运营商核心网NFV发展策略及组网方案研究

梅再霞++音春++张磊++周世泉

目前通信行业已开足马力，朝总体虚拟化演进，其中，SDN（软件定义网络）和NFV（网络功能虚拟化）是虚拟化领域中两项关键技术，特别是未来5G对网络的移动性与敏捷性等要求更高，更促使SDN和NFV成为行业研究的热点。因此，本期专题将重点对SDN和NFV的关键技术进行分析，并探讨运营商在实现SDN和NFV落地时面临的挑战及解决措施，以此与业界各位朋友分享经验，共同进步。

【摘 要】NFV分层解耦策略以及VNF和MANO组网方案是NFV能否落地的关键因素，因此从详细介绍运营商NFV分层解耦引入策略入手，阐述了运营商核心网络设备未来发展趋势和方向，并分析比较了运营商VNF和MANO的多种组网方案，提出目前适合运营商建设的核心网NFV解决方案，帮助运营商构建开放、敏捷的电信网络，实现ICT转型。

【关键词】NFV VNF MANO 分层解耦

1 引言

业务和技术的发展以及国家提速降费的要求，驱动着运营商追求更高效的运营、更低成本的资源建设和更灵活的业务提供，传统的运营商核心网无法满足业务快速上线的要求，因此需要进行网络重构。NFV（Network Function Virtualization，网络功能虚拟化）架构能满足网络开放化、虚拟化、智能化、融合化的要求，得到了越来越广泛的认同，成为未来网络升级演进和技术创新的重要途径。NFV技术的引入使得一直以来垂直集成、封闭与专用的通信网络架构，转向水平集成、开放与通用的新模式发展，这使得通信网络在网络生产方式、运营模式、采购模式以及机房设置上都会出现变化，这些因素决定了运营商落地NFV技术的节奏与力度。

ETSI提出的NFV技术架构主要由3个域构成：NFV MANO（Management and Orchestration，管理与业务编排）、NFVI（NFV Infrastructure，NFV基础设施）和VNF（Virtualized Network Function，虚拟化网络功能）。其中，NFVI域负责底层计算、存储、网络设备等物理资源的虚拟化，类似于一个具有虚拟功能的云数据中心；VNF域实现业务网元的虚擬化，在NFVI域基础上将物理网元映射为网络功能需要的虚拟网元；MANO域主要对NFVI和VNF进行管理，通过管理虚拟化的软件和硬件资源，实现包括网络业务编排功能在内的VNF生命周期管理。

对运营商来说，NFV分层解耦策略以及VNF和MANO组网方案是NFV能否落地的关键因素，只有分层解耦才能满足NFV开放、开源的要求，真正能够帮助运营商构建开放、敏捷的电信网络，实现ICT转型。因此本文接下来将对NFV分层解耦策略以及VNF和MANO组网方案做详细介绍。

2 NFV分层解耦引入策略

运营商现网中核心网设备为专用设备，对厂商依赖程度高，新业务开发、上线和运维流程长。通过分层解耦策略，底层硬件和上层软件灵活选择有竞争力的解决方案，有效缩短新业务上线时间。分层解耦建设模式体现了NFV开放合作的产业生态理念，这也是当前业界主流运营商在进行NFV部署时普遍采用的建设模式。NFV引入如图1所示的三种可能的解耦方式：

（1）方案一：软硬件解耦

软硬件解耦为二层解耦方式，由厂家进行软件集成。运营商标准化软硬接口和硬件与VIM（Virtualisation Infrastructure Management，虚拟化基础设施管理器）管理接口厂家内部实现软件集成。此方案上线较快、问题定位清晰；缺点是容易形成软烟囱，不同厂商资源池资源难以实现共享。

（2）方案二：三层解耦

三层解耦方式与二层解耦的区别是虚拟资源层由集成厂家实现，集成商对厂家进行软件集成。运营商标准化软硬接口和硬件与VIM管理接口，选定软件集成商并明确软件包的厂商范围和组成，不需制定软件集成接口的规范。此方案硬件资源充分共享，能真正做到自动化部署和统一运维，但是系统集成难度大、部署周期长、问题定位较难。

（3）方案三：全解耦

全解耦方式自主软件集成，运营商标准化软硬接口、硬件与VIM管理接口以及软件集成接口，运营商自主实现三层的集成，优缺点与三层解耦厂家集成方案相同，但对运营商集成能力要求较高。

综合以上分析，初步先采用软硬解耦或三层解耦，待运营商具备软件接口打开能力后，再按需自主集成网络架构。

3 运营商VNF组网方案

运营商VNF网元采用云化设备，异局址容灾采用POOL容灾组网方案。云化能使资源弹性伸缩，对网元组POOL进行优化。网元正常工作时，POOL内网元负荷分担工作，每个网元根据相同弹性伸缩策略独立进行弹性扩容、缩容，目前各厂家对POOL内网元均不支持弹性伸缩联动，因此会存在POOL内网元弹性伸缩不同步、短时间内POOL内网元容量不均衡的情况，但不影响网络运行。

