NFV引入對(duì)核心網(wǎng)網(wǎng)元及規(guī)劃方法的影響

趙遠(yuǎn)，王計(jì)艷

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

NFV引入對(duì)核心網(wǎng)網(wǎng)元及規(guī)劃方法的影響

趙遠(yuǎn)，王計(jì)艷

（中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司，北京 100080）

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）對(duì)通信技術(shù)是一個(gè)明顯的變革，特別是對(duì)核心網(wǎng)絡(luò)。首先從最明顯的核心網(wǎng)網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)本身的變化和最深遠(yuǎn)的網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式的變化兩個(gè)層次展開分析，另外，核心網(wǎng)規(guī)劃總體上包括容量規(guī)劃和組網(wǎng)規(guī)劃，兩者緊密關(guān)聯(lián)，NFV云化后，隨著網(wǎng)元的軟/硬件解耦，會(huì)引起規(guī)劃方法的變化。基于此，說明了NFV在多個(gè)方面對(duì)核心網(wǎng)網(wǎng)元及其規(guī)劃方法的影響。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化；核心網(wǎng)；虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能；規(guī)劃方法

1 引言

運(yùn)營商的核心網(wǎng)網(wǎng)元種類繁多，目前專用設(shè)備的硬件資源難以共享，導(dǎo)致硬件資源利用率普遍較低，且需要通過更新替換硬件的方式來提升性能。這種軟/硬件緊耦合，使得新業(yè)務(wù)開發(fā)周期較長、引入困難。在云計(jì)算和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代下，要實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)，滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶的極致業(yè)務(wù)體驗(yàn)需求，運(yùn)營商就要建設(shè)一張開放、敏捷、面向業(yè)務(wù)的網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)前，ICT領(lǐng)域熱門的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)之一——網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（network function virtualization，NFV）技術(shù)，其技術(shù)架構(gòu)和特征契合運(yùn)營商互聯(lián)網(wǎng)轉(zhuǎn)型的需求，借助NFV技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)彈性的云化核心網(wǎng)絡(luò)。

NFV技術(shù)的引入，將加快網(wǎng)絡(luò)部署和調(diào)整的速度，降低業(yè)務(wù)上線的復(fù)雜度，提高網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的統(tǒng)一化、通用化等，從整體上降低運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)的CAPEX和OPEX，實(shí)現(xiàn)運(yùn)營商效益和效率的雙提升。由于核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，NFV引入會(huì)對(duì)傳統(tǒng)核心網(wǎng)帶來巨大的變化，本文著重分析NFV引入前后對(duì)核心網(wǎng)網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)本身和規(guī)劃方法上的影響，并對(duì)這些變化展開探究。

2 NFV引入前后核心網(wǎng)的變化

NFV的引入會(huì)對(duì)傳統(tǒng)核心網(wǎng)帶來巨大的變化，包括最明顯的核心網(wǎng)網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)本身的變化和最深遠(yuǎn)的網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式的變化。

2.1 網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)本身

NFV云化前后，核心網(wǎng)物理網(wǎng)元功能（PNF）和虛擬化網(wǎng)元功能（VNF）存在較大差異。云化前，物理網(wǎng)元設(shè)備受限廠商一般都同廠商組網(wǎng)；云化后，云化網(wǎng)元打破了廠商的嚴(yán)格界限，一個(gè)提供原有全部物理網(wǎng)元功能的云化網(wǎng)元被分解為不同層硬件與軟件功能的組合體，構(gòu)成包括基礎(chǔ)設(shè)施層的IT通用硬件x86服務(wù)器、虛擬資源層的VM及Hypervisor功能、網(wǎng)絡(luò)功能層的虛擬網(wǎng)元功能軟件 VNF（即現(xiàn)有物理網(wǎng)元如 CSCF、HSS等網(wǎng)元的虛擬化功能的軟件實(shí)體）。以核心網(wǎng)分組域MME網(wǎng)元為例，其云化前后的變化如圖1所示。

圖1 MME云化前后的變化

2.2 網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式

NFV云化前，物理網(wǎng)元的建設(shè)方案主要受廠商格局影響，共性是不同廠商的物理網(wǎng)元都采用專有硬件建設(shè)形式。傳統(tǒng)設(shè)備商提供的是從硬件、組網(wǎng)、系統(tǒng)軟件到業(yè)務(wù)軟件的成套完整設(shè)備，可以看作一種垂直式的應(yīng)用部署；不同的網(wǎng)元硬件設(shè)備可能不一樣，而網(wǎng)元相同、廠商不同的硬件設(shè)備也會(huì)不一樣。客戶的維護(hù)人員熟悉了一個(gè)廠商的設(shè)備架構(gòu)之后，對(duì)其他廠商的設(shè)備引入都會(huì)有新的學(xué)習(xí)和熟悉過程。這些差異性在工程建設(shè)和運(yùn)營維護(hù)中體現(xiàn)得較為明顯，但在建設(shè)方案規(guī)劃階段并不明顯。傳統(tǒng)物理網(wǎng)元建設(shè)方案規(guī)劃，主要是各網(wǎng)元的設(shè)置方案，體現(xiàn)在規(guī)劃網(wǎng)元數(shù)量及容量，廠商的不同造成的影響非常明顯。

