网络功能虚拟化应用现状分析

田岚

摘 要：近年來，新型网络在不断产生，由于面临众多新型的网络业务与极大的流量压力，网络运营商不得不部署大量昂贵的专用网络设备以满足服务需求。然而，这些网络设备软硬件一体化，扩展性受限，而且现在的通信系统架构较为封闭，缺乏对这些设备的高效管理。同时，当运营商需要提供新增的网络服务时，就必须开发新设备，专有的硬件设备存在生命周期限制，需要不断地经历规划一设计开发一整合一部署的过程，而这个漫长的过程越来越难以为整个业务带来收益。另外，运营商需要给这些新增的设备提供机房空间、电力支持以及后期维护。

由于传统网络存在封闭、专用、不能灵活调度、缺乏高效管理、运营成本高、利用率低等问题，因此网络运营商必须对网络架构进行改革，以此获取一种低成本、高收入的运营方式。在这样的背景下，网络运营商牵头提出了网络功能虚拟化（ Network Functions Virtualization， NFV）。

关键词：网络，虚拟化，应用

据思科 Cisco Visual Networking Index（VNI）第10次年度预测，到2019年，全球年度IP流量将达到创纪录的2ZB，即2019年全球IP流量将达到每月168EB，相比2014年的每月59.9EB约增加3倍。2019年，全球IP网络传送的流量几乎与之前所有“互联网年”传送的流量总和（从1984年到2013年年底）一样多。推动流量增长的因素包括全球互联网用户、移动智能设备和物联网或者机器对机器（M2M）连接的增加，更快的宽带接入速度，以及高清视频服务的推广等。这些变化预计将创造23%的全球IP流量复合年增长率（CAGR）。近年来，新型网络服务还在不断产生，例如虚拟现实、增强现实、智能可穿戴设备等概念的流行和实现，将带来新一轮的移动数据流量的爆发式增长。

1、NFV的优势

与运营商的传统网络不同，NFV将网络功能从硬件中解耦出来，提供灵活的网络功能部署以及动态的缩容/扩容。NFV基于“工业标准硬件及网络功能软件”的实现方式带来的好处包括以下几点。

1、工业标准硬件：

（1）这些设备不需要特殊指定，降低了因为定制硬件而造成的较长的设备更新周期

（2）标准的硬件设备价格相对较低，能够降低设备的硬件成本

（3）保证通信系统网络结构不被泄露。

（4）工业标准的硬件相对于专用设备更易于维护。

（5）直接降低 OPEX/CAPEX。

2、网络功能软件

（1）开发一个新应用的周期更短。

（2）试验阶段成本较硬件设置成本价格会低廉很多

（3）对于新业务、新应用失败的容忍度比较高，而传统的网络失败容忍度为零

（4）虚拟资源代替物理设备，减少能源、空间等资源消耗。

（5）在传统网元业务生命周期管理模式下，管理操作通常依靠运维管理人员手动完成，而NFV可实现自动化的管理操作，降低了运维管理成本和故障导致的开销。

（6）通信运维人员专注于业务管理，资源池维护人员聚焦于通用硬件管理，实现专业化运维和管理，大幅度提升管理效率。

（7）利用IT虚拟化技术实现软硬件的解耦，虚拟网络功能能够动态、灵活地部署，不受物理网络的限制，提升电信网络的灵活性的同时缩短传统运营商的创新周期，加快业务推向市场的速度

（8）根据网络流量的增/减，系统能够自动地对硬件资源、虚拟资源进行垂直伸缩水平伸缩，提升资源利用率。

（9）容许不同的应用程序、用户、租户使用统一平台登录不同版本或不同租户的网络设备，这种能力能够使网络运营商在不同的服务和不同的客户侧共享资源。（10）系统能够根据具体需求（基于地理位置或者客户群的针对性服务）来快速地

扩展或者降低网络服务能力。

综合各方面，NFV为运营商带来的直接优势是降低了OPEX和 CAPEX，同时加速了创新的步伐。NFV提供的这些优势引起了电信行业、IT行业以及学术界的广泛关注。

2、运营商业务引入NFV问题

如何引入NFV，运营商面临技术路线、网络架构、业务部署、运维模式的重大选择：

（1）NFV增曾加了网络运营灵活性，降低了网络产品实现门槛，但是显著增加了网元的集成难度，对运营商的软件能力提出了极大要求，NFV提供的业务快速迭代需求是建立在运营商强大的软件开发集成能力之上的

