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NFV网络功能虚拟化基本原理及应用_图文

一、什么是NFV ? 二、NFV关键技术

三、产业推进情况
四、NFV带来的影响

2

通信网络技术发展趋势
纵观移动通信网络发展历程,在经历了模拟通信、数字通信、端到端IP化后, 当前通信网正逐步迈向基于虚拟化、软件化等ICT融合技术的通信4.0时代
通信1.0:模拟化 通信2.0:数字化 通信3.0:IP化 (CT over IP)
通信网

通信4.0:IT化 (虚拟化,ICT融合)
软件 硬件 控制 分离 解耦

IP承载(BICC/SIP)

转发

1G为代表,模拟化 通信

2G为代表,数字化 通信

3G/4G逐渐发展,从软 交换到IMS,最后到 VoLTE完成彻底IP化

NFV/SDN是ICT化的催 化剂,驱动IT/CT走向 融合

?

电信网络过去十年的变革核心是 IP化,其特征是CT的设备形态及网络实质,
IP化承载的外在通信方式

?

电信网络下一步变革的核心是IT化,采用IT化的内在实现形式及设备形态,保
留CT的网络内涵和品质
3

NFV是什么?

NFV:Network Function Virtualization

网络功能

+

虚拟化

即传统电信设备实现的功能。传统 电信设备,如MSC、MME、CSCF、

软件化

P-GW等均为网络功能实体
NFV 将传统通信网络设备功能软件化,通过特定的虚拟化技术,基于 IT 通用的计算、存储、网络硬件设备实现电信网络功能,NFV 将实现传统电信 产业与IT产业的深度融合。
4

NFV的基本特征
NFV于2013年在ETSI由13家运营商发起研究,是云计算在IT业取得巨大成功的 大背景下提出的,其工作目标是增强系统灵活性,实现网络及应用的快速部署、灵活 扩容和缩容。NFV的关键核心是通过虚拟化技术、基于通用IT硬件实现电信功能节点 的软件化,被认为是未来通信网络的基础技术。
NFV试图打破传统电信设备的竖井式体系,将通信网元功能分层解耦并引 入新的MANO管理体系实现网元全生命周期管理。
网管系统 vIMS IMS EPC HSS … 网管系统 vEPC 虚拟化资源 硬件资源 vHSS …

MANO

四大基本特征
采用开放的 Hypervisor和资源管 理软件将电信业务的软 硬件分离

虚拟化

通用IT基础设施
统一的标准化IT计算、 存储、网络基础硬件

云化管理
应用和业务的生 命周期管理, 虚拟资源配置

网络自动化
可与SDN结合,使用 SDN技术自动化配 置网络 5

单个NFV虚拟化网元物理结构的变化

传统电信设备系统架构
网元软件
消息分发 链路管理 DB 业务

虚拟化网元架构
网元软件
消息分发 链路管理 中间件 操作系统 虚拟机 虚拟机 虚拟机 DB 业务

中间件 操作系统

虚拟机

ATCA
化软件生成虚拟计算机,供上层应用使用

Hypervisor/虚拟机监控器

关键变化 1 :新增虚拟化层,即通过虚拟 关键变化 2 :传统设备中单个网元独享专
用硬件变化为各网元共享通用x86服务器

COTS
6

网络虚拟化后的网络结构图
NFV改变现有通信网络设备软硬件一体化部署模式,使设置在一个数据中心机房
中的各虚拟通信网元,通过统一的虚拟资源层,部署到共享的通用云资源池(服务器、 存储系统等)中。

传统通信机房

数据中心机房
网络功能层: 软件实现的虚 拟化功能网元, 可 以 是 IMS 、 EPC等网元 虚拟资源层: 实现虚拟机资 源生成、调度、 删除等功能 硬件资源层: 云化系统中的 X86服务器、存 储设备、IOS等 IT类设备

虚拟化

? NFV技术实施后,理论上讲,网络扩容、业务开放将发生以下变化:
– 资源共享、效率更高:不同业务系统共享硬件资源,资源利用效率可在不同应用间均衡
– 扩容灵活、快速响应:网络扩容通过新增虚拟资源的形式实现,多数不涉及新增硬件调测7

网络虚拟化后的系统架构图(3+2架构)
网络虚拟化后的系统架构将由“通信域3层”+“管理域2套”共同组成,即: 通信域:硬件资源层、虚拟资源层和网络功能层三层 管理域:除传统OMC/OSS等网管系统外,新增加云管理(MANO)系统

