始化、VNF的擴(kuò)容/縮容、VNF實(shí)例的終止。VIM是虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理系統(tǒng)，主要負(fù)責(zé)虛擬基礎(chǔ)設(shè)施的管理，監(jiān)測(cè)控制和故障上報(bào)，面向上層VNFM和NFVO提供虛擬化資源池。VIM提供虛擬機(jī)鏡像管理功能。

2.3.2 管理編排產(chǎn)業(yè)發(fā)展

MANO由ETSI NFV ISG首先提出，并于2014年底發(fā)布MANO階段1規(guī)范，明確了MANO系統(tǒng)架構(gòu)、功能實(shí)體、接口和參考流程，為業(yè)界NFV管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提供了參考。

目前NFV MANO相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作尚未完成接口和模版的數(shù)據(jù)模型定義，尚無法指導(dǎo)各廠家設(shè)備基于統(tǒng)一格式開發(fā)并實(shí)現(xiàn)互通；與此同時(shí)，很多開源社區(qū)提供了開源版本的MANO或MANO部分組件，形成了對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的重要補(bǔ)充。

在NFVO層面，目前最重要的開源組織是剛剛宣布成立的開放網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)化平臺(tái)（ONAP）組織，ONAP由中國(guó)移動(dòng)主導(dǎo)的OPEN-O和AT&T主導(dǎo)的ECOMP合并成立。在VIM層面， OpenStack已經(jīng)成為VIM的事實(shí)標(biāo)準(zhǔn)，多數(shù)廠家VIM基于OpenStack實(shí)現(xiàn)，并支持OpenStack API，供VNFM和NFVO調(diào)用。

2.3.3 NFV后的網(wǎng)絡(luò)管理

MANO的引入，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)的靈活管理和動(dòng)態(tài)調(diào)整，同時(shí)也為運(yùn)營(yíng)商運(yùn)維帶來了全新的挑戰(zhàn)。

首先，MANO引入了NFVO、VNFM、VIM等一系列新的管理實(shí)體，將原有煙囪式的一體化運(yùn)維分拆成了資源和應(yīng)用兩個(gè)層面，對(duì)現(xiàn)有OSS網(wǎng)管管理架構(gòu)和流程均造成較大影響，需著重考慮MANO與OSS的協(xié)作關(guān)系。

其次，NFV引入了NFVI、VNF、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)（NS）等一系列新的管理對(duì)象，對(duì)現(xiàn)有OSS管理的資源管理模型、配置模型、性能模型、故障模型和多層故障關(guān)聯(lián)等均造成較大改變。

再次，NFV MANO向運(yùn)營(yíng)商提供了更為智能化的網(wǎng)絡(luò)管理手段，有望使網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維由傳統(tǒng)的故障驅(qū)動(dòng)型運(yùn)維轉(zhuǎn)向依靠預(yù)定義的策略和模版，依靠大數(shù)據(jù)和機(jī)器學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)調(diào)整和治愈。這對(duì)未來網(wǎng)管及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維人員的技能均提出了極大的挑戰(zhàn)。

基于以上挑戰(zhàn)，未來網(wǎng)管的一種形態(tài)將發(fā)生大的變化，在管理模式上分為設(shè)計(jì)態(tài)和運(yùn)行態(tài)。設(shè)計(jì)態(tài)采用形式化語言提供系統(tǒng)運(yùn)行的策略和編排的模版，供機(jī)器執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的自動(dòng)調(diào)整和治愈；運(yùn)行態(tài)監(jiān)測(cè)控制資源和應(yīng)用，對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的調(diào)度和治愈。

2.4 可靠性技術(shù)

引入虛擬化技術(shù)后，如何保證虛擬網(wǎng)元依然能夠表現(xiàn)出與傳統(tǒng)物理設(shè)備相當(dāng)?shù)目煽啃猿蔀槿藗冴P(guān)心的主要問題。虛擬軟件和云管理技術(shù)可靠性要求較低。如何基于相對(duì)不可靠的虛擬化和云技術(shù)提供高可靠的電信業(yè)務(wù)呢？

NFV的可靠性可以自底向上，分別從硬件、虛擬云平臺(tái)、虛擬網(wǎng)元3個(gè)層次實(shí)現(xiàn)。

（1）硬件可靠性。

硬件層面的可靠性即包括NFV所在的硬件節(jié)點(diǎn)的可靠性，也包括物理網(wǎng)絡(luò)、存儲(chǔ)的可靠性。通過多年信息技術(shù)（IT）和通信技術(shù)（CT）的積累，這些設(shè)備的可靠性已經(jīng)有了較為完備的部署方案，基本可以滿足NFV的需求。