（2）NFV实现网络设备及连接控制的软硬件分离，使得各种资源可集中管理、动态调度，提供更灵活的网络功能设计和结构规划空间。运营商网络架构需要调整为网络重构或者逐步演进。网络重构需要大规模地新建虚拟化网元，直接部署在数据中心，替换核心网机房里的传统设备，统一规划电信云和私有云、硬件资源池和虚拟资源池，虽然这种方式可以最大化地发挥优势，但是系统风险大。逐步演进的方式是逐步探索和制定NFV的管理、维护方案及配套流程，采用虚拟化技术逐步替换现有网元，最终过渡到全NFV网络，但是此方式需要兼顾两种网络架构而且兼容互通要求。现在行业考虑采用第二种方式，NFV要与现有系统兼容、共存。（3）传统网络业务部署的流程是先根据所部署的业务进行网络容量测算，然后采集硬件设备，最后调试上线。而在虚拟化网络中，NFV先实现业务编排，然后计算并申请资源池中的资源，最后完成网络能力的部署，这使得现有业务部署的流程需要打破和革新。

3、NFV应用

MEC（移动边缘计算）融合了IT和电信网络能力，为所有参与者提供了一个全新的价值链条和应用生态，移动边缘服务器的大规模部署可以创造新的商业盈利模式，将使面向移动用户和企业用户的垂直业务得到极大的发展。ETSI将MEC的应用场景归结为以下6类：视频分析、位置服务、物联网、增强现实、优化本地内容分发和数据缓存。

位置服務：GPS作为一种成熟的定位方式，在户外得到了广泛的应用。但是，在室内条件下，GPS定位往往不能有效服务。作为GPS在室内的补充，基于基站（WiFiLTE等）的定位方式能够有效解决室内定位的问题，但需要大量的计算资源。MEC在基站附近提供计算资源的方法，为确定移动设备的实时位置提供了可能。此外，通过MEC服务器的位置服务，还能够获得人群的分布特点以及为精准广告投放提供条件。

增强现实：移动边缘服务器具有丰富的计算、存储和网络资源，此外还具有低时延高带宽的特性。通过在本地提供增强现实内容缓存，本地内容本地分发移动边缘服务器提供的增强现实服务能够消除传统移动云计算当中本地内容经过核心网络回传的时延，还能动态地在本地进行广告注入，具有很高的用户体验和工作效率。

优化本地内容分发：通过边缘网络功能的开放，部署在移动边缘的应用可以根据实时的边缘网络状态信息，动态地调整内容分发，提高视频质量和网络吞吐量。

数据缓存：作为部署在移动网络边缘的服务器，MEC服务器可以作为数据中心使用，通过将流行的内容和数据存储在基站附近的MEC服务器上，可以减少回传，提高用户体验。

4、总结：

近年来，随着云计算、大数据以及移动互联网时代的到来，传统电信运营商面临着海量数据和多样业务的需求；在实力强大的互联网企业的竞争压力下，电信运营商面临着“管道化”的挑战，传统网络亟须改革。因此，ICT（ Information and CommunicationsTechnology）融合是未来发展的必然趋势。电信运营商积极拥抱以NFV（ NetworkFunction Virtualization，网络功能虚拟化）为代表的ICT发展趋势，努力实现运营商的转型。NFV是利用IT虚拟化技术将现有的网络设备功能整合进标准的服务器、存储和交换机等设备，以软件的形式实现网络功能，以此取代目前网络中私有、专用和封闭的网元设备。电信网络将借助NFV技术提高网络设备的利用率，降低运营商 OPEXICAPEX支出，加快业务创新的步伐，为用户带来更佳的业务使用体验，以此构造一个有竞争的、创新的开放生态系统。

参考文献：

[1] 赵河，华一强，郭晓琳.NFV技术的进展和应用场景[].邮电设计技术，2014（6） 62-67.

[2]宋菲，侯乐青.SDN/NFV标准及开源项目发展现状研究[.信息通信技术，2016.

[3]中国电信. Cnet2025网络架构白皮书[R].2016.