网络管理
OSS/BSS OSS/BSS
Service, VNF and Infrastructure Description Os-Ma

NFV Management and Orchestration

云管理

NFVO Orchestrator

Se-Ma
Or-Vnfm

NFVO: 统一的资 源管理和 调度 VNFM: 虚拟化网 元生命周 期管理 VIM:硬 件管理和 虚拟资源 管理

EMS 1

OMC EMS 2 VNF VNF 2 (MME)
虚拟计算 虚拟存储 Virtual 虚拟网络 Storage
Vn-Nf

EMS 3

Ve-Vnfm

VNF VNFM

网络功能层

VNF VNF 1 (CSCF)
NFVI 虚拟计算 虚拟存储 Virtual 虚拟网络 Computing

VNF VNF 3 (…)
虚拟计算 虚拟存储 Virtual 虚拟网络 Network
Nf-Vi

Manager(s)
Or-Vi

Vi-Vnfm

虚拟资源层
硬件资源层

虚拟化层( VMWare, KVM, Xen) Virtualisation Layer
Vl-Ha

Computing Hardware

计算

硬件资源 Storage Hardware 存储

Hardware resources Network Hardware

Virtualised VIM Infrastructure Manager(s)

网络

Execution reference points

Other reference points

Main NFV reference points

VNF: Virtual Network Function VNFM: Virtual Network Function Management

NFVO: NFV Orchestrator VIM: Virtual Infrastructure Management

8

目录

一、什么是NFV ? 二、NFV关键技术

三、产业推进情况
四、NFV带来的影响

9

1、虚拟化技术(1/3)
虚拟化指将一台物理计算机系统虚拟化为一台或多台虚拟计算机系统。每个虚拟计算机系统 都拥有自己的虚拟硬件(如CPU、内存和设备等),来提供一个独立的虚拟机执行环境。通过虚 拟化层的模拟,虚拟机中的操作系统认为自己仍然独占一个系统在运行。这个虚拟化层称为虚拟 机监控器(Virtual Machine Monitor,VMM)

传统架构 四大基本特征 分区
同一物理机上 多个虚拟机相 互隔离

虚拟化架构

隔离

在单一物理 机上同时运行多 个虚拟机

整个虚拟机执行 环境封装在独立 文件中

封装

虚拟机无需 修改可运行 在任何物理 机上 10

独立

1、虚拟化技术(2/3)
虚拟机(Virtual Machine)指通过软件模拟的具有完整硬件系统功能的、运行在一个完全隔 离环境中的完整计算机系统。按实现方式分类,可以分为全虚拟化、半虚拟化、硬件辅助虚拟化

未虚拟化
Ring 3

全虚拟化

半虚拟化

硬件辅助虚拟化

APP

Ring 3

APP
Ring 3

APP

Ring 3

APP OS Hardware
Guest OS 性能

Ring 3

OS
VM

OS VM
Ring 0 Ring 0

OS
VM
VMM

非root 特权模 式

Ring 0

VMM

VMM

Ring 0

root特 权模式

Hardware
全虚拟化
支持Windows和linux VMM需要对上层OS指令进 行捕获、翻译、模拟,性能 损耗大

Hardware
半虚拟化
由于需要改动操作系统内核只支持linux 上层OS知道自己工作在非之前模式,通过修 改其内核,与VMM通力协作,取消了捕获异 常、翻译、模拟过程,性能消耗小

Hardware
硬件辅助虚拟化
都支持 好

可维护性能
典型虚拟机技术

一般

较好


KVM、VMware、 XEN

KVM、VMware

XEN

11

1、虚拟机技术(3/3)
虚拟技术是云计算的核心技术,虚拟化技术能够提升硬件资源利用率、增强系统的灵活 性。虚拟技术有私有技术、开源技术之分,业界倾向基于开源软件根据通信网需要进行优化 和增强。
?VM(Virtual Machine):虚拟化的计算单元,为上层应 用提供运行环境,由VMM创建和管理 ?Hypervisor:提供VMM(virtual machine monitor )虚 拟机监控器的功能

虚拟机功能:

?开源虚拟软件 :主要有 XEN 、 KVM 、 Hyper-V ,其中 KVM开源社区最大最活跃 ?私有虚拟软件:VMware占据主要份额,价格也较高。

主流虚拟机技术:

虚拟化基础设施管理功能:

?VIM(Virtual Infrastructure Manager): 负责虚拟机 资源分配、更新及释放,资源的性能和故障信息搜集上报

?私有技术:VMware的vCenter虚拟化管理平台、亚马逊 的AWS云管理平台等,商用广泛,成熟度较高 ?开源技术:Openstack对KVM,XEN,VMware和Hyper-V 等主流虚拟机技术都能支持

虚拟化基础设施管理技术:

虚拟软件是在上层应用与底层硬件之间额外增加的一层,因此设备虚拟化后对系统性能有额 外开销,需对虚拟机进行功能增强以适应电信级要求
应用
数据读写

客户OS

虚拟化层 存储设备驱动 磁盘 磁阵

主机OS

物理主机

? 原因1:虚拟化层对读写操作的控制和管理需要一定开销 ? 原因2:越多上层应用,越多并行数据读写 ? 增强方案(CPU隔离、多线程、巨页内存、SR-IOV、DPDK): ? 创建VM存储时,尽量减少重读写业务在同一块硬盘上进 行操作 ? 对于重读写VM,提供读写速率较高的固态硬盘 ? 虚拟网卡:使用SR-IOV(单根I/O虚拟化)技术等

12

2、虚拟资源管理OpenStack(1/3)
OpenStack是一个分布式虚拟资源(计算、网络、存储)的管理平台,包括一系列开源 组件和标准接口协议,目前在全球范围内已经成为私有云管理的主流选择,主要厂家的虚拟 化层及VIM均是基于OpenStack的二次开发。

OpenStack is a cloud operating system that controls large pools of compute, storage, and networking resources throughout a datacenter, all managed through a dashboard that gives administrators control while empowering their users to provision resources through a web interface.

