淺談關(guān)于通信核心網(wǎng)NFV的應(yīng)用策略

王彩虹

摘要：隨著經(jīng)濟(jì)與科技的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，滿足了人類生產(chǎn)生活對(duì)于通訊技術(shù)的新要求，網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)即NFV技術(shù)的應(yīng)用，不僅提高了通信效率，更降低了通信成本，為人類生產(chǎn)生活做出重要貢獻(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)的運(yùn)用需要一定的條件，要一改傳統(tǒng)通信核心網(wǎng)的機(jī)房設(shè)備以及內(nèi)部軟硬件技術(shù)，才能夠保證虛擬化技術(shù)的順利運(yùn)行。本文對(duì)通信核心網(wǎng)NFV技術(shù)的應(yīng)用策略進(jìn)行探究。

關(guān)鍵詞：虛擬化技術(shù)；通信核心網(wǎng)；NFV技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN915.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）01-0021-02

隨著科學(xué)技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，NFV技術(shù)出現(xiàn)了，NFV技術(shù)是指網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化，設(shè)備通過使用x86等通用性硬件以及虛擬化技術(shù)，來承載很多功能的軟件處理，從而實(shí)現(xiàn)降低網(wǎng)絡(luò)昂貴的設(shè)備成本的目的。這一技術(shù)可以通過軟硬件解耦及功能進(jìn)行抽象，使網(wǎng)絡(luò)設(shè)備功能不再依賴于專用硬件，各種資源可以充分靈活共享，實(shí)現(xiàn)新業(yè)務(wù)的快速開發(fā)和部署，并基于實(shí)際業(yè)務(wù)需求進(jìn)行自動(dòng)部署、彈性伸縮、故障隔離和自愈等，提高工作效率。時(shí)代的不斷進(jìn)步對(duì)網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)提出了新要求，傳統(tǒng)的通信核心網(wǎng)要同NFV技術(shù)結(jié)合起來才能不斷創(chuàng)新、不斷進(jìn)步，滿足社會(huì)發(fā)展的需求。

1 NFV技術(shù)及其應(yīng)用條件

1.1 NFV技術(shù)

NFV技術(shù)不同于傳統(tǒng)的核心網(wǎng)專用硬件板卡，它使用的是ATCA架構(gòu)，ATCA架構(gòu)是使用專用硬件，每塊專用板卡搭載不同的網(wǎng)元軟件，發(fā)揮獨(dú)立服務(wù)器的功能，實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)元功能。傳統(tǒng)的MSC、MME、HSS等設(shè)備就屬于傳統(tǒng)的硬件板卡，使用了NFV架構(gòu)的核心網(wǎng)則將專用服務(wù)器改變?yōu)橥ㄓ玫腦86服務(wù)器，并內(nèi)置各種應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)不同的網(wǎng)元功能，不僅如此，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)還可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)元的資源共享[1]。總的來說，虛擬化網(wǎng)元就相當(dāng)于傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中的物理網(wǎng)元，網(wǎng)絡(luò)虛擬化技術(shù)可以由一個(gè)或多個(gè)虛擬化網(wǎng)元構(gòu)成，其中的網(wǎng)元管理功能承擔(dān)著一個(gè)或多個(gè)NFV的網(wǎng)絡(luò)管理功能，NFV基礎(chǔ)設(shè)備包括硬件、虛擬化層以及虛擬化資源，物理硬件包含計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源。