NFV云化后，傳統(tǒng)物理網(wǎng)元專有設(shè)備將變?yōu)榫W(wǎng)絡(luò)虛擬化系統(tǒng)架構(gòu)下硬件資源、虛擬資源和虛擬網(wǎng)元功能三層的組合；建設(shè)方案的變化上，軟件的建設(shè)方案基本保持不變，變化主要體現(xiàn)在硬件的建設(shè)方案。根據(jù)硬件資源與其他資源的耦合度，技術(shù)上可以組合出4種耦合模式的建設(shè)方案，如圖2所示。4種建設(shè)方案的對(duì)比如圖3所示。從資源共享程度、性能保證難度、集成容易程度來看，這4種建設(shè)方案對(duì)于運(yùn)營商來說，初期引入階段從方案三開始比較合適，但云化最終的目標(biāo)是方案四的全解耦建設(shè)。4種方案的詳細(xì)介紹如下。

圖2 4種耦合模式的建設(shè)方案

圖3 4種建設(shè)方案的對(duì)比

（1）方案一：類似專有硬件的單廠商

硬件資源、資源池系統(tǒng)、虛擬功能網(wǎng)元由通信設(shè)備廠商統(tǒng)一提供，其中硬件資源、資源池系統(tǒng)可能是虛擬功能網(wǎng)元廠商自身設(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(yùn)營商自行采購硬件資源和資源池系統(tǒng)軟件，同時(shí)，IT廠商除提供硬件資源外，還提供硬件資源適配的資源池系統(tǒng)軟件，通信廠商提供虛擬功能網(wǎng)元軟件，運(yùn)營商自行采購的硬件資源和資源池系統(tǒng)應(yīng)滿足上層虛擬功能網(wǎng)元軟件的運(yùn)行、適配要求。

（3）方案三：硬件獨(dú)立

硬件資源由運(yùn)營商自行采購，通信廠商提供虛擬功能網(wǎng)元和資源池系統(tǒng)，其中資源池系統(tǒng)可能是虛擬功能網(wǎng)元廠商自身開發(fā)，也可能是外購或在開源軟件基礎(chǔ)上改造。

（4）方案四：三層全解耦

硬件資源和資源池系統(tǒng)由運(yùn)營商自行采購，通信廠商只提供虛擬功能網(wǎng)元軟件，運(yùn)營商自行采購的硬件資源和資源池系統(tǒng)應(yīng)滿足上層虛擬功能網(wǎng)元軟件的運(yùn)行要求，同時(shí)，上層虛擬功能網(wǎng)元可能需要根據(jù)資源池系統(tǒng)的具體版本做相應(yīng)適配改造。

綜上，通過最明顯和最深遠(yuǎn)的變化分析，對(duì)于傳統(tǒng)物理核心網(wǎng)網(wǎng)元和網(wǎng)絡(luò)來說，NFV帶來的影響主要集中在網(wǎng)元形式、供貨廠商多樣性、規(guī)劃建設(shè)靈活性、維護(hù)管理復(fù)雜性、設(shè)備及組網(wǎng)可靠性、業(yè)務(wù)能力開放性等。NFV引入前后網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)變化對(duì)比見表1。

表1 NFV引入前后網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)變化對(duì)比

3 NFV對(duì)核心網(wǎng)規(guī)劃影響分析

3.1 現(xiàn)有核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃流程

核心網(wǎng)現(xiàn)有規(guī)劃方法以業(yè)務(wù)需求的輸入作為開端，結(jié)合規(guī)劃參數(shù)模型進(jìn)而輸出完整的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，如圖4所示。規(guī)劃過程劃分為6個(gè)階段：業(yè)務(wù)需求→參數(shù)模型制定（來源于兩個(gè)途徑：一是通用業(yè)務(wù)模型，二是實(shí)際運(yùn)營商業(yè)務(wù)模型）→網(wǎng)絡(luò)容量估算（包括對(duì)全網(wǎng)容量、業(yè)務(wù)區(qū)容量、單網(wǎng)元容量）→部署方案制定→組網(wǎng)方案制定→對(duì)外資源需求估算。