13

2、虚拟资源管理OpenStack组件(2/3)
Openstack包括计算、网络、存储、鉴权和监控等功能组件,每个功能组件都单 独命名,各组件之间有相互调用关系,在管理虚拟资源的同时,也能实现部分裸机管 理功能。
?中心:中间那个菱形,表示虚拟机
?Nova:管理计算能力、VM生命周期 ?Neutron : 为OpenStack 提供网络连 接服务(旧版本为Quantum)

?Glance:管理VM磁盘镜像功能
?Cinder:为VM提供块存储服务 ?Swift:提供对象存储服务 ?Keystone:提供认证和权限管理

?Ceilometer : 提供监控和计量服务
(维护入口) ?Horizon : OpenStack 的 人 机 接 口 (服务入口Portal) ?Ironic:提供对裸机的管理(只管理 资源,不管理运行状态)。 ?Trove:提供数据库服务。 ?Heat : 提 供 针 对 OpenStack 的编 排 服务。
14

2、基于KVM+OpenStack的NFV逻辑架构和物理结构对照图(3/3)
APP Guest OS
APP Guest OS

APP Guest OS

APP

APP

Guest OS

Guest OS

VM

VM

VM

VM

VM

VMM (也叫Cloud OS 或者 Hypervisor)
存储节点 网络节点 计算节点 存储节点 网络节点 计算节点

VIM

NFVI

存储节点 网络节点 计算节点

存储节点 网络节点 计算节点

存储节点 网络节点 计算节点

QEMU
OpenStack Host OS(Linux) KVM.ko

QEMU
OpenStack Host OS(Linux) KVM.ko

QEMU
OpenStack Host OS(Linux) KVM.ko

QEMU
OpenStack Host OS(Linux) KVM.ko

QEMU
OpenStack Host OS(Linux) KVM.ko

控制节点 OpenStack Host OS(Linux) KVM.ko

15

3、网络编排

网络维护人员基于云管理平台的网络编排(Orchestration)功能,通过统一的资 源管理、自动化的流程、资源调度和调整策略,采用事先定义好的网络服务模板NSD、 虚拟网元模板VNFD,进行网络、网元的创建,实现资源池资源的按需使用,业务网络 的弹性扩展和自愈,达到提高资源利用率的目的 ? 实现网络生命周期管理(lifecycle management)
? 通过云管理平台(MANO)实现网络生命周期管理,包括
加 载 (Onboard ) 、 实 例 化 ( Instantiation ) 、 业 务 监 控 (Monitor) 、扩容 / 缩容( Scale )、自愈 (Heal) 、更新 / 升级 (upgrade/update)、终止(Termination)等。 ? 业务创建阶段 ,网络编排实现按预定的 网络服务模板 NSD 、 虚拟网元模板VNFD分配基础网络资源,创建网络/网元 ? 业务运行阶段,通过实时性能监控、实时告警等监控网络运 行情况,实现数据中心资源按需弹性分配与利用率最优化

? 弹性伸缩(Scaling)
? NFV赋予网络更灵活的容量调整能力。运营商可 根据预配置的容量指标和扩展调度策略,在相关网 络指标达到阈值时,实现云资源的自动弹性扩展。 ? 弹性伸缩包含 scale out/in (网元内虚拟机数量 的增减),scale up/down(网元虚拟机规格大小 的变化)四种方式。

? 自动恢复(Heal自愈)
? NFV提供网络业务功能自动恢复能力,当 运行中的网络业务组件崩溃时,云管理系 统 (MANO) 能够根据 预先定义模板中的脚 本策略,提取对应的镜像信息(快照信 息),快速实现网络业务组件重新部署、 实现网络功能的自动恢复。
16

4、云管与网管的协同

云管主要实现云基础设施的统一管理、为上层应用提供虚拟机资源以实现VNF网元全生命周期 管理;网管主要实现业务层面的性能统计、告警、故障、配置等。NFV打破了电信网设备统一管理 模式,将IT资源管理和网元功能管理分解成了两条管理路径,但是VNF故障可能发生在VNF软件层、 虚拟机、Hypervisor或硬件等各层面,因此需要云管和网管协同 目前云管三层子系统功能规 范、云管与网管之间的接口 规范均待明确。 1、云管理