1.2 NFV技術(shù)的應(yīng)用條件

NFV技術(shù)作為一個(gè)新興技術(shù)，成為網(wǎng)絡(luò)通信的發(fā)展方向，NFV技術(shù)的順利運(yùn)行需要一定的條件，首先從本質(zhì)上來講，NFV技術(shù)是通過靈活的資源調(diào)度從而尋找最佳資源調(diào)度方案，為了實(shí)現(xiàn)靈活的資源調(diào)度，NFV技術(shù)需要采用SDN架構(gòu)，即采用集中式控制面和分布式承載面的扁平化網(wǎng)絡(luò)，以便于更好地進(jìn)行資源調(diào)度。隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展以及車聯(lián)網(wǎng)、AR、VR技術(shù)的出現(xiàn)，設(shè)備運(yùn)行對(duì)于寬帶速度的要求越來越高，因此出現(xiàn)了低時(shí)延、大寬帶業(yè)務(wù)出現(xiàn)并逐漸普及，相對(duì)地，無線網(wǎng)呈現(xiàn)相對(duì)集中的趨勢(shì)，因此這一網(wǎng)絡(luò)新架構(gòu)的出現(xiàn)為NFV技術(shù)的順利運(yùn)用創(chuàng)造條件。同時(shí)NFV技術(shù)的運(yùn)用對(duì)于機(jī)房環(huán)境也提出更高的要求。NFV技術(shù)在使用的過程中，往往將傳統(tǒng)的網(wǎng)元分為硬件層、虛擬層、虛擬網(wǎng)元層，因此傳統(tǒng)的由廠商統(tǒng)一提供和維護(hù)的軟硬件設(shè)備往往不能滿足需要。被拆分的硬件層是指IT通用的硬件設(shè)備，包括服務(wù)器、存儲(chǔ)器、安全設(shè)備，虛擬化網(wǎng)元架構(gòu)相較于傳統(tǒng)網(wǎng)元架構(gòu)來說，增加了由虛擬機(jī)監(jiān)控器組成的虛擬層。

2 NFV技術(shù)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)部署流程

運(yùn)用NFV技術(shù)不僅能夠降低運(yùn)行成本，而且能夠提高運(yùn)行效率，被運(yùn)營(yíng)商所喜愛。之所以能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)行的高效率，是由于網(wǎng)元具有快速上線及良好的彈性擴(kuò)縮容。使用NFV技術(shù)能夠?qū)鹘y(tǒng)的網(wǎng)元上網(wǎng)時(shí)間縮短到1小時(shí)，在上網(wǎng)高峰期時(shí)，為了保證網(wǎng)元的順利運(yùn)行，可以對(duì)運(yùn)行中網(wǎng)元進(jìn)行在線的彈性擴(kuò)縮容，極大地提高運(yùn)行效率。

在虛擬機(jī)進(jìn)行網(wǎng)元部署時(shí)，首先要對(duì)網(wǎng)元自動(dòng)部署所需的文件包進(jìn)行上傳和校對(duì)，然后開始網(wǎng)元的自動(dòng)部署。自動(dòng)部署時(shí)，首先NFVO從操作員處接受到實(shí)例化的請(qǐng)求，然后NFVO對(duì)請(qǐng)求進(jìn)行驗(yàn)證，檢驗(yàn)其是否具備初始化權(quán)限。然后NFVO發(fā)送請(qǐng)求到VNFM，再由VNFM對(duì)實(shí)例化請(qǐng)求進(jìn)行檢驗(yàn)及處理，包括對(duì)VNF的生命周抑限制以及VNFD的解析等。接著VNFM通過資源授權(quán)接口向NFVO請(qǐng)求VNF資源的授權(quán)。緊接著NFVO對(duì)VNFM傳達(dá)的參數(shù)以及策略進(jìn)行檢查，對(duì)要求所選擇的資源滿足親和性、反親和性以及QOS的要求。NFVO通過資源授權(quán)通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)將各虛擬機(jī)相互連接起來，VIM通過南向接口向NFVI請(qǐng)求分配內(nèi)部互連網(wǎng)絡(luò)并將虛擬機(jī)通過內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)互連，接著VIM向NFVO返回資源分配完成響應(yīng)[2]。

