電信運營商NFV未來網(wǎng)絡(luò)管理體系演進關(guān)鍵問題

月球，肖子玉，吳麗華，沈蕾

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

電信運營商NFV未來網(wǎng)絡(luò)管理體系演進關(guān)鍵問題

月球，肖子玉，吳麗華，沈蕾

（中國移動通信集團設(shè)計院有限公司，北京 100080）

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）是電信級業(yè)務(wù)云化的核心技術(shù)和架構(gòu)，是未來網(wǎng)絡(luò)演進的必然趨勢。NFV給通信網(wǎng)絡(luò)帶來了新的能力，同時也要求對現(xiàn)有的設(shè)備運行、管理、維護和配置模型增加新的管理和編排（MANO）功能。首先對物理網(wǎng)元的網(wǎng)管體系架構(gòu)及未來演進規(guī)劃進行總結(jié)研究，然后對NFV的引入對現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備管理方式的變化及新網(wǎng)管架構(gòu)功能進行總結(jié)，深入研究NFV MANO與運營支撐系統(tǒng)（OSS）協(xié)同關(guān)系、MANO與其他周邊網(wǎng)元組網(wǎng)方案等關(guān)鍵問題，最后從電信運營商角度，基于 NFV MANO解耦程度，提出MANO部署及演進策略。

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化；管理和編排；運營支撐系統(tǒng)；協(xié)同；部署及演進策略

1 引言

網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（network function virtualization，NFV）技術(shù)將IT技術(shù)運用到CT領(lǐng)域，其誕生解決了電信運營商網(wǎng)絡(luò)演進的痛點，是未來網(wǎng)絡(luò) ICT演進的必然趨勢。而管理和編排（management and orchestration，MANO）作為電信網(wǎng)元云化后新增的網(wǎng)管系統(tǒng)，則具有至關(guān)重要的作用。

本文從電信運營商視角，全面深入分析了NFV引入后云化網(wǎng)絡(luò)管理的需求、架構(gòu)、功能及接口等關(guān)鍵問題，并基于NFV MANO接口解耦程度，分析探討了MANO部署演進策略，可作為電信運營商在現(xiàn)網(wǎng)NFV部署時的重要參考。

2 現(xiàn)有網(wǎng)元的網(wǎng)管體系架構(gòu)

為維持通信網(wǎng)絡(luò)在安全的管控下穩(wěn)定運行，網(wǎng)絡(luò)需要有合理的管控手段。NFV已經(jīng)成為電信運營商網(wǎng)絡(luò)的演進方向之一，在虛擬化網(wǎng)絡(luò)完全商用之前，電信網(wǎng)絡(luò)仍由純物理網(wǎng)元構(gòu)成。網(wǎng)管架構(gòu)邏輯上可分為網(wǎng)絡(luò)管理層、網(wǎng)元管理層和網(wǎng)元層，如圖1所示。根據(jù)OSI定義，物理網(wǎng)元的網(wǎng)管從功能上劃分為五大功能域（FCAPS）：故障管理（fault management）、配置管理（configuration management）、計費管理（accounting management）、性能管理（performance management）和安全管理（security management）。物理網(wǎng)元的網(wǎng)管從架構(gòu)上按照專業(yè)功能劃分，分別由話務(wù)網(wǎng)管、數(shù)據(jù)網(wǎng)管、傳輸網(wǎng)管等網(wǎng)管系統(tǒng)納管。

圖1 網(wǎng)管邏輯架構(gòu)

電信運營商在從面向網(wǎng)絡(luò)運營向面向業(yè)務(wù)運營轉(zhuǎn)變的過程中，網(wǎng)管架構(gòu)也逐漸由按專業(yè)劃分、多網(wǎng)管系統(tǒng)并存演進至面向業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)管理的“資源管理系統(tǒng)、故障管理系統(tǒng)、性能管理系統(tǒng)、優(yōu)化管理系統(tǒng)”+面向流程管理的“運維管理系統(tǒng)”的綜合網(wǎng)管體系。

現(xiàn)有網(wǎng)元的網(wǎng)管架構(gòu)體系在演進過程中，由于規(guī)劃不夠細致，導(dǎo)致專業(yè)網(wǎng)管向綜合網(wǎng)管演進的落地仍然存在諸多問題：一線運維仍然離不開專業(yè)網(wǎng)管及EMS、OMC，能力開放不足導(dǎo)致系統(tǒng)封閉、功能重復(fù)開發(fā)；同時，網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)、技術(shù)發(fā)展趨勢也為網(wǎng)管能力帶來新的挑戰(zhàn)。