圖4 現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法

3.2 NFV云化后的規(guī)劃流程

核心網(wǎng) NFV云化帶來了網(wǎng)元架構(gòu)的本質(zhì)變化，從軟/硬件一體的網(wǎng)元架構(gòu)變成了軟/硬件分開的網(wǎng)元架構(gòu)，現(xiàn)有軟/硬件一體的規(guī)劃方法需變成軟/硬件分開的規(guī)劃方法；同時(shí)，隨著硬件的通用化，跨廠商、跨平臺(tái)、跨產(chǎn)品的資源共享成為可能，現(xiàn)有以獨(dú)立網(wǎng)元為單位的規(guī)劃思路演變?yōu)橐再Y源池為單位的整體規(guī)劃思路；另外，由于通用硬件對(duì)機(jī)房的要求與傳統(tǒng)核心網(wǎng)網(wǎng)元的差異，原有專用硬件對(duì)通信機(jī)房的需求變成了通用硬件對(duì)數(shù)據(jù)中心機(jī)房的需求，而省內(nèi)數(shù)據(jù)中心規(guī)劃之初并非作為核心網(wǎng)專用機(jī)房，而是承載了大量的內(nèi)部業(yè)務(wù)（私有云）和外部業(yè)務(wù)（公有云），資源往往緊張，且對(duì)傳輸、PTN、IP專網(wǎng)、CMNet的要求與數(shù)據(jù)中心（data cente，DC）網(wǎng)有差異，同時(shí)也并非完全按照核心網(wǎng)業(yè)務(wù)區(qū)的劃分方式進(jìn)行布局，因此，若進(jìn)行核心網(wǎng)NFV網(wǎng)元的部署規(guī)劃，必須首先進(jìn)行全省DC的部署規(guī)劃，協(xié)同核心網(wǎng)NFV部署規(guī)劃與DC部署規(guī)劃的關(guān)系，使兩者做到相互匹配。

3.2.1 規(guī)劃思路變革——軟/硬件獨(dú)立規(guī)劃

網(wǎng)元和網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃總體思路仍是輸入業(yè)務(wù)需求，輸出網(wǎng)元部署方案、組網(wǎng)方案和對(duì)外資源需求，但由于軟/硬件解耦和硬件通用化引起了網(wǎng)元和網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法的變化，核心網(wǎng)規(guī)劃分為兩大部分，核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和資源池規(guī)劃建設(shè)。

（1）核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)

具體來講，NFV引入后核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)方法的變化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

參數(shù)模型制定：話務(wù)參數(shù)模型沒有變化，但利用率需從原有的軟/硬件合一的利用率修改為針對(duì)軟件和硬件獨(dú)立要求的利用率，即軟/硬件利用率需分開。

網(wǎng)絡(luò)容量估算：NFV引入后，網(wǎng)絡(luò)容量需把軟件容量和硬件容量分開估算，軟件容量仍按現(xiàn)有方式進(jìn)行估算，需將核心網(wǎng)網(wǎng)元的需求落實(shí)到通用硬件之上，并按照通用硬件的估算方法進(jìn)行。同時(shí)，單網(wǎng)元的容量不再是關(guān)注的重點(diǎn)，重點(diǎn)是各業(yè)務(wù)區(qū)容量對(duì)硬件/資源池的整體需求。

增加軟/硬件需求方案：增加核心網(wǎng)硬件通用標(biāo)準(zhǔn)配置模型，明確核心網(wǎng)容量與通用硬件的配比關(guān)系，包括VNF與物理服務(wù)器/虛擬機(jī)、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)的配比關(guān)系以及服務(wù)器/虛擬機(jī)的規(guī)格和性能要求、存儲(chǔ)的方式、網(wǎng)絡(luò)資源的規(guī)格和功能性能要求等；若采用三層解耦，增加虛擬化軟件需求，包括選型和規(guī)格等。

部署方案：網(wǎng)元機(jī)架需求改變，估算方法由各廠商設(shè)備獨(dú)立估算變?yōu)楦鶕?jù)通用硬件需求估算；基于 DC部署規(guī)劃進(jìn)行核心網(wǎng)網(wǎng)元的部署規(guī)劃，應(yīng)提前進(jìn)行全省DC部署規(guī)劃。

組網(wǎng)方案：原有以網(wǎng)元為單位的規(guī)劃方式，對(duì)每一個(gè)PNF均提出特定的資源需求。NFV引入后，硬件設(shè)備將以資源池的方式呈現(xiàn)，以網(wǎng)元為界面的規(guī)劃思路將變成以資源池為界面的思路，因此需增加資源池組網(wǎng)規(guī)劃方案，并以資源池為整體進(jìn)行內(nèi)外部資源需求規(guī)劃。

對(duì)外資源需求估算：將根據(jù)資源池組網(wǎng)方案確定對(duì)外資源需求的估算方式，如對(duì)IP承載網(wǎng)的資源需求將從單網(wǎng)元逐個(gè)提需求變成一個(gè)資源池整體提需求。

