探析網絡虛擬化技術在網絡優化中的應用

李秋菊 李淑英 楊慶 丁元良

摘要：互聯網技術的快速發展與普及，引發了一場通信產業革命，國內電信運營商不斷推出新型業務模式，改進網絡架構體系，引進網絡虛擬化技術，力圖為廣大客戶提供更加快捷方便的網絡通信服務，運營商通過借助此技術對網絡系統基礎功能進行優化升級，擁有對網絡設備實施實時監管能力，縮減了企業運營成本，極大地提高了系統效率，有效避免了網絡擁塞問題發生。網絡虛擬化技術的應用為通信產業創造了新的增長點，運營商也隨之獲得了廣闊發展空間。鑒于此，本文就網絡虛擬化技術在網絡優化中的應用展開探討，以期為相關工作起到參考作用。

關鍵詞：網絡技術;虛擬化;優化模式

1.虛擬化技術的優勢

更高的資源利用率：虛擬可支持實現資源池和物理資源的動態共享，特別是針對那些平均需求遠低于需要為其提供專用資源的不同負載。降低管理成本：減少必須進行管理的物理資源的數量;隱藏物理資源的部分復雜性;通過實現自動化、獲得更好的信息和實現中央管理來簡化公共管理任務。提高使用靈活性：通過虛擬可實現動態的資源部署和重配置，滿足不斷變化的業務需求。提高安全性：虛擬可實現較簡單的共享機制無法實現的隔離和劃分，這些特性可實現對數據和服務進行可控和安全的訪問。更高的可用性：虛擬可在不影響用戶的情況下對物理資源進行刪除、升級或改變。更高的可擴展性：根據不同的產品，資源分區和匯聚可支持實現比個體物理資源小得多或大得多的虛擬資源，這意味著您可以在不改變物理資源配置的情況下進行規模調整。互操作性和投資保護：虛擬資源可提供底層物理資源無法提供的與各種接口和協議的兼容性[1]。改進資源供應：與個體物理資源單位相比，虛擬能夠以更小的單位進行資源分配。與物理資源相比，虛擬資源因其不存在硬件和操作系統方面的問題而能夠在出現崩潰后更快地恢復。

2.網絡虛擬化技術的主要架構和技術特性研究

2.1網絡虛擬化架構系統研究

網絡功能虛擬化系統中最重要就是作為虛擬化運行單元的VNF，新型VNF擁有即時編程和動態調節能力，能夠保證NFV展現最佳功效，不同制造商設計的NFV和VNF系統的基本接口標準與安全協議內容不一致，必須由電信運營商進行調試后再進行大規模部署。NFV標準化通用服務設施逐漸替代了老舊的專用服務平臺，在NFV的核心架構體系中，MANO肩負著規劃服務步驟、分解網絡服務業務的任務，通過對虛擬網絡和底層基礎設備資源的調度，保證NFV服務的質量與速度。虛擬化網路使用虛擬機替換了原有網絡系統中的絕大多數物理構件，數據存儲、網絡連接、基礎計算設備等物理資源在虛擬化后被轉化為網絡資源，其中被用來支持和組建VNF虛擬運行單元的一部分網絡資源就是NFVI，NFVI的基本特性在于虛擬化網絡架構，為滿足設備組網需求，為隨時調用上層模塊供給足夠的虛擬資源，NFVI必須有能力調配基礎的虛擬化基礎設施資源支持多個VNF同步運行，電信運營商可采用OpenStack架構部署NFVI虛擬化服務系統[2]。虛擬化網絡系統的網絡運營服務層包含OSS和BSS兩大基礎模塊系統，OSS部分保留了原有的物理設備管理功能，BSS負責為OSS提供相關維護服務，例如日常經營、成本核算、客服等工作。

2.2現階段虛擬化網絡架構體系的主要技術特性分析

在新型網絡基礎設施虛擬化體系中，單一的計算機終端能夠以單獨形式或多臺并行形式提供系統基礎硬件服務。不同的虛擬機連接的系統和功能模塊以及自身硬件設備都擁有較高的獨特性與差異性，因此系統內的各個基礎設備絕對不會發生互相沖突或擠占網絡通道的問題。NFV系統架構內部擁有一個系統性的虛擬化網絡資源配置平臺，管理對象包括多層次的技術協議和各類承擔系統基礎服務功能（計算、傳輸、聯網、儲存等）的內部構件，不同構件間可互相支持，系統資源可受運營商控制流向，可隨時轉向需要基礎設備支持的領域[3]。

