NFV技术进展及其应用探讨

周振勇　华信咨询设计研究院有限公司网络规划研究院副院长，总工程师

NFV技术进展及其应用探讨

周振勇华信咨询设计研究院有限公司网络规划研究院副院长，总工程师

NFV是电信网络的一次重要技术变革，NFV网络与传统电信网络相比将具有更灵活和快速的业务提供能力。本文介绍了NFV的技术理念、标准及开源项目进展情况，并对其典型应用场景及发展挑战进行了分析和探讨。

NFV；技术进展；应用

1　引言

近年来，各电信运营商纷纷推进承载网络的智能化改造，建设适应不同业务承载需求的智能管道，但是承载网络的主要设备基本上还是以专用硬件设备为主，改造周期较长，费用高，灵活性不足，离支撑业务发展所要求的快速响应能力还有很大差距。另一方面，随着通用计算机处理性能和转发能力不断提升，NFV （Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）的技术标准不断成熟和完善，网络设备通用化，网络能力软件化已逐步成为可能，NFV在某些领域已经开始试点和应用。本文将结合工程实践，对NFV的技术理念、标准和开源项目进展、典型应用场景及发展挑战等作分析和探讨。

2　NFV的技术理念

NFV是一种新型的网络技术，它的技术理念是把IT领域的虚拟化技术引入至CT领域，利用标准化的通用设备来实现各种网络设备功能，以便增强网络弹性，提升业务部署速率，降低网络成本。NFV的技术理念如图1所示。

软件和硬件解耦是NFV的本质，通过网络功能虚拟化将网络功能从专用硬件设备中剥离出来，实现软件和硬件独立发展，网络功能根据需要可以动态/灵活地进行部署，网络价值由硬件迁移至软件。它的基本思路是：

●硬件通用化：基于行业标准的服务器、存储和交换设备，来取代私有专用的网元设备。

图1　NFV技术理念示意图

●网络功能软件化：通过软件实现不同网络设备功能，按需部署到网络中任意位置。

●虚拟化：运用虚拟化技术将物理资源抽象为虚拟资源供上层应用调用。

3　NFV标准及开源项目进展

3.1ETSI

ETSINFVISG成立于2012年底，一直致力于制定支持NFV的硬件和软件基础设施的架构规范以及虚拟网络功能的指南，推进NFV的快速实现和部署，简化运营商的运营维护工作，截至目前共发布了3版白皮书、8个框架性文档（包括用例、需求、架构等）。2016年，将重点研究SDN与NFV的结合、VNF（Virtualized Network Function，虚拟化的网络功能模块）独立构建及管理的相关规范、基于VNF的端到端应用落地、无缝加载和混合部署，同时推进VNF产业化落地。ETSI NFV框架如图2所示。

3.2CCSA

中国通信标准化协会（CCSA）与NFV技术相关的研究目前集中在TC3、TC5和TC7。其中，TC3成立软件化智能型通信网络（SVN）子工作组，聚焦SDN/NFV方面，重点研究核心网网元虚拟化一般性要求（虚拟化场景、架构、功能和接口等），主要针对网元虚拟化平台。截止到2015年底，共完成13个标准研究项目的立项。TC5重点研究基于SDN/NFV演进的移动核心网网络需求场景、网络架构、网元功能和接口协议，以及基于新架构下的网络安全技术，共启动6项标准研究项目。TC7作为网络管理与运营支撑工作组，重点研究引入NFV后网络管理相关的技术，启动2个标准研究项目。后续CCSA标准化研究重点将包括VNF软件架构、NFV管理及编排、性能及可伸缩性、可靠性以及安全等方面。

3.3OPNFV

OPNFV（Open Platform for NFV，NFV开放平台）为Linux基金会创建的开放平台，旨在提供运营商级的综合开源平台以加速新产品和服务的引入，实现由ETSI规定的NFV的架构与接口。2015年6月，OPNFV发布了第一个软件版本ARNO。该平台软件可集成、自动化部署Open Stack、Open Day Light、Open vSwitch等组件，支持用户部署自有的或第三方的VNF，并提供了自动化测试试验环境。ARNO的架构如图3所示。