与传统网元相比，VNF网元云化后，如果出现软件故障，需要人工排查后进行网元重启，VNF网元可以迅速重生；而对于单纯硬件故障引起的网元故障，则不需人工更换硬件，大大缩短VNF恢复时间，提升运维效率。

图2为NFV组网示意图：

在NFV引入初期，云化网元和非云化网元共存。以引入IMS域网元为例，其组网有如下两种方案：

（1）方案一：PNF与VNF独立组网

VNF和PNF可以同厂家也可以异厂家，从现网POOL中分裂出一个本地网或一个区域（号段）作为VNF POOL。后期物理网元POOL管辖区域逐步缩小、云化网元POOL管辖区域逐步增大，以能力集（本地网）为单位进行POOL管辖范围的调整，对于OMC/OSS无额外要求。

（2）方案二：PNF与VNF混合组POOL

混合组POOL适用于PNF（Physical Network Funcation，物理网络功能）与VNF同厂家场景，在现网POOL中加入虚拟网元，虚拟网元进行弹性伸缩时需要同步修改DNS中的数据。此方案需要同一套OSS/OMC对VNF和PNF进行管理，并且支持对VNF和PNF不同软件版本的管理和配置核查功能，原OSS与OSS/NFVO之间同步网元的告警和性能信息。endprint

两种方案比较如表1所示。

两种方案各有优缺点，从设备选型、网络架构、安全性、工程实施、网络维护以及工程造价等各个方面综合考虑进行方案选择，在本地网无无新厂家引入场景下，方案二更有利于平滑演进。

4 运营商MANO发展策略

MANO逻辑架构如图3所示，MANO主要提供虚拟化资源、虚拟化网络功能和网络业务的统一管理。MANO包括三大类功能实体：基础设施管理VIM、虚拟化网络功能管理VNFM（VNF Management）和NFV编排器NFVO（NFV Orchestration）。NFVO实现网络服务、VNF管理及全局资源调度，是云管理的决策者，VNFM是VNF管理的执行者，VIM是局部虚拟资源及硬件资源管理的执行者。

NFV对网元的管理分为云化资源管理和虚拟网元功能管理两部分，对网管系统提出了新的要求，为实现对虚拟网络的端到端管理，需要OSS（Operations Support Systems，运营支撑系统）和MANO进行混合组网下的协同需求，主要有如下三种方案：

（1）方案一：传统OSS改造

对现网OSS进行改造，支持同时对传统网元及虚拟网元的管理，并新建管理虚拟网元的EMS（Element Management System，网元管理系统）、标准化NFVO和VNFM。混合组POOL时，EMS需支持对传统网元的管理。此方案对PNF和VNF管理方式不同，OSS改造工作量巨大，改造升级时对PNF的管理有较大影响，需对NFVO和传统OSS之间的接口进行标准化，优点是MANO厂家的产品成熟度及支持度高。

（2）方案二：建设标准的NFVO，同时新建对虚拟网元进行管理的配套OSS

新建管理虚拟网元的EMS、标准NFVO和VNFM，混合组POOL时，EMS还需支持对传统网元的管理；新建OSS，支持对虚拟网元的FCAPS管理，支持与NFVO、现网OSS之间的接口。相比方案一，增加新增网元OSS，因此导致了工作量及接口的增加。NFVO和新OSS之间的功能定位暂不清晰，NFVO和新建的OSS之间的接口需要标准化，新的OSS可能无法参与对资源调度的流程，但是还需要对资源进行全面管理，以便于进行故障分析和定位。优点是MANO厂家的产品成熟度高。

（3）方案三：建设定制化/非标的NFVO

新建管理虚拟网元的EMS、VNFM和定制化NFVO。传统网元由传统网管体系管理，虚拟化网元统一由MANO进行管理。混合组POOL时，EMS还需支持对传统网元的管理。通过MANO实现NFV体系的自治管理，MANO需定制化，目前厂家产品不够成熟，需打通EMS和NFVO之间的接口，优点是传统网管与MANO体系独立，互不影响。

综合来看，方案一和方案二需和OSS协同，都可看做是ETSI标准方案，方案二比方案一减少了对现有OSS的改造，但增加新老OSS之间的接口；方案三的NFVO属非标扩展。建设初期继承现有的网元计划、建设、维护体系，NFV网元的OMC通过北向接口纳入现网省网管系统的管理范围；后续进一步发挥NFV的优势，采用方案三整合MANO和OSS。

5 结束语

本文通过对NFV分层解耦引入策略、VNF组网方案、MANO发展策略等进行分析，提出目前适合运营商建设的核心网NFV解决方案，帮助运营商构建开放、敏捷的电信网络，实现ICT转型。目前运营商试点已验证快速上线、快速更新、快速扩容三大核心能力，软硬两层解耦技术方案已基本成熟，全解耦方式将是运营商的未来之路，因此后续将以软硬件解耦为基础，对全解耦方式进行进一步研究探讨。

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