2、网络管理
C9

VNFO
C6

OSS
现有接口

?故障处理需协同
?IT 硬件资源及虚拟机告警 上报至云管;应用网元告 警上报至网管;两类告警 需传递并进行实时关联
C7

VNFM

C8
C10
现有接口

OMC

?性能管理需协同

?综合资源管理模型需重定义

?虚拟资源性能数据由云管 采集,网管侧采集应用网 元性能指标;两类性能数 据需要配合才能完成 自动 弹性伸缩

VNF VNF 现有接口 (CSCF) (HSS) OS C5 OS

VNF (TAS) OS

VNF (…) OS

C4
VM C3 VM VM VM

?NFV 软硬解耦后资源管理 模型需重新定义 ,例如需 要增加虚拟机资源管理等

VIM

Hypervisor C2

C1

硬件资源(计算、存储、网络)

17

5、硬件的选择
电信界和IT界系统设计理念不同,硬件选择考虑的因素也不同,NFV基于IT理念 采用通用设备提供电信级服务,需制定增强的设备要求,保证功能、性能、可靠性、 软硬解耦需求 ATCA
? ATCA 标准规定了电信设备的体积,功耗 等指标,限制了带宽,计算等性能的提升 ? 可靠性好,均满足99.999%可靠性要求 ? ATCA设备也采用X86服务器,但是主要由 电信设备厂家生产,成本较高

COTS
? 通用服务器符合工业标准,与应用软件解耦, 兼容性较高;性能提升优化速度快(More定 律每半年翻翻) ? 部分COTS设备通过NEBS3可靠性认证 ? 通用服务器的设备供应商更多,产业链开放, 有利于降低采购成本

为满足电信级业务服务,需对IT资源制定功能、性能、可靠性、环境适应性等特定要求
功能/性能
可靠性

? CPU:采用Intel或AMD等X86架构的64位CPU,支持硬件辅助虚拟化。 ? 网卡:支持SR-IOV, 支持PXE, 如需访问FC存储,采用CNA(Converged Network Adapter)
机框级: 无源背板, 双电源平面, N+N电源冗余, 风扇冗余, 框级故障上报(适用于框式设备) 交换板: ? 至少双交换平面 ? 带外故障检测(交换芯片、CPU、内存、网卡,以及丢包、错包)(适用于框式设备) 服务器级: ? 硬盘冗余、网卡冗余 ? 带内故障上报--CPU故障、桥片异常、PCIE总线异常、网卡异常、内存异常、硬盘及硬盘控制器异常、BIOS异常 ? 带外故障上报--温度异常、电压异常、CPU严重错误(CPU core及一二级Cache错误) 器件级: 服务器专用内存、服务器专用SAS硬盘 环境适应性包括温度,湿度, 防尘,抗震和电磁兼容性。需视设备所安装的场地提出相应的要求,例如在能提供恒温、恒湿的 数据中心,可放松对温度和湿度的要求

环境适用性

18

6、可靠性机制
虚拟机故障时,管理平台应能快速生成新的虚拟机,与传统的人工更换故障硬件相比, 有助于缩短硬件故障带来的业务恢复时间,减少故障修复期间单点失效的风险,但虚机单 板之间的亲和性要求等需要特殊考虑。
主、备单板 同时存在, 可靠性高

1 6

2 1

3 2

4 3

5 4

6 5

ATCA X-CSCF进程分布示意图

仅一个单板 承担业务, 可靠性大幅 降低

虚拟化

1

2 1

3 2

4

5 6 4 5

6 5

6
?

3



虚拟化X-CSCF 进程分布示意图 虚拟化 X-CSCF “虚拟单板”(虚拟机)故障 后,可以将进程切换到备用虚拟机;同时,寻 找空闲的虚拟机,创建新的“虚拟单板” 虚拟化网元的主进程故障,可快速恢复,缩短 单进程的存在时间,进而增加网元的无故障时 间,提升系统可靠性

现有电信设备中,通常一个业务模块由两 个热备的进程实现,部署在两个不同的物 理单板上

?

从业界来看,数据中心及虚拟机本身不提供地理容灾方案,需要在应用层完成地理级容灾功 能,也就是说虚拟功能网元软件继承原有电信网元的地理容灾机制,对于受影响的虚拟化网元, 虚拟功能网元在业务层启动主备倒换, 保证业务无损失。 19

7、NFV解耦方案选择(1/2)
根据NFV三层架构的解耦程度,NFV的实际部署有如下五种方式:单厂家、共享 源池、软硬解耦、厂家虚拟化层的三层解耦、自主虚拟化层的三层全解耦。
1.单厂家 2.共享资源池 (两层解耦)
NFVO NFVO VNF M VIM 厂家A VNF 厂家B Hypervisor Hypervisor VIM 厂家B Hardware Hardware Hardware VNFM