核心網(wǎng)NFV后的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法流程如圖5所示。

圖5 核心網(wǎng)NFV后的網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃方法

（2）資源池規(guī)劃建設(shè)

規(guī)劃中根據(jù)硬件通用標(biāo)準(zhǔn)模型和各運(yùn)營商的容量需求，估算x86服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的軟/硬件資源需求，并將匯總后的資源需求提交給資源池的規(guī)劃人員，由資源池的規(guī)劃人員最終提供資源池組網(wǎng)方案。資源池規(guī)劃方法如圖6所示。

圖6 資源池規(guī)劃方法

3.2.2 規(guī)劃思路重點(diǎn)——資源池為單位

如上所述，核心網(wǎng)NFV后，規(guī)劃界面從單網(wǎng)元變成資源池，各運(yùn)營商在實(shí)施NFV建設(shè)時(shí)，需要提前進(jìn)行資源池的規(guī)劃，包括資源池的規(guī)模、設(shè)置方案、內(nèi)/外部組網(wǎng)組網(wǎng)規(guī)劃，這些都將成為核心網(wǎng)規(guī)劃的重點(diǎn)。

DC部署規(guī)劃成為重點(diǎn)，需先于網(wǎng)元規(guī)劃進(jìn)行?，F(xiàn)有通信機(jī)樓經(jīng)過多年的建設(shè)與發(fā)展，與核心網(wǎng)及相關(guān)聯(lián)專業(yè)已經(jīng)達(dá)到了資源較好的匹配，并長期進(jìn)行協(xié)同規(guī)劃，核心網(wǎng)NFV后，設(shè)置地點(diǎn)將從傳統(tǒng)通信機(jī)房變?yōu)閿?shù)據(jù)機(jī)房，與現(xiàn)有通信機(jī)房不同，DC原來是為了滿足公/私有云業(yè)務(wù)而建設(shè)，其對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施和傳輸/承載資源的需求與核心網(wǎng)也有較大差異。如何使得 DC的部署滿足核心網(wǎng)業(yè)務(wù)發(fā)展的需求、如何協(xié)同規(guī)劃核心網(wǎng)部署要求和現(xiàn)有DC現(xiàn)狀以及未來規(guī)劃、如何匹配傳輸/承載網(wǎng)的資源都將是運(yùn)營商落地方案需要重點(diǎn)考慮的問題，如圖7所示。

圖7 省內(nèi)DC規(guī)劃需要考慮的問題

4 結(jié)束語

NFV技術(shù)作為IT化網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的關(guān)鍵技術(shù)，其引入將對(duì)現(xiàn)有的核心網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)及核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)產(chǎn)生巨大影響。本文主要圍繞 NFV引入前后核心網(wǎng)的變化展開，包括最明顯的核心網(wǎng)網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)本身的變化和最深遠(yuǎn)的網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式的變化以及整個(gè)核心網(wǎng)規(guī)劃方法及流程的變革。其中對(duì)網(wǎng)元及網(wǎng)絡(luò)在 NFV變化前后進(jìn)行了詳細(xì)對(duì)比分析，進(jìn)一步加深對(duì)變化的歸納理解；對(duì)核心網(wǎng) NFV后的規(guī)劃方法進(jìn)行了詳細(xì)論述，給出了運(yùn)營商在進(jìn)行核心網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)時(shí)的方法論，這將對(duì)運(yùn)營商核心網(wǎng) NFV后的規(guī)劃建設(shè)具有明顯的指導(dǎo)作用。

[1] 鄭直. 驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)型 NFV 在運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)中大有可為[N]. 2015?10?15. ZHENG Z. Driving transformation NFV is promising in the operator network[N]. 2015?10?15.

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趙遠(yuǎn)（1986?），男，中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司工程師，主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信核心網(wǎng)與業(yè)務(wù)網(wǎng)以及核心網(wǎng) NFV前沿技術(shù)。

王計(jì)艷（1978?），女，中國移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)橐苿?dòng)通信核心網(wǎng)及核心網(wǎng)NFV前沿技術(shù)。

Influence of NFV introduction on core network element and planning method

ZHAO Yuan, WANG Jiyan
China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China

Network function virtualization (NFV) is an obvious change in communication technology, especially for the core network. Firstly, the two level changes between the most obvious and the most far-reaching about element and network construction methods were illustrated and analyzed. In addition, the core network planning generally included the capacity planning and network planning, was closely related to both the NFV cloud, with the decoupling of hardware and software of network element, would change the planning method. Based on this, the effect of NFV on core network element and its planning method in many aspects were illustrated.

network function virtualization, core network, VNF , planning method

TN915.81

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017087

2017?02?20；

2017?03?24