4　NFV应用场景

4.1虚拟化EPC

图2　ETSINFV框架示意图

传统EPC设备为专用的硬件设备（大多数为ATCA设备），设备通用性差，异厂家硬件设备不能通用，维护难度大，成本高；配置复杂，不能根据业务和网络的实时变化来调度资源。vEPC通过通用硬件构建虚拟化的统一平台，支撑EPC网元（包括MME、HSS、PCRF、SGW、PGW）的高效部署，从而降低建网和运维成本。引入虚拟化后，vEPC网络架构、接口及协议依然遵循原有规范。目前，ETSI组织了vEPC的PoC概念验证测试，相关运营商提出了部署计划，预计vEPC将在2017—2018年具备小规模商用能力。

图3　OPNFVARNO架构示意图

4.2宽带网应用场景

（1）虚拟化BRAS

智能边缘是IP城域网的关键节点，而BRAS是该节点的核心设备，主要实现对用户及流量的控制和管理。目前，该设备为一体化设备，实现业务功能与硬件强相关。存在的主要问题有：

●BRAS上维护了大量用户业务管理相关的业务属性、配置及状态，不同BRAS间相互独立，无法实现共享。

●新业务引入需重构业务流程，开发及部署周期较长，难以适应未来业务的发展需求。

vBRAS是实现智能边缘虚拟化的代表技术，是实现弹性业务POP的基础。vBRAS以功能集为单元对设备控制平面进行重构，形成独立模块，包括用户管理、组播、QoS与路由等模块，每个模块可按需在虚拟机上部署，且可基于x86通用服务器的虚拟化资源提供能力实现灵活扩展。vBRAS将增强可编程能力，如控制平面的能力对外开放，上层应用可通过API接口灵活调用相关功能模块，甚至用户可按需定制业务策略。vBRAS目前还没有成熟产品，尚处于小规模试点阶段。vBRAS的实现方案如图4所示。

（2）虚拟化CPE

目前，运营商CPE设备存在的问题主要有：定制化程度高、种类繁多、采购和运维成本高；企业用户的个性化需求，定制设备难以精确匹配；业务调度不灵活，需频繁升级，新业务引入周期长，网络演进困难。随着互联网企业提供的互联网路由器的出现，CPE设备已经成为互联网企业抢占家庭业务市场的核心控制点，运营商面临着严峻的挑战。

为了解决CPE在发展中存在的问题，vCPE将是一种较好的技术选择。vCPE将传统CPE中的控制面功能及业务处理功能（如防火墙、地址管理等）分离出来，虚拟化后迁移到控制器侧或云端，网关设备上仅保留物理接入接口（广域网接口、局域网接口、USB接口等）以及数据面二层转发功能。vCPE简化了用户侧设备，采用远程方式为用户网络故障诊断服务，便于故障诊断和修复，提升业务的可管理性并降低能耗，提高了业务部署的灵活性，运营商可以更快更简单地部署新硬件/软件，为未来新业务的快速部署开放提供能力，有利于缩短新业务市场的响应时间。目前，vCPE在国外运营商已有试点，预计在2017—2018年将具备小规模商用能力。vCPE实现方案如图5所示。

5　NFV发展挑战

5.1可靠性问题

传统的电信网络采用高可靠性的专用设备，可靠性达99.999％，而采用虚拟化技术的通用服务器设备其可靠性明显低于传统的专用电信设备（一般通用服务器设备可靠性只能达到99.9％）。为了满足电信级设备高可靠性的要求，NFV的组件需在多个方面提供与传统电信设备相当的性能，包括故障率、检测时间、恢复时间以及检测和恢复的成功率。引入NFV后，原有软硬一体化设备分成了三层，同时还引入MANO （NFV Management and Orchestration，NFV管理和编排），而MANO也深度介入网元的自动伸缩等流程中，对整个网元的可靠性带来了深刻的影响。为了满足电信级设备99.999％的高可靠性，硬件资源层、虚拟资源层、VNF和MANO如何协同，VNF与MANO如何配合等都会影响到整个系统的可靠性。这需要建立一套完整的可靠性体系并对三层如何协同提出明确的要求。