虛擬機(jī)的彈性擴(kuò)縮容有自動(dòng)彈性擴(kuò)縮容和手動(dòng)彈性擴(kuò)縮容兩種，自動(dòng)彈性擴(kuò)縮容進(jìn)行自動(dòng)擴(kuò)縮，而手動(dòng)彈性擴(kuò)縮容則由工作人言進(jìn)行手動(dòng)觸發(fā)。進(jìn)行彈性擴(kuò)縮容的步驟為：首先VNFM收集虛擬網(wǎng)元的性能數(shù)據(jù)，接著VNFM根據(jù)配置的策略決定觸發(fā)，并根據(jù)基于VNFD的規(guī)定通過資源認(rèn)證，完成資源認(rèn)證的請(qǐng)求。完成以上步驟之后，NFVO對(duì)本次擴(kuò)容投權(quán)結(jié)果進(jìn)行反饋，VNFM會(huì)根據(jù)NFVO指示的反饋結(jié)果向VIM傳遞虛擬機(jī)參數(shù)。接著VNFM通過VNF配置接口對(duì)虛擬化網(wǎng)元進(jìn)行數(shù)據(jù)配置，并通過VNF的生命周期變化來確定網(wǎng)管虛報(bào)化網(wǎng)元容量及資源的變化。最后，網(wǎng)管及VNFM對(duì)網(wǎng)元信息和參數(shù)進(jìn)行更新，如性能測(cè)量的定制等等。此時(shí)NFVO本次彈性擴(kuò)容工作已完成。在完成彈性擴(kuò)容工作之后，NFVO將擴(kuò)容后的虛擬化網(wǎng)元與VIM及資源他相關(guān)聯(lián)，完成彈性擴(kuò)容工作的后續(xù)工作。

3 NFV技術(shù)在電信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用

電信網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行對(duì)于可靠性的要求極高，因此NFV技術(shù)在電信網(wǎng)絡(luò)中的應(yīng)用需要同其它技術(shù)相結(jié)合。首先應(yīng)當(dāng)采用從EPC/IMS域信令面網(wǎng)元向數(shù)據(jù)面網(wǎng)元，由數(shù)據(jù)面網(wǎng)元向媒體面網(wǎng)元的方式進(jìn)行部署。其次應(yīng)當(dāng)采用硬件獨(dú)立設(shè)置的方式進(jìn)行軟硬件的解耦，這樣便可以實(shí)現(xiàn)硬件資源共享。不僅如此，還可以采用三層全解耦方式進(jìn)行軟硬件的解耦，以此實(shí)現(xiàn)不同廠家不同網(wǎng)元資源的共享，使共享范圍更廣。三層全解耦指的是三個(gè)不同的廠商進(jìn)行虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層、虛擬資源層、硬件資源層的生產(chǎn)。由于三層全解耦這一解耦方式對(duì)技術(shù)難度要求較高，所以運(yùn)營(yíng)商可以先采用硬件獨(dú)立設(shè)置的方式進(jìn)行解耦，并逐漸實(shí)現(xiàn)三層全解耦。

4 NFV技術(shù)的運(yùn)用所面臨的挑戰(zhàn)

NFV技術(shù)的順利運(yùn)行需要相應(yīng)的機(jī)房設(shè)備支持，但是目前我國(guó)的機(jī)房設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)中心和傳統(tǒng)通信機(jī)房?jī)深悾瑪?shù)據(jù)中心指的是具有安裝傳輸、核心網(wǎng)等通信設(shè)備功能的新型數(shù)據(jù)中心，不僅具有較低的成本，而且可以以較高的效率完成數(shù)據(jù)的傳輸和通信。傳統(tǒng)通信機(jī)房是為了滿足核心網(wǎng)、業(yè)務(wù)網(wǎng)、支撐網(wǎng)、傳送網(wǎng)等傳統(tǒng)設(shè)備而設(shè)立的機(jī)房，傳統(tǒng)通信機(jī)房相較于數(shù)據(jù)中心來說數(shù)量更多，使用率更高。NFV技術(shù)的運(yùn)用需要建立起電信云機(jī)房，國(guó)家只有根據(jù)NFV技術(shù)的發(fā)展進(jìn)程對(duì)機(jī)房進(jìn)行相應(yīng)的改進(jìn)，才可以實(shí)現(xiàn)技術(shù)的順利運(yùn)用。首先NFV應(yīng)該建立起新型的數(shù)據(jù)中心，使用新型的多檔單機(jī)架，新型空調(diào)系統(tǒng)，滿足NFV技術(shù)的運(yùn)行條件。新型的數(shù)據(jù)傳輸除去傳統(tǒng)的外網(wǎng)連接，還需要建立IP承載網(wǎng)專網(wǎng)、連接網(wǎng)管、計(jì)費(fèi)開通的專網(wǎng)等等。在進(jìn)行新型電信云機(jī)房的過程中，為了滿足NFV技術(shù)的下沉需求，需要對(duì)中心數(shù)據(jù)的周邊承載網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行提前規(guī)劃，一改傳統(tǒng)中心機(jī)房與通信機(jī)房數(shù)量差距過大的弊端，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的下沉需求[3]。