3.软硬解耦 (两层解耦)
NFVO

4.厂家虚拟化层 的三层解耦
NFVO 厂家A

5.自主虚拟化层 的三层解耦
NFVO 厂家A

厂家A

厂家A VNF
VNFM

VNF

VNFM

VNF

VNFM

VNF

厂家B(厂家虚拟化层) Hypervisor VIM Hypervisor 厂家C Hardware VIM

厂家B(自主虚拟化层) Hypervisor 厂家C Hardware VIM

从整体架构考虑,三层解耦是发展方向。但三层全解耦方案需要进行三层的全量异厂家配对测

试,测试复杂度较高,集成难度较大,建议采用确定虚拟化层的三层解耦为目标方案。确定虚拟
化层的三层解耦还可以分为厂家三层解耦和自主三层解耦两种方式
20

7、NFV解耦方案选择(2/2)
项目 确定虚拟化层的 三层解耦 资源共享 一个厂家不同网 不同厂家不同网 一个厂家不同网 不同厂家不同网 元硬件资源共享 元硬件资源共享 元硬件资源共享 元硬件资源共享 网络编排 单厂家私有方案 跨厂家网络编排 单厂家私有方案 跨厂家网络编排 的网络编排能力 能力 的网络编排能力 能力 维护模式 保持现有不变 可分两层维护 保持现有不变 可分三层维护 维护复杂 保持现状 复杂,涉及两层 保持现状,但需 复杂,涉及两层 度 异厂家配对 要重新实现三层 异厂家配对 故障关联 商用情况 电信VoLTE业务, 中移私有云 暂无 AT&T自主集成 印尼E E PCRF vCPE,意大利 Vodafone厂家 VoLTE, DoCoMo自主集 成物联网EPC 单厂家 共享资源池 软硬解耦 三层全解耦

不同厂家不同网元硬件资源共享
跨厂家网络编排能力 可分三层维护 非常复杂,涉及三层AXBXC全量异 厂家配对,问题定位、定界、定责困 难,很容易出现厂家间扯皮情况 暂无

?
? ? ? ?

软硬解耦易形成单厂家资源池,不能做到硬件资源共享最大化,不能实现网络编排;
共享资源池和确定虚拟化层的三层解耦均可实现硬件资源共享、跨厂家网络编排和资源分层维护; 单厂家方案是国际上中小运营商的主流选择方案。 由于涉及网络内多厂家设备的异构,确定虚拟化层的三层解耦是国际上大的电信运营商的主流选择方案; 目标是三层解耦,但面对2018年初小规模试商用可采用软硬解耦方案
21

8、NFV与私有云的关系
NFV云与IT私有云在可靠性、资源调度方式、管理运维方式等方面存在差异,初期各自发展都 不成熟,融合实施容易相互拖累。初期分开部署,后续技术成熟后融合
ICT融合云
VNF VNF VNF
OSS
BSS EPC 虚拟层
基础设施

NFV VNF VNF VNF
IMS EPC CPE

私有云
M A N O
EMAIL BSS ……. 虚拟层
基础设施
私有云资 源管理模 块

成熟后
私有云管 理平台

CPE

IMS

OSS

I C T O

虚拟层
基础设施

V I M

V I M

IT 私有云
硬件配置 虚拟化技术 云操作系统 云服务 承载业务 性能要求 可靠性要求 管理平台规范化 网卡配置1G~10G,一般4网卡 多样化:XEN/vSphere/HyperV/KVM… 新建系统主要采用OpenStack,存量系统多样化 有物理机服务,文件服务、大数据等特殊服务 IT业务支撑系统、承载BOM域、互联网业务 交换只关心可达,时延要求不高,秒级 99.99% 企业规范,只负责云资源管理

NFV
网卡配置10G~100G,至少6网卡 服务器IPSec/SA/Gb加速子卡 一般采用KVM 转发面使用DPDK、SR-IOV等转发加速功能 一般采用OpenStack 虚机、存储、网络等通用服务 承载云化电信网元 关注转发面性能,端到端时延和QOS保障,毫秒级 99.999% ETSI NFV规范,负责云资源+NFV生命周期管理

22

目录

一、什么是NFV ? 二、NFV关键技术

三、产业推进情况
四、NFV带来的影响

23

1、NFV相关的标准化和开源组织
NFV 涉 及 众 多 标 准 化 组 织 和 开 源 社 区 , 除 了 传 统 的 通 信 标 准 组 织 ( ETSI 、 3GPP ),NFV标准还涉及众多开源组织,如OpenStack、OPNFV,以及SDN相关 的ONF、ODL、ONOS等。NFV的标准化从侧重通信协议交互到强调API调用、开源 开放的软件交互转变。目前NFV基本架构和关键流程基本确定,但在具体实施方案等 方面进展缓慢。
虚拟 网元
虚拟网元 VNF (CSCF...)
C4

虚拟网元 VNF (HSS…)

OSS/BSS

?

ETSI 发起 NFV 研究,主要制定 MANO 流程

云管理
NFVO
C6

?

3GPP侧重网元虚拟化后的新功能特性 以及MANO与网管的配合

?

OpenStack及OPNFV侧重在开源的云 计算管理服务和基础设施平台

虚拟机VM

虚拟机VM

虚拟 资源

VNFM ?
C7

ONF : 致 力 于 基 于 Openflow 协 议 的 SDN架构

Hypervisor/虚拟机管理 VMM
C2

C3

C5

?