3 未來網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管新需求

NFV是電信級業(yè)務(wù)云化的核心技術(shù)和架構(gòu)，是未來網(wǎng)絡(luò)演進的必然趨勢。NFV給通信網(wǎng)絡(luò)帶來了新的能力，同時也要求對現(xiàn)有的運行、管理、維護和配置模型增加新的MANO功能。

NFV的到來，帶來網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的巨大變化，傳統(tǒng)網(wǎng)管的FCAPS難以滿足需求，主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

（1）從軟/硬件一體化到軟件的變化

傳統(tǒng)電信網(wǎng)元為軟/硬件一體化的設(shè)計，運營商主要關(guān)注硬件本身的運行情況，對其內(nèi)部的軟件運行情況，由于其為私有軟件，難以洞察其內(nèi)部運行機理。而在軟/硬件分離的背景下，軟件部署在通用x86服務(wù)器上，其運行環(huán)境主要為Linux等通用操作系統(tǒng)，運營商必須同時關(guān)注其軟件運行情況。

（2）由靜態(tài)到動態(tài)變化

傳統(tǒng)電信網(wǎng)絡(luò)主要為靜態(tài)的規(guī)劃、建設(shè)、運行。設(shè)備交維后，網(wǎng)絡(luò)容量、網(wǎng)絡(luò)拓撲基本上維持不變，但發(fā)生故障的網(wǎng)元必須更換，面對業(yè)務(wù)低谷高峰，資源被浪費或者必須被擴容；虛擬化讓網(wǎng)絡(luò)具備動態(tài)分配、彈性伸縮的功能特性，當網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時，能夠具備自愈功能。同時面對業(yè)務(wù)低谷高峰，自動從資源池中新增或者減配各類資源。

圖2 未來網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管新增功能

（3）網(wǎng)管與網(wǎng)元逐步一體化演變

傳統(tǒng)網(wǎng)元承擔承載、控制及業(yè)務(wù)功能，網(wǎng)管主要行使網(wǎng)元的管理職能，此外，網(wǎng)管與網(wǎng)元之間無其他交互；而網(wǎng)絡(luò)虛擬化后，網(wǎng)元控制功能與管理功能更加密不可分，實時性要求提升，基于策略的智能分析、控制要求提升。

由此可見，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)已經(jīng)不能適應(yīng)未來網(wǎng)絡(luò)的新變化，因此應(yīng)建立相應(yīng)的新網(wǎng)管架構(gòu)，未來網(wǎng)管應(yīng)具有新增“設(shè)計”“編排”“控制”功能，同時新增系統(tǒng)間的“能力開放”，實現(xiàn)系統(tǒng)自動化管理。未來網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)管新增功能如圖2所示。

在此背景下，ETSI定義了NFV體系架構(gòu)及MANO功能要求，如圖3所示。與傳統(tǒng)電信核心網(wǎng)管理相比，NFV 云化網(wǎng)絡(luò)新增云管系統(tǒng)（MANO）增加了對硬件資源、虛擬資源層、虛擬化網(wǎng)元以及完整網(wǎng)絡(luò)功能的管理和調(diào)度。實現(xiàn)核心網(wǎng)云管理的網(wǎng)元功能包括虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理（virtual infrastructure management，VIM）、虛擬網(wǎng)元功能管理（virtual network function management，VNFM）和 NFV編排器（NFV orchestrator，NFVO）。其主要功能介紹如下。

· VIM：主要負責基礎(chǔ)設(shè)施層硬件資源、虛擬化資源的管理、監(jiān)控和故障上報。

· VNFM：根據(jù)OMC的請求，向VIM申請/釋放虛擬機資源，并在虛擬機上加載/卸載虛擬功能網(wǎng)元軟件。

· NFVO：負責跨VIM的虛擬資源申請、授權(quán)、調(diào)度，并負責虛擬資源池的狀態(tài)監(jiān)控。

其中，運營支撐系統(tǒng)（operation support system，OSS）同時具備物理網(wǎng)絡(luò)和虛擬網(wǎng)絡(luò)全網(wǎng)的管理功能，因此需重點關(guān)注與 NFVO的協(xié)同功能。