但是核心網(wǎng)虛擬化發(fā)展對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說也具有一定的挑戰(zhàn)性，完成網(wǎng)絡(luò)集成工作是一項(xiàng)重要工作。為了完成網(wǎng)絡(luò)集成工作，要改變網(wǎng)絡(luò)維護(hù)模式，以分層維護(hù)模式取代網(wǎng)元分類維護(hù)模式，講硬件與軟件分類維護(hù)。政府還應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)于軟硬件專業(yè)維護(hù)人員的培訓(xùn)，培訓(xùn)一批高技能的維護(hù)人員。除此之外，在進(jìn)行NFV技術(shù)的運(yùn)用之前，還應(yīng)當(dāng)對(duì)專用機(jī)房的建設(shè)進(jìn)行改造，對(duì)NFV技術(shù)多對(duì)應(yīng)的新型的IP網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃、信令采集、網(wǎng)絡(luò)安全等內(nèi)容進(jìn)行深入研究，保證NFV技術(shù)在各方面的順利運(yùn)行。

5 結(jié)語

隨著科學(xué)技術(shù)和通訊技術(shù)的不斷發(fā)展，人類生產(chǎn)生活對(duì)于通信技術(shù)提出了更高的要求，NFV技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。NFV技術(shù)是指網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化技術(shù)，其應(yīng)用需要一定的條件，NFV技術(shù)的運(yùn)用需要采用SDN架構(gòu)，并采用相對(duì)集中的硬件網(wǎng)以及被拆分為服務(wù)器、存儲(chǔ)器、安全設(shè)備的硬件層。NFV虛擬機(jī)的網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)部署流程包括虛擬機(jī)的網(wǎng)元部署以及虛擬機(jī)的彈性擴(kuò)縮容部署。在將NFV虛擬化技術(shù)運(yùn)用于電信網(wǎng)絡(luò)之中時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過對(duì)技術(shù)及軟硬件設(shè)備的改進(jìn)逐步實(shí)現(xiàn)從硬件獨(dú)立設(shè)置的方式進(jìn)行解耦到三層全解耦。NFV技術(shù)當(dāng)前面臨著許多挑戰(zhàn)，首先傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心和傳統(tǒng)通信機(jī)房無法滿足虛擬化技術(shù)的需要，因此需要對(duì)機(jī)房進(jìn)行相應(yīng)的軟硬件改造，還應(yīng)當(dāng)改變網(wǎng)絡(luò)維護(hù)模式，加強(qiáng)對(duì)于專業(yè)維護(hù)人員的培訓(xùn)，以完成虛擬技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)集成工作。對(duì)于NFV虛擬化技術(shù)的運(yùn)用應(yīng)當(dāng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、市場(chǎng)資源需求、網(wǎng)絡(luò)布局模式以及機(jī)房改造需求進(jìn)行綜合的配套改造，實(shí)現(xiàn)NFV技術(shù)的順利發(fā)展。

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