OpenDayLight :致力于采用 SDN 优
化 DC 网络灵活性,提高网络服务能力。

硬件 资源

硬件资源(计算、存储、网 络)

C1

VIM

?

ONOS:致力于SDN跨DC的网络调度

开源组织

标准化组织
24

2、国际案例1:AT&T推出domain 2.0,全局改革,向“软件”公司转型
2013 年 9 月 23 日 , AT&T 发 布 ”Domain 2.0” 白 皮 书 , 明 确 转 型
NFV/SDN&Cloud,运营思路由管道运营转向“DevOps”
? 顶层设计方面,Domain 2.0的“网络云”理念得到加深 和巩固,并统一到AIC云(AT&T Integrated Cloud)框 架之下,积极开发落实AIC节点的实现技术方案
?2015年选定29+40个网络节点升级试点,计划2020年实现约 4,600个网络节点(含CO和POP点)升级
CORD 核 心 理 念 : 中 心 机 房 重 建 为 数 据 中 心 Central Office Re-architected as Datacenter,整网端到端 虚拟化,涵盖用户侧CPE设备和OLT和BRAS等网络设备

? 2016年计划30%、2020年预计75%网络功能实现虚拟化
?选定 150 种网络功能,计划 2020 年实现软件控制方式的虚拟 化,涵盖75%网络功能

? Domain 2.0对新网络功能在新平台创建的灵活性寄予期 待,新功能几分钟加载完成,较传统网络升级速度大幅提升

? NFV化方案:网络功能由原来依靠专用硬件设备实现, 转由软件+IT通用硬件方式实现 ? SDN化方案:实现控制与转发分离,通过Openflow实 现对路由器、交换机、PON OLT等设备的管理 ? 云化方案:中心机房内网络功能和Radius等服务器均 以x86通用硬件实现,共用计算

由于Openstack支持NFV 需要既深刻理解电信又精通虚拟化 / 云化系统的集成厂商协助搭建 AIC(AT&T Integrated Cloud),AT&T domain 2.0进展不如预期顺利。据了解AT&T已与 爱立信签署Project Rocket合作项目,由爱立信工程师与AT&T工程师共同开发,目前爱立信已 投入工程师1000余人。
25

2、国际案例2:德电构建”软件定义运营商“, 实现网络一体化远景规划
德电致力于实现NFV的泛欧网络统一建设,实现控制和转发分离,业务统一快速 部署,规划2020年实现以下目标:
? Pan-European:全欧一张网,不再单国设计

? 一张网络支持所有的业务(包括互联网,TV等)
? 电信功能以及业务以“虚拟化”形式移植到2~3个数据中心 ? 实现快速的业务发放,集成,统一运维;希望降低30-50%的Capex和Opex ? 预期通过自主研发和集成实现虚拟化的服务来差异化

26

2、国际案例3:其他国际运营商进展
Vodefone积极推进部署NFV,但对公司转型持保守态度:
? 2015年商用了基于NFV的vIMS系统,初期用户10万 ? 由应用厂家(华为)提供端到端系统集成,不承诺系统5个9可靠性,公司层面暂不考虑借助NFV实现 公司转型

Telefonic小规模商用NFV,采用第三方集成,对公司转型持逛网态度:
? 站在战略角度期望通过NFV引领行业,在标准中重点投入 ? 定义UNICA框架统一基础设施架构,对底层进行实践。在西班牙有部署NFV,后续考虑在德国、阿根 廷部署 ? 有HP作为第三方提供端到端系统集成,提供NFV解决方案

DoCoMo以物联网EPC作为切入点,尝试自主集成:
? 全球首个复杂的Multi-Vendor全解耦的NFV商用集成项目,自主集成,由爱立信作为虚拟化和云平 台的唯一厂家 ? 基于物联网应用的vEPC于2015年完成功能与性能测试,已于2016年商用但目前规模不大。

小结:运营商均认可 NFV 是未来网络发展
的方向,部分大运营商有少量商用部署 VoLTE 和物联网专网 EPC ;运营商对公司转 型的态度存在差异,大部分处于尝试或探

索阶段,仅AT&T明确进行公司全面转型
27

目录

一、什么是NFV ? 二、NFV关键技术

三、产业推进情况
四、NFV带来的影响

30

1、通信产业链发生变革
产品提供形式由“软硬一体”转向“软硬分离”,IT类软硬件产品将大举进入通

信市场,通信产业链由原来简单的“运营商+设备提供商”变化为“运营商+系统集
成商+虚拟化平台软件提供商+NFV功能软件提供商+硬件设备提供商”的多角关系
新的角色加入核心网产业链
? 当前运营商软硬件一起采购,即“软硬一体” ? 新模式下,运营商统一采购硬件平台,可单独 采购核心网功能软件和虚拟化软件,即“ 软硬 分离 ”,产业链细化为 虚拟化产品提供商 、通 用硬件设备制造商、整体方案提供商 ? ?