4 MANO與OSS的協(xié)同工作

圖3 NFV 體系架構(gòu)及MANO功能要求

NFV云化使得其對網(wǎng)元的管理被分為虛擬網(wǎng)元功能管理和云化資源管理兩部分，為實現(xiàn)未來對虛擬網(wǎng)絡(luò)的端到端管理，以實現(xiàn)以下目標：短期內(nèi)實現(xiàn)對網(wǎng)元/網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的配置、故障、性能管理以及對網(wǎng)元/網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的生命周期管理；中后期最大化網(wǎng)絡(luò)虛擬化的業(yè)務(wù)價值（如業(yè)務(wù)編排），通過MANO和其他管理系統(tǒng)協(xié)作（如 OSS、BSS），以實現(xiàn)敏捷開通、業(yè)務(wù)智能編排、智能運維等功能。

在NFV MANO功能及架構(gòu)部署時，盡可能地降低傳統(tǒng)網(wǎng)管的改造工作量，網(wǎng)絡(luò)維護團隊分別在兩套系統(tǒng)上完成PNF（物理網(wǎng)元）和VNF（虛擬網(wǎng)元）的運維管理?？紤]當前NFV MANO與OSS對接標準尚未完全確定，NFV建設(shè)時 NFV MANO與OSS應(yīng)在不同階段針對性地探討協(xié)同關(guān)系，如圖4所示。

圖4 MANO與OSS協(xié)同關(guān)系

建議在MANO部署時，采用如下協(xié)同方案：現(xiàn)有網(wǎng)管OSS側(cè)重網(wǎng)元FCAPS的管理，NFV的重點在于管理和編排（資源動態(tài)管理、VNF的編排）以及VNF生命周期管理；新建網(wǎng)管MANO NFVO+（即新建 NFVO網(wǎng)元，要求其具備部分OSS功能）主要管理NFV網(wǎng)絡(luò)，傳統(tǒng)OSS管理傳統(tǒng)PNF網(wǎng)絡(luò)。

新建虛擬化網(wǎng)元由新增的 vEMS管理，要將PNF和VNF的信息分別送給傳統(tǒng)的OSS和新的網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)——NFVO+網(wǎng)元；設(shè)備管理（EMS）通過私有接口或者內(nèi)部接口實現(xiàn)傳統(tǒng)PNF的業(yè)務(wù)層面網(wǎng)管功能，具體包括故障、配置、計費、性能和安全（FCAPS），此功能網(wǎng)元通常由PNF廠商提供。EMS和MANO NFVO+通過開放接口同時接入OSS，以實現(xiàn)業(yè)務(wù)信息與資源信息的匯聚和映射，并完成傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)與NFV網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一管理運營。

新網(wǎng)管 NFVO+將虛擬網(wǎng)元監(jiān)控數(shù)據(jù)上報給傳統(tǒng)OSS，由OSS做資源/告警等的統(tǒng)一展示，傳統(tǒng)OSS不直接管理NFV網(wǎng)絡(luò)?？紤]未來VNF與PNF混合組pool的需求，vEMS應(yīng)能對現(xiàn)網(wǎng)同類型、同廠商的PNF和新建的VNF進行統(tǒng)籌管理。

NFVO+和各省的 OSS網(wǎng)管系統(tǒng)中的性能管理系統(tǒng)進行對接，如圖5所示。性能數(shù)據(jù)和資源數(shù)據(jù)接口均采用SFTP或者FTP，數(shù)據(jù)采集周期和EMS側(cè)的數(shù)據(jù)采集周期保持一致。

5 MANO與周邊網(wǎng)元的關(guān)系

由于方案中 NFVO+和各省的性能管理系統(tǒng)而非話務(wù)網(wǎng)管進行對接，同時參考某運營商現(xiàn)網(wǎng)整體性能管理體系，因此新增NFVO+網(wǎng)元還應(yīng)具備如下與周邊網(wǎng)元的接口，如圖6所示，以實現(xiàn)對虛擬網(wǎng)元性能管理功能和數(shù)據(jù)上報。

圖5 NFVO+與OSS接口

圖6 運營商性能管理系統(tǒng)架構(gòu)

