NFV与VNF架构演进与网络架构未来
时间：2021-04-06 08:04:50 来源：达达文档网 本文已影响 人 
摘要：电信行业的发展一直与互联网紧密相关，随着互联网的不断革新，电信行业也从语音转型到以数据业务为主。电信行业只有借助于网络功能虚拟化才能跟上时代的步伐，实现创新。本文主要从网络虚拟化的产业背景、发展状况，探讨网络功能虚拟化的整体架构演进及在演进中的应对措施，对虚拟的网络功能对未来的架构做出展望。
关键词：网络功能虚拟化；虚拟的网络功能；架构演进
引言：
电信行业为了降低成本、实现技术革新、改造运营商的基础设施和运营系统，而采用了互联网先进技术NFV，即网络功能虚拟化，这一措施推动电信行业转型到虚拟化和云化。
一、NFV服务的产业
网络功能虚拟化主要针对三类网络设备：①在用户的会话中执行分析、转发、计费等问题的包处理类设备；②控制类设备，只要功能是运行和控制网络，并且接入用户；③现在还没有实现网络虚拟化，但是已经在逐步实现中的一些设备，比如基站、路由器等。
各种设備的软硬件解耦，各种网元作为虚拟网络功能，即网络功能虚拟化运行在虚拟化、平台上能够为运行商带来巨大的利益，因此，运营商积极促进网络虚拟化。网络虚拟化所带的利益有：①采购成本大幅度降低，硬件的采购规模在硬件的通用化后扩大，并且由于和IT产业形成更大的硬件采购环境规模，使硬件部位的价格降低；②运维效率提升，基础设施维护方式的统一避免对不同设备进行不同的维护方式，从而使原先复杂效率低的工作变得简便。网络规划、设计、安装、调整的运维效率也能够在虚拟化的自动化管理下得到提升；③共同的基础设施资源能使不同的网络功能共享，从而使资源的使用效率得到提升；④新产品的上市速度在云化管理和生命周期管理系统下也大幅度提升，不用针对每一个新产品进行硬件平台的认证和使用培训；⑤资源的共享性使业务创新的成本和流程方便快捷，大大激发了创新行为[1]。
二、网络功能虚拟化的发展
互联网从云计算上获得的灵活性、高速度、高效率及高弹性使其得到蓬勃发展，从而促进了产业在资源、服务、应用等方面的聚合。整个IT行业以基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）的垂直分层架构被重构：①对基础设施的虚拟化术称为基础设施即服务，通过管理程序屏蔽服务器硬件差异，使整个系统虚拟化资源能够统一管理，最终实现资源的最高共享化和高效实用性；②以分布式并行计算和大数据平台为基础的平台层，称为平台即服务，在IaaS的资源共享基础上，为应对互联网业务的快速变化和扩展要求而提供海量的处理能力，提高互联网的运行效率；③云平台为基础的大规模软件服务和应用聚合，称为软件即服务。它是为了软件的大规模开发及灵活组合而应用的技术，在构建软件服务层中面向服务架构（SOA）成为其关键，能够促进软件的服务能力充分共享及快速创新出新的应用。
三、网络功能虚拟化整体架构演进及应对
网络功能虚拟化必须构建一个分层架构来实现软硬件的解耦和基础设施资源的共享，而网络功能虚拟化的分层架构是一个独立的基础设施层。这个基础设施层包括了以下部分：①网络功能虚拟化的基础设施层NFVI是由COTS服务器、存储设备及交换机构成的硬件资源和由虚拟化软件层构成的虚拟资源层组成，其中调度虚拟资层虚拟机的引擎为管理程序，通过开源的KVM、XEN和闭源的EXSi、Hyper-V等来实现，并使用虚拟网络部件vSwitch支持VM机间以及和外部网络的组网互通能力[2]；②衔接NFVI和虚拟网络功能的核心环节是NFV管理和编排系统，负责管理一个数据中心的所有虚拟资源的是VIM，负责虚拟网络功能生命周期管理的是VNF manager，完成多个VNF组合的NS生命周期管理和对VIM提供的资源进行统一调度的是Orchestrator；③虚拟化的网络功能称为VNF，网络功能不再运行在物理硬件上，而是通过虚拟化运行在虚拟机上。运营商网络的关键组成部分就是虚拟化的网络功能，在保留电信级能力和网络功能特性的状态下实现网络功能虚拟化；④在网络功能虚拟化的过程中，将OSS进行改造并和MANO对接，通过驱动MANO系统来运营网络的E2E。
在网络功能虚拟化的演进中如何保持虚拟化网络功能的电信级能力，完成云化能力的创新是网络虚拟化达到预期目标的关键。通过以下一些技术的实施来保证演进的顺利进行：①数据和处理分离架构。在设计方式上要改变传统电信嵌入式系统以过程为中心的设计，在互联网软件中使用数据为中心的设计。由于嵌入式架构的直接迁移会导致云化系统中的动态扩缩容能力无法实现，并且共享资源也得不到有效利用，因此需要进行数据和处理分离的架构；②E2E高速软转发能力的构建是为了使包处理设备虚拟化后的性能更高、实时性更强。如今虚拟化工程技术的一个关键是如何协调不同技术组合转发性能相差百倍之距的问题，这涉及到软硬件多个层次的配置合理性。
③在网络虚拟化的软硬件解耦中会使分层系统间的协作能力变弱，为了避免发生大数据故障，必须升级虚拟化网络功能的故障管理系统。为了实施故障的界定和恢复，系统需要在不感知基础设施层下检测，为此需要将基础处理升级为模式分析；④利用云化加速技术，使加速资源能够分布式远程访问，从而大幅度提高系统的处理和运行能力，这项技术现在还在探索中；⑤在软件领域要能够做到功能的灵活扩展、业务革新及开发优化的基础就是服务化，所以为了实现网络功能虚拟化环境下的革新和加快业务的上线速度必须引入服务化的架构。
五、在网络功能虚拟化基础上的未来网络架构
网络功能的虚拟化架构的发展以及技术人员的实践深化，为未来网络的变通、创新及高速打下基础。网络功能虚拟化的优势全面发挥还需要一段路要走，同时也受到网络的现有架构和各种协议的制约。在电信行业认识到网络功能虚拟化会带来的巨大利益后，电信网络也开始发挥网络功能虚拟化的优势，创新自身的互联网能力和网络服务。在4G网络得到普及之后，5G网络的时代也开始萌发，在5G网络得到普及之后电信行业将会走进一个新的时代。
六、结语
网络功能的虚拟化及云计算使互联网服务得到革新，从而提高了互联网的运营效率及开发协作能力。与此同时，NFV也降低了互联网的机会成本与边际成本，大大提高了生产力。
参考文献：
[1]蒋铭， 于益俊. NFV与VNF架构演进与网络架构未来[J]. 信息通信技术， 2016（1）：45-51.
[2]王计艳， 李赟， 董勋，等. 核心网未来网络架构演进[J]. 电信科学， 2015（S1）：140-147.