3.網絡虛擬化技術對網絡優化模式的改變

3.1多制式網絡中的多樣化問題

電信運營商的多制式網絡存在多樣化的問題，在對網絡進行優化的過程中，普遍存在以下問題：（1）網絡構架復雜，多網絡融合構架包括4G，5G和WLAN等多個無線接入網和核心網使網絡改造復雜。（2）數據分流壓力大，多網絡融合中數據分流機制要求用戶面數據能夠靈活高效地在不同接入網傳輸，將各接入網絡底層傳輸影響最小化。（3）連接與移動控制性要求更高，4G、5G、WLAN網絡并存，各個網絡在運行的過程中，會存在一定程度的干擾，同時網絡優化措施較為單一。

3.2網絡優化模式的發展過程

3.2.1第一階段

在該階段中融入了對智能運維網的使用。實現網絡設備及連接控制的軟硬分離，集中管理、動態調度各種資源，提供更靈活的網絡功能設計和結構規劃空間，使得集中化、均質化成為可能，從而實現基于全量信令的采集的網絡優化工作，并通過自適應等新功能實現網絡的自動優化。

3.2.2第二階段

在該階段中融入了對私人定制網絡的使用，通過網絡虛擬化技術呈現了一個高度靈活、可編程的網絡，能夠實現與精細化的運營機制相匹配的網絡配置定制化和業務推動定制化，增強了網絡的自動化能力，大大減輕傳統運營維護的壓力，提升運營維護的效率[4]。

3.2.3第三階段

在該階段中融入了對新型開放網絡的使用，主要用于測量網絡容量以及相關的指標趨勢。同時在該階段中，基于對新型開放網絡的使用，相關的數據信息得到了開放。原有網絡優化模式依靠網絡虛擬化技術。現在由以網絡設備為單元，依靠管理平臺收集、監管、呈現網絡狀態，保障網絡質量轉變的維護型網絡，優化為依靠軟件實現層次化自動運維服務，通過迭代開發不斷提升服務能力的服務型網絡。

3.3未來的網絡優化模式

預計，在未來網絡的新型架構中將以數據中心為基礎，各數據中心以云計算技術進行組織并放置NFV虛擬化的通信網元，各數據中心間通過以SDN技術實現調度的IP承載網絡進行連接。由此可見，未來網絡優化模式發生的根本性變化將圍繞以下三個方面，詳細技術特點介紹如下。

3.3.1傳統機房改造為數據中心，機房內采用云計算技術組織

（1）技術方法X86架構雖然在轉發數據這一方面不具有較高的優勢，但在邏輯處理方面具有一定的適用性。（2）技術特點軟件加速：通過DPDK實現不經過VM內核處理直接訪問，最大程度發揮通用服務器的能力。硬件加速：通過內嵌在網卡NIC的專用芯片卸載CPU的數據處理，提供更高的轉發能力。

3.3.2傳統通信網元通過NFV虛擬化技術實現軟件化

（1）技術方法NFV將傳統通信網絡設備功能軟件化，通過特定的虛擬化技術，基于IT通用的計算、存儲、網絡硬件設備實現電信網絡功能，NFV將實現傳統電信產業與IT產業的深度融合。（2）技術特點虛擬化：采用開放的Hypervisor軟件層以及資源管理軟件，從而完成硬件和軟件的分離。通用化：硬件的IT計算以及存儲等方面都嚴格依照相關標準。云端化：能夠有效的完成虛擬資源配置。自動化：能夠和SDN進行融合，在基于對SDN這一技術使用的基礎上，完成對網絡的配置[5]。

結語

為了占據市場優勢地位，為通信行業創造發展空間，電信運營商必須盡快使用虛擬化網絡技術優化網絡服務系統，提高服務質量和反應速度，引進云計算服務設備，采用最新的虛擬化架構模式。

參考文獻：

[1]陶志勇，張錦，陽王東，何先亮.基于云計算的虛擬化技術在企業網絡中的應用[J].計算機系統應用，2018，27（07）：84-89.

[2]陳斌源，紀立恒.虛擬化技術在氣象信息網絡中的應用研究[J].信息記錄材料，2018，19（07）：58-59.

[3]紀立恒，黃丹梅，陳斌源.虛擬化技術在氣象信息網絡運行中的應用分析[J].數字技術與應用，2018，36（03）：224-225.

[4]高永國，郝檉，鄧津，張鶴群.IRF虛擬化技術在地震核心網絡改造中的應用[J].華北地震科學，2018，36（01）：31-35.

[5]張健.虛擬化技術在網絡信息管理中的應用[J].無線互聯科技，2018，15（02）：114-115.