其中，性能管理系統(tǒng)由NFVO+實現(xiàn)，需具備4類接口。

接口 1?部省接口：總部（一干節(jié)點）與省級系統(tǒng)（二干節(jié)點）的數(shù)據(jù)傳送方式分兩種：第一種方式是通過省級性能管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享服務(wù)向總部傳送數(shù)據(jù)；第二種方式是總部通過訪問省級性能管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享服務(wù)訂閱數(shù)據(jù)。

接口 2?數(shù)據(jù)采集接口：實現(xiàn)總部性能管理系統(tǒng)從集中統(tǒng)建系統(tǒng)或一干系統(tǒng)中采集獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

接口3?數(shù)據(jù)共享接口：總部性能管理系統(tǒng)需具備向外部系統(tǒng)（如經(jīng)營分析系統(tǒng)）實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的能力。

接口4?功能接口：主要包括總部性能管理系統(tǒng)與EOMS系統(tǒng)的工單接口、4A類接口、信息推送接口等。

6 運營商MANO部署演進策略

目前NFV MANO接口仍處在標準化進程中，電信運營商在部署NFV架構(gòu)時，可根據(jù)接口開放程度，按策略引入NFV MANO。

（1）電信運營商NFV部署初期，NFV實現(xiàn)軟/硬件接口解耦

電信運營商NFV部署初期，NFV MANO引入策略如圖7所示。

圖7 NFV MANO引入策略—初期

NFV實現(xiàn)軟/硬件解耦的接口打開需求如圖8所示。

圖8 NFV解耦接口打開需求

Or-Vnfm：實現(xiàn) NFVO管理不同廠商的VNFM。

Or-Vi：實現(xiàn)NFVO管理不同廠商的資源池。

Nf-Vi（硬件）：實現(xiàn) VIM管理不同廠商的硬件。

軟/硬件解耦情況下，運營商 MANO各網(wǎng)元建議按如下策略部署。

· 省公司全省設(shè)置一套 NFVO+。省級NFVO+同時連接多廠商VNFM、VIM、虛擬網(wǎng)元vEMS。

· VNFM按廠商設(shè)置，省內(nèi)每廠商一套，管理同廠商多種VNF，VNFM連接同廠商多個VIM；建設(shè)虛擬化vEMS管理虛擬化網(wǎng)元。VNF與PNF混合組pool時，由同一套vEMS管理。

· VIM支持管理多廠商硬件，初期單套VIM支持管理100～200臺主機，按管理主機的數(shù)量設(shè)置VIM，VIM所管理的資源僅部署同廠商的VNF。

· 同一DC內(nèi)，多個VIM所管理的物理服務(wù)器、存儲資源獨立，多個VIM所管理的資源可以共用組網(wǎng)設(shè)備。

（2）電信運營商NFV部署中后期，NFV實現(xiàn)三層解耦

電信運營商NFV部署中后期，NFV MANO引入策略如圖9所示。

圖9 NFV-MANO引入策略—中后期

虛擬網(wǎng)絡(luò)功能層、虛擬資源層、硬件層三層解耦需要打開的接口如圖8所示。Vi-Vnfm：實現(xiàn)不同VNF廠商之間資源共享。廠商集成接口：Os-Ma-nfvo（可根據(jù)未來網(wǎng)管架構(gòu)和具體維護需求進行集成開發(fā)）。

NFV部署中后期，NFV實現(xiàn)三層解耦，可對網(wǎng)絡(luò)進行升級及開放部署。

· NFVO+部署方式維持不變。

· VNFM按廠商設(shè)置，運營商省內(nèi)每廠商一套，管理同廠商多種VNF，同時，VNFM支持連接異廠商VIM。

· VIM支持對多廠商進行硬件管理，VIM所管理的資源支持部署多廠商VNF。

· NFV中后期根據(jù)實際需求選擇是否跨 DC部署VNF，不受同廠商VIM資源限制。

7 結(jié)束語

隨著網(wǎng)絡(luò)形態(tài)的改變，電信網(wǎng)管存在向新網(wǎng)管架構(gòu)演進的需求。從網(wǎng)管架構(gòu)的演進及新網(wǎng)管的功能架構(gòu)等相關(guān)方面，探討NFV網(wǎng)管系統(tǒng)及未來網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的關(guān)鍵問題。隨著MANO接口的進一步研究及業(yè)界對NFV定位的逐漸清晰，人們已經(jīng)清楚地看到NFV腳步的臨近，但具體如何應(yīng)對未來云化網(wǎng)絡(luò)后網(wǎng)管需求的變化，仍是電信運營商在NFV大規(guī)模部署前需要解決的重要問題。

[1] ETSI. Network functions virtualisation whitepaper#3[EB/OL]. (2014?11?20)[2016?06?29]. http//portal.etsi.org/Portals/0/ TBpages/NFV/Docs/NFV_White_Paper3.pdf.