图4　vBRAS实现方案示意图

图5　vCPE实现方案示意图

5.2数据转发性能问题

设备的性能主要体现在设备的计算能力、数据转发能力和存储能力等方面。NFV网络的性能瓶颈目前主要集中在I/O接口数据转发能力上。未来可通过底层设备定制、操作系统优化、业务层软件优化等方式逐步提高转发性能。

5.3业务部署方式问题

传统网络的业务部署方式为：根据业务需求测算业务网络的容量→采购软硬件设备→到货调试→上线，而采用NFV网络后，业务部署方式将发生很大变化，将变为：由MANO实现业务编排、虚拟资源需求计算及申请→虚拟化的资源池提供相应资源→上线。业务部署方式的变化将对运营商现行的设备采购模式、运维模式产生较大的冲击，未来NFV网络如何集成和运维将成为一个巨大的挑战。

6　结束语

NFV是电信网络的一次重要技术变革，NFV网络与传统电信网络相比将具有更灵活和快速的业务提供能力，从长远来看，也有利于降低网络建设和运营成本，但目前尚处于起步阶段，它的实施将是一个漫长的过程。本文对NFV的技术理念、标准及开源项目进展情况、典型应用场景及发展挑战进行了初步分析和探讨，供相关技术人员参考。

［1］中国电信.NFV技术白皮书.2015.

［2］ETSI.Network Functions Virtualization（NFV）：Architecture Framework［S］.ETSI，2015.

华为加入Smart Africa，助力非洲各国加速数字化转型

近日，华为在第27届非洲联盟峰会分会，Smart Africa董事会上宣布作为信息与通信技术（ICT）顾问和白金会员正式加入Smart Africa联盟，助力非洲各国加速数字化转型。

Smart Africa是由非洲多国元首发起的创新联盟，旨在通过分享知识和经验，提供可支付的宽带接入及其他ICT技术，改善非洲大陆整体的社会经济水平。Smart Africa董事会主席，卢旺达总统卡加梅曾提及，该联盟的五大原则是：把ICT作为非洲国家社会经济发展议程的中心；提升ICT接入，尤其是宽带联接；通过ICT改善非洲的可靠性、效率、及开放度；重视私营领域；利用ICT促进可持续发展。

华为高级副总裁庞基敏在Smart Africa董事会上与非洲各国ICT部长共同讨论Smart Africa愿景，并表示：“推进非洲的信息化，需要加强数字基础设施建设，加速各行业数字化升级，促进知识共享和技能传递。我们会一如既往地积极支持智慧非洲计划，与各利益相关方进行合作，共同推进互联互通，共建智慧非洲。”

深圳电信与华为合作共建“千兆全光网标杆城市”

日前，中国电信股份有限公司深圳分公司（以下简称深圳电信）与华为签署了共建“千兆全光网标杆城市（Gigaband City）”（以下简称千兆城市）合作框架协议。未来，双方将发挥各自业务领域的优势，携手将深圳打造成为新型智慧城市的标杆。

作为深圳市创建新型智慧城市标杆市的重要组成部分，深圳电信将与华为合作，在未来5年内完成千兆网络的全面部署，达到100％千兆小区覆盖，实现千兆用户90万的目标。业务上，重点打造4K视频，为家庭用户提供高质量的业务体验，同时结合视频业务发展引入VR技术，推行影视VR首发等新业务。此外，为企业提供“一站式”业务解决方案，包括全光园区、千兆酒店、“光+云”政企应用等新型业务，并在此基础上共同定义千兆城市网络建设新标准，为全球千兆城市建设提供指引和参考。

Discussion on the progress of NFV technology and its application

ZHOU Zhenyong

NFV is an important technolgical change of telecom network.NFV network can offord more flexible and rapid business ability compared with the traditional network.This paper introduces the technolgy idea of NFV，the progress on NFV standard，its open source platform and presents its application areas and development challenge.

NFV；technolgy progress；application

（2016-05-31）