核心网产业链中传统角色发生转变
传统设备制造商可能转型为虚拟化软件提供商 在运营商统一建设模式下,运营商将负责整合 硬件设备、虚拟化产品及 NFV 网元软件功能, 或由专门的系统集成商集成后提供给运营商

传统电信产业链
运营商

新的电信产业链
运营商


核心网设备制造商

系统集成商


虚拟化产 品提供商 NFV功能软 件提供商

转化



核心网设备制造商

新成员加入
硬件设备提供商

硬件设备制造商 芯片制造商



新成员加入 形成新环节

芯片制造商 31

2、运营商传统的规划、采购、建设、维护流程均将发生改变
通信网NFV云化将引入全新的云化生命周期管理模式,现有设备规划、采购、建
设、维护流程均发生变更,需探索并制定新网络环境下的可操作的最优流程
硬件生命周期管理 虚拟化层生命周期管理 业务层生命周期管理

系 统 规 划
硬件选型

变化1:网络规划更重全局协调
? 统一管理云资源,统筹规划网络建设方案,各部门协同要 求高 ? 业务需求规划与现有云资源池需在容量、性能方面相互匹 配,资源池内IP规划非常重要

联合进行网络规划

虚拟化软件选型 虚拟化软件采购

业务软件选型 业务软件采购

系 统 建 设

硬件采购

变化2:软硬件分开采购、先硬后软建设
? 硬件可规模化统一集采,硬件资源可共享给不同业务/网元 功能使用;硬件准入机制(如短名单)需考虑满足通信业 务需求并紧跟IT发展速度 ? 硬件部署在先,网络部署在后,部署过程可独立

硬件安装
虚拟化软件集 成安装 业务软件部署

扩 容 调 整
维 护 升 级 退 网

硬件扩容

虚拟化层扩容

业务弹性伸缩 或扩容

变化3:网络部署更易实现自动化
? 网络部署更侧重软件层面,基于云管理更易自动化快捷部 署。硬件组网连接尽可能避免“碎片化”布局 ? 部署流程需增加审核和授权环节

硬件更换

虚拟化软件升级

业务软件升级

业务退网 虚拟化层退网

变化4:网络扩容升级灵活
? 自动化扩容或升级可能带来批量效果,效率提升 ? 管理范围可能需扩大,如需进行安装包管理等 32

硬件退网

3、新型网络架构
新型网络架构将以数据中心为基础,各数据中心以云计算技术进行组织并放置NFV 虚拟化的通信网元,各数据中心间通过以SDN技术实现调度的IP承载网络进行连接。 未来网络发生的根本性变化将围绕以下三个技术:

? 传统机房改造为数据中心,机房内采用云计算技术组织
? 传统通信网元通过NFV虚拟化技术实现软件化 ? 通过SDN技术实现数据中心内和数据中心间的IP资源及策略调度
骨干网 Orchestrator

骨干网流量调度平台
Restful北向接口

骨干网SDN控制器

IP承载网络
出口路由器

出口路由器

DC1

DC2
PCEP等南向接口

出口路由器

出口路由器

DC4

DC3

33

4、网管系统架构或将发生变革
NFV后网络管理对象发生变化,网元虚拟化后软硬件解耦,网管对象发生变化,对 统一采集平台、资源管理、故障管理、性能管理带来一定影响
1
? ?

网络管理的对象发生较大变化
管理对象从单一网元转变为虚拟网元、虚拟机、物理机及相互映射关系; 物理资源、虚拟资源、网络服务之间的关系都是可变的,不再是静态1:1关系,被管对象之间一对多或多对多的关系,使得 网元故障、配置和性能管理变的相对复杂 工单处理系统(EOMS)

2
?

传统网管体系功能均需要调整
资源管理需定义新的管理对象的数据模型;制定故障上报流程、故障 关联功能要求;定义新的性能指标及上报流程;统一采集平台相关的功 能、流程需要针对新的管理对象进行定义

资源 管理

故障 管理

性能 管理

网络 优化

统一采集平台
OMC NFVOMC 专业 OSS 直控 设备
类似 OMC

3

MANO功能与流程标准化直接影响网络管理与编排效率

NFVO

?目前MANO相关国际标准相对滞后,各厂家实现差异较大(操作入 口多、模块功能不清晰、接口流程差异、文件格式不统一等)。 ?NFVO—VNFM 功能及接口规范程度,决定 NFVO 实现多厂家网元 管理的可能性 ?NFVO—VIM 功能及接口规范程度,决定 NFVO 跨厂家资源池管理 和调度能力 ?VNFD、NSD模板的标准化程度,决定后续再虚拟网元创建及生命 周期管理中,运营商的可控程度
网 元 实 例 管 理 流 基 础 设 施 资 源 管 理 流