（2）虛擬云平臺(tái)可靠性。

虛擬云平臺(tái)的可靠性包括云管理平臺(tái)的可靠性和虛擬管理平臺(tái)（Hypervisor）的可靠性。目前OpenStack已被普遍認(rèn)可作為云管理平臺(tái)。在IT和CT關(guān)于OpenStack可靠性的需求中，流傳著一個(gè)“牲口還是寵物”的玩笑。IT領(lǐng)域認(rèn)為虛擬資源就是“牲口”，需要成群的管理，卻不需要對(duì)每一個(gè)都格外關(guān)注，當(dāng)某一個(gè)虛擬資源出現(xiàn)故障后，我們只需要為用戶重新啟動(dòng)一個(gè)虛擬資源補(bǔ)充這個(gè)空白即可。然而，在CT領(lǐng)域，由于其虛擬資源上運(yùn)行的是電信網(wǎng)元，每一個(gè)故障都可能導(dǎo)致電信業(yè)務(wù)的錯(cuò)誤乃至癱瘓，因此CT運(yùn)營(yíng)商必須把這些虛擬資源看成是“寵物”，即對(duì)每一個(gè)虛擬資源都要格外關(guān)注，一旦出現(xiàn)故障，就要及時(shí)發(fā)現(xiàn)并恢復(fù)，以保障其上業(yè)務(wù)的正常運(yùn)行。

Hypervisor的可靠性問題目前業(yè)界未能達(dá)成一致意見。雖然存在一些私有的Hypervisor的可靠性解決方案，然而廣泛采用的開源的Hypervisor并沒有可靠性保障，而主要是依靠云管理節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)故障并進(jìn)行修復(fù)。這就導(dǎo)致Hypervisor的可靠性機(jī)制完全依賴于云管理平臺(tái)及其二者之間網(wǎng)絡(luò)的可靠性。同時(shí)，云管理節(jié)點(diǎn)目前發(fā)現(xiàn)故障及修復(fù)的接口尚未完善，因此在Hypervisor發(fā)現(xiàn)故障和修復(fù)方面存在較大問題。

（3）虛擬網(wǎng)元可靠性。

傳統(tǒng)的電信網(wǎng)元軟件一般都有較為完善的可靠性機(jī)制。當(dāng)引入虛擬化技術(shù)后，由于引入了虛擬層，電信網(wǎng)元軟件無法直接讀取到網(wǎng)元硬件的信息，而只能看到其依賴的虛擬層信息。因此，引入虛擬化后，電信網(wǎng)元的可靠性方案也要因此進(jìn)行相應(yīng)的修改和優(yōu)化，以滿足電信網(wǎng)絡(luò)的快速故障發(fā)現(xiàn)和恢復(fù)要求。目前，大部分虛擬網(wǎng)元在交付同時(shí)都能提供可靠性方案。然而各種可靠性方案存在差別，且對(duì)硬件和云平臺(tái)的要求各異。

2.5 數(shù)據(jù)面加速技術(shù)

傳統(tǒng)的IT通用服務(wù)器采用的多核處理器的包處理性能無法滿足通信網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)面網(wǎng)元的高性能要求，因此出現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)面加速技術(shù)。傳統(tǒng)支撐包處理的主流硬件平臺(tái)大致可分為3個(gè)方向：硬件加速器、網(wǎng)絡(luò)處理器、多核處理器。

2.5.1 硬件加速器

硬件加速器由于本身規(guī)?；墓袒δ芫哂懈咝阅?、低成本的特點(diǎn)。專用集成電路（ASIC）和現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）是其中最廣為采用的器件。

ASIC是一種應(yīng)特定用戶要求和特定電子系統(tǒng)的需要而設(shè)計(jì)、制造的集成電路。ASIC的優(yōu)點(diǎn)是面向特定用戶的需求，在批量生產(chǎn)時(shí)與通用集成電路相比體積更小，功耗更低，可靠性提高，性能提高，保密性增強(qiáng)，成本降低等；但是ASIC的靈活性和擴(kuò)展性不夠，開發(fā)費(fèi)用高，開發(fā)周期長(zhǎng)。

FPGA作為ASIC領(lǐng)域中的一種半定制電路而出現(xiàn)，與ASIC的區(qū)別是用戶不需要介入芯片的布局布線和工藝問題，而且可以隨時(shí)間改變其邏輯功能，使用靈活。FPGA以并行運(yùn)算為主，其開發(fā)相對(duì)于傳統(tǒng)PC、單片機(jī)的開發(fā)有很大不同，以硬件描述語言來實(shí)現(xiàn)。相比于PC或單片機(jī)的順序操作有很大區(qū)別。

2.5.2 網(wǎng)絡(luò)處理器

網(wǎng)絡(luò)處理器（NPU）是專門為處理數(shù)據(jù)包而設(shè)計(jì)的可編程通用處理器，采用多內(nèi)核并行處理結(jié)構(gòu)，提供了包處理邏輯軟件可編程的能力，在獲得靈活性的同時(shí)兼顧了高性能的硬件包處理。其常被應(yīng)用于通信領(lǐng)域的各種任務(wù)，比如包處理、協(xié)議分析、路由查找、聲音/數(shù)據(jù)的匯聚、防火墻、服務(wù)質(zhì)量（QoS）等。其通用性表現(xiàn)在執(zhí)行邏輯由運(yùn)行時(shí)加載的軟件決定，用戶使用專用指令集即微碼進(jìn)行開發(fā)。其硬件體系結(jié)構(gòu)大多采用高速的接口技術(shù)和總線規(guī)范，具有較高的I/O能力，使得包處理能力得到很大提升。