[2] ETSI. Network functions virtualization (NFV); use cases: ETSI GS NFV 001[S/OL]. (2013?10?01)[2016?06?29]. http://www.etsi. org/deiver/etsi_gs/NFV/001_099/001/01.01.01_60/gs_NFV001v 010101p.pdf.

[3] ETSI. Network functions virtualisation (NFV); architectural framework: ETSI GS NFV 002[S/OL]. (2013?10?01)[2016?06?29]. http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/NFV/001_099/002/01.01.01_ 60/gs_NFV002v010101p.pdf.

[4] ETSI. Network functions virtualisation (NFV); terminology for main concepts in NFV: ETSI GS NFV 003[S/OL]. (2013?10?01) [2016?06?29]. http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/NFV- INF/001_ 099 /003/01.01.01_60gs_NFV-INF003v010101p.pdf.

[5] ETSI. Network functions virtualisation (NFV); management and orchestration: ETSI GS NFV MAN 001[S/OL]. (2014?12?01)[2016?06?29]. http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/ NFV-MAN/001_099/001/01.01.01_60/gs_NFV-MAN001v 010101p.pdf.

[6] ETSI. Network functions virtualisation (NFV); management and orchestration; functional requirement specification: ETSI GS NFV IFA010[S/OL]. (2014?12?01)[2016?06?29]. http://www.etsi.org/deliver/etsi_gs/NFV-MAN/001_099/001/01.01.01_60/gs_NFV-MAN 001v010101p.pdf.

[7] 趙慧玲, 史凡. SDN/NFV的發(fā)展與挑戰(zhàn)[J]. 電信科學, 2014, 30(8): 13-18. ZHAO H L, SHI F. Development and challenge of SDN/NFV[J]. Telecommunications Science, 2014, 30(8): 13-18.

[8] 肖子玉. SDN技術(shù)優(yōu)化的最新研究綜述[J]. 電信科學, 2015, 31(Z1): 132-139. XIAO Z Y. A review of the latest research on SDN technology optimization[J]. Telecommunications Science, 2015, 31(Z1): 132-139.

月球（1985?），女，中國移動通信集團設(shè)計院有限公司工程師，主要研究方向為移動通信核心網(wǎng)、5G、云計算、NFV。

肖子玉（1969?），女，中國移動通信集團設(shè)計院有限公司資深專家、教授級高級工程師，主要研究方向為移動通信核心網(wǎng)、5G、NFV、網(wǎng)絡(luò)安全。

吳麗華（1982?），女，中國移動通信集團設(shè)計院有限公司高級工程師，主要研究方向為移動通信核心網(wǎng)、NFV。

沈蕾（1980?），女，中國移動通信集團設(shè)計院有限公司高級工程師，主要研究方向為移動通信核心網(wǎng)、NFV。

Key problems of telecom operators’ NFV future network management system evolution

YUE Qiu, XIAO Ziyu, WU Lihua, SHEN Lei
China Mobile Group Design Institute Co., Ltd., Beijing 100080, China

Network function virtualization (NFV) is the core technology and architecture of telecom-level business to cloud, which is the inevitable trend of future network evolution. NFV brings new capabilities to the communications network, at the same time, it requires new management and orchestration (MANO) capabilities for existing equipment operations, management, maintenance and configuration models. First of all, the network management system architecture and future evolution planning of the physical network element were summarized, and by the coming of NFV technology, the changes of the existing network equipment management method and the new network management architecture and function were concluded. The coordination of NFV MANO and operation support system (OSS), NFV MANO and other peripheral network was deeply researched. Finally, from the perspective of telecom operators, the deployment and evolution strategy of NFV MANO based on decoupling level was suggested.

network function virtualization, management and orchestration, operation support system, coordination, deployment and evolution strategy

TN915.81

A

10.11959/j.issn.1000?0801.2017085

2017?02?20；

2017?03?24