云管

NFVO

网络服务层协同

OSS
EMS

网管

VNFM

应用层信息采集 网元 客户系统 虚机

CSCF OS VM

SBC OS VM
Hypervisor X86通用平台

TAS OS VM

?自动弹性伸缩策略的标准化,决定后续对虚拟资源、硬件资源的弹
性掌控能力

VIM

虚机监控 硬件

网 元 应 用 层 管 理 流

34

5、机房及配套需做根本性改造
通用IT设备与传统通信网元对于机房供电、空调、机架等机房环境方面的要求有

较大不同,通信网元NFV虚拟化涉及传统通信机房改造为数据中心机房,基础设施的
改造一般周期较长、难度较大。
单机架功率
机架规格 空调形式 空调配置 电源类型 高度 通信机房 5KW IDC机房 8KW 机架式:2U 刀片式:10-14U 机架式:700-800 刀片式:650-850 机柜级 集中式水冷空调 380V交流为主 336/240V高压交流 少量-48V直流

深度
行列级 分散式风冷空调 380V交流 -48V直流

NFV化后的两种服务器形式(机架式、刀片式)对现有机房、机架要求存在差异,需进行
特定适配性改造 需要单独 配置交换

占用空间
单机柜只能安装6-8 个机架服务器

面向未来演进不足
1. 当前虚拟化是信令网 设备与以后媒体面设备 对于硬件的需求会有不 同要求 2. 对 于 硬 件 的 需 求 向 CPU 池、内存池、网卡 池形式演变
35

机线缆多
扩展性差
各厂家之间的刀片服务器 不可通用

功率密度大
当前电信机房单机柜 只能支持安装一个机 框刀片服务器

6、网络维护方式发生变革
运维模式发生较大变化,传统分专业业务层面的维护依然存在,但是不再针对 硬件进行维护,新增NFV云维护专业相关内容。云维护与业务层面维护是横向分切 或者纵向融合尚待确定?如果横向分切云文化与业务层维护间的界面如何划分?

36

7、人员转型与技能提升的新要求
新的网络组织方式对企业文化和员工技能都提出新的要求,目前中国移动传统电信 设备维护人员占绝对比例,必须提前加强培训和引导,奠定网络转型和企业转型的基础

业务运营与网络维护

公司 定位

软件自主开发与集成

1 、通信设备及业务运维能力: 需适应软硬解耦变化,修改故障 、性能、资源管理流程
? 虚拟化网元配置管理,包括网元全 生命周期管理、数据配置等 ? 虚拟化网元故障管理:包括网元监 控、故障派单、故障处理与分析等 ? 虚拟化网元性能管理:网元及业务 性能分析方法、专题分析 ? 虚拟化网元资源管理:制定新的资 源模型,适应动态变化的资源管理 ? 业务质量管理

2、云资源维护能力:虚 拟资源、IT基础资源维护 能力对于运营商是新挑战

3、软件开发能力:软件编程开发能力将成 为真正的硬实力,是功能快速迭代与升级的 前提。

? 虚拟化层维护:熟悉虚拟化 软件,虚拟机创建与分配、 虚拟机监控、故障处理等
? IT硬件资源池维护:通用 X86设备、CPU、存储、网 络等资源分配,允许状态监 控、故障处理等 ? 云资源平台局域网维护 ? 云平台管理手段支撑

? 部署工具:Fuel、Compass、Apex、Juju
? 操作系统:Linux系统CentOS/Ubuntu、系统部 署工具Cobbler ? 虚拟化平台:KVM、Vmware、Docker ? 软件部署:Puppet、Chef、Saltstack ? 系统监控:Zabbix、ELK ? 管理编排:OpenStack、ODL、ONOS、Tacker ? 编程语言:Python、Shell 37

? 业务质量优化

总结
NFV是通信领域的一次重大变革,可在通信网的各个领域内应用,对网络影响极

其重大,公司在网络架构和组织、运营理念、管理流程和企业组织架构等方面都可能
面临深层转型。现阶段,运营商能否顺利引入NFV还面临多方面的挑战
? 技术挑战:NFV技术本身还需要进一步增强,部分技术方向还存在争议
– IT类的云计算或虚拟化的技术要满足NFV电信网云化的要求,硬件/软件技术均需提升:x86硬件的 性能在电信级应用中面临考验;虚拟化层和Openstack等技术在可靠性、性能和管理要求等方面需 要电信级增强;网络编排与传统网络管理面临着融合和协同;网元解耦引入的安全风险有待解决

?

产业挑战:新格局尚未形成,运营商如何自我定位;当前产业中产品形态参差不齐
– – – 运营商面临多重身份选择:运营者 or 开发者 or 集成者? 运营商是否具备自主集成能力? CT供应商地位受冲击:一体化硬件格局打破,竞争加剧,面临转型 IT厂商迎来机遇:有软件能力优势,但能否适应电信要求尚待进一步规模验证

?

应用挑战:网络架构发生颠覆性变化,发展思路各不相同,导致系统形态各不相同
– 运营商普遍态度上比较积极的推进 NFV和SDN技术,但发展思路各不相同,目前仅AT&T对外宣传 全面转型全力投入



推进策略各不相同,AT&T选择短名单共同开发,Telefonica选择IT厂家牵头集成,部分欧洲运营商
采用软件和硬件不解耦的产品进行初步尝试
38

谢谢!

39


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