NPU擁有高性能和高可編程性等諸多優(yōu)點(diǎn)，但其成本和特定領(lǐng)域的特性限制了它的市場(chǎng)規(guī)模。

2.5.3 多核處理器

多核處理器在更為復(fù)雜的高層包處理上具有優(yōu)勢(shì)，隨著包處理開源生態(tài)系統(tǒng)逐漸豐富，為軟件定義的包處理提供了快速迭代的平臺(tái)?，F(xiàn)代CPU性能的擴(kuò)展主要通過多核的方式進(jìn)行演進(jìn)。這樣利用通用處理器同樣可以在一定程度上并行地處理網(wǎng)絡(luò)負(fù)載。由于多核處理器在邏輯負(fù)載復(fù)雜的協(xié)議及應(yīng)用層面上的處理優(yōu)勢(shì)，以及越來越強(qiáng)勁的數(shù)據(jù)面的支持能力，它在多種業(yè)務(wù)領(lǐng)域得到廣泛的采用。再加上多年來圍繞CPU已經(jīng)建立起的大量成熟軟件生態(tài)，多核處理器發(fā)展的活力和熱度也是其他形態(tài)很難比擬的。

當(dāng)前的多核處理器也正在走向片上系統(tǒng)（SoC）化，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)的SoC往往集成內(nèi)存控制器、網(wǎng)絡(luò)控制器，甚至是一些硬件加速處理引擎。

多核處理器集成多個(gè)CPU核以及眾多加速單元和網(wǎng)絡(luò)接口，組成了一個(gè)SoC。在這些SoC上，對(duì)于可固化的處理交由加速單元完成，而對(duì)于靈活的業(yè)務(wù)邏輯則由眾多的通用處理器完成，這種方式有效地融合了軟硬件各自的優(yōu)勢(shì)。

2.5.4 VNF加速

對(duì)于性能要求一般的控制面/數(shù)據(jù)面網(wǎng)元，可以直接部署在通用多核處理器服務(wù)器上執(zhí)行。

對(duì)于性能要求嚴(yán)苛的數(shù)據(jù)面網(wǎng)元，可以考慮采用輔助硬件加速器的方式。取決于業(yè)務(wù)功能的定制化和靈活性考慮，綜合成本因素，選擇ASIC或者FPGA加速器。

3 結(jié)束語

NFV作為運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的核心技術(shù)架構(gòu)，是虛擬化和云計(jì)算等IT技術(shù)在電信領(lǐng)域的一次大規(guī)模應(yīng)用。目前以ETSI NFV架構(gòu)為技術(shù)架構(gòu)，運(yùn)營(yíng)商和業(yè)界廠商大力推動(dòng)NFV的分層解耦和資源池化，并且在固定接入網(wǎng)、移動(dòng)接入網(wǎng)、移動(dòng)核心網(wǎng)、數(shù)據(jù)中心等場(chǎng)景下開展試驗(yàn)驗(yàn)證和商用嘗試。

雖然ETSI在NFV架構(gòu)上已經(jīng)定型，但在具體模塊、接口、流程等實(shí)現(xiàn)上還不完善，目前業(yè)界的開源社區(qū)、標(biāo)準(zhǔn)組織和廠家乃至運(yùn)營(yíng)商都在積極推動(dòng)相關(guān)技術(shù)的進(jìn)步和成熟。文章中，我們?cè)敿?xì)分析了采用NFV分層解耦后之后，需要關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)。首先需要通過虛擬化技術(shù)在硬件資源池之上形成虛擬資源池，并且考慮硬件共享和硬件管理、虛擬資源管理的問題，完成虛擬資源生命周期管理；其次，通過管理和編排系統(tǒng)對(duì)各類資源形成視圖，完成虛擬網(wǎng)元的生命周期管理和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的管理，并且解決各層故障上報(bào)和故障關(guān)聯(lián)的問題，同時(shí)還要處理好NFV管理編排和OSS的關(guān)系，形成新的網(wǎng)管體系。電信業(yè)務(wù)有著高可靠性和實(shí)時(shí)性等要求，因此僅僅實(shí)現(xiàn)NFV分層解耦無法滿足這類特殊要求。要實(shí)現(xiàn)電信業(yè)務(wù)的5個(gè)9可靠性要求，需要從下向上在每個(gè)層面都提供可靠性保障，并且各層面能夠進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，提供系統(tǒng)級(jí)別的可靠性；要實(shí)現(xiàn)電信業(yè)務(wù)實(shí)時(shí)性的要求，數(shù)據(jù)面網(wǎng)元功能需從硬件實(shí)現(xiàn)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)都進(jìn)行針對(duì)性的加速。

以NFV為基礎(chǔ)的運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型大幕已經(jīng)開啟，隨著技術(shù)的成熟，未來將很快看到NFV架構(gòu)的電信網(wǎng)絡(luò)，以NFV為出發(fā)點(diǎn)CT和IT將走向深度融合。

參考文獻(xiàn)

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