通信云三层解耦研究

胡 祎，张 奎，张世华，赵以爽，申 佳（中讯邮电咨询设计院有限公司郑州分公司，河南郑州 450007）

1 概述

以5GC 网络部署为契机，运营商大力推动网络上云、业务上云，网络云化进程在加速。基于网络功能虚拟化（NFV）技术架构体系，运营商布局构建了通信云。当前运营商通信云主流建设方式基本上是采用软硬两层解耦，这样做降低了集成难度、减少了异厂家对接工作量、满足了5GC 等业务商用部署初期快速交付的要求。但是也带来了新的问题，在通信云资源池内存在多厂家技术架构，各厂家业务的计算、存储、网络资源需要独立规划部署，形成了事实上的软烟囱，资源池内的资源无法完全共享、调度，不利于多业务融合部署、资源池统一技术栈发展和统一运维管理。

基于资源共享和统一资源运营的要求，通信云要向三层解耦目标演进，基于统一NFV 云平台技术架构搭建通信云，满足多厂家网络设备云化统一部署的要求，实现资源池的集约、收敛，提升通信云资源运营效率。

2 通信云三层解耦分析

2.1 通信云分层架构

通信云基于NFV 标准架构进行构建，整体架构如图1 所示，纵向分为3 层：硬件层、虚拟化层、虚拟网络功能层，横向增加一个管理编排域。

图1 通信云分层架构

a）通用硬件：硬件资源包括计算、存储和网络设备等。

b）虚拟化层：虚拟化中间件对硬件资源进行抽象，将物理硬件的计算、存储和网络通信资源进行池化，并以虚拟机和虚拟网络的形式提供给应用（即虚拟化的网元功能VNF），实现VNF 应用软件和底层硬件的解耦，保证VNF 可以部署在不同的通用硬件资源上。

c）VNF：VNF 指将传统网元设备虚拟化并运行在虚拟机上的软件应用。

d）管理编排域（MANO）包括VIM/PIM、VNFM、NFVO，分别完成对NFVI、VNF 和NS 等3 个层次的管理。

（a）NFVO：主要负责全网的网络服务、虚拟资源和策略的编排部署和管理。

（b）VNFM：实现VNF 生命周期管理，包括VNF 实例化、扩缩容、升级、终止等。

（c）VIM：实现NFVI 基础设施资源管理，包括VM资源管理和分配，实现对NFVI 资源的监控、故障、性能信息收集和上报。

（d）PIM：实现对基础设施中的通用硬件设备进行管理。

目前由于网元VNF 厂家的定制化要求，运营商通信云均采用VNF 厂家提供的云平台（虚拟化层/VIM/PIM）。这些云平台在功能、性能、可靠性、安全、运维等方面做了电信级的增强，由于缺乏统一的国际标准和企业标准，各厂家按照各自的理解来实现，由此带来了一些解耦的障碍。

2.2 三层解耦接口分析

通信云三层解耦涉及到的接口包括虚拟化层与硬件层的接口、网元层与虚拟化层的接口、网元层内部接口、网元层与NFVO 的接口、MANO 接口。通信云三层解耦接口如图2所示。

图2 通信云三层解耦接口

2.2.1 虚拟化层与硬件层接口

a）Pm-Ha：负责对服务器、存储、网络等设备的监控和管理。

b）Vi-Ha：Hypervisor 与硬件资源间的接口，为VNF 创建执行环境（VM），并收集相关硬件资源状态信息。

c）Nf-Vi：VIM 通过Nf-Vi 接口与NFVI 资源交互，对计算、存储和网络NFVI 资源的状态进行管理和监控。

2.2.2 网元层与虚拟化层接口

Vn-Nf：虚拟化层向上层VNF 提供执行环境（VM），不承担任何特定的控制协议，保证硬件独立的生命周期以及VNF的功能和性能要求。

2.2.3 网元层内部接口

a）Ve-Vnfm-Vnf：VNFM 通过Ve-Vnfm-Vnf 接口与VNF 进行交互，实现VNF 实例的配置。此外，VNF通过此接口将性能、告警信息转发给VNFM。

b）Ve-Vnfm-Em：VNFM 通过Ve-Vnfm-Em 接口与EMS 交互，实现VNF 实例信息变化及时通知EMS，并将虚拟化资源的故障信息、性能信息转发给EMS。

2.2.4 网元层与NFVO接口

Nfvo-Em：VNF 网元上报信息需满足网管北向接口要求。

2.2.5 MANO接口

a）Or-Vnfm：NFVO 通过Or-Vnfm 接口与VNFM交互，实现对VNFM 资源分配申请的认证授权、配合VNFM实现VNF实例生命周期管理。

b）Or-Vi：NFVO 通过Or-Vi 接口与VIM 交互，实现对VNF 与PNF 以及VNF 相连网络资源的分配和管理，对计算、存储和网络硬件资源及虚拟化资源的性能KPI采集、状态监控、资源变化和故障上报。

c）Vi-Vnfm：VNFM 通过Vi-Vnfm 接口与VIM 交互，实现对VNF 相关计算、存储和网络虚拟化资源的分配和释放，虚拟化资源故障信息的上报，虚拟化资源性能信息的收集。

d）Os-Ma-Nfvo：NFVO 通 过Os-Ma-Nfvo 接 口 与OSS/BSS 交互，实现对NSD 管理、NS 生命周期管理、VNF 生命周期管理、策略管理、性能管理、故障管理等。

通信云三层解耦接口解耦说明如表1所示。

表1 通信云三层解耦接口解耦说明

目前虚拟化层与硬件层的解耦已经实现，需要进一步推动网元层与虚拟化层解耦、网元层内部解耦、网元层与NFVO 解耦以及MANO 间的解耦。三层解耦涉及的主要接口包括表1 中的4、5、6、7、8、9、10，总体上都有相应的国际标准或企业标准，但没有经过成熟的测试和部署。

3 通信云解耦策略

3.1 总体解耦策略

通信云并非为了三层解耦而解耦，解耦的目的是实现资源共享、统一资源池技术栈、统一管理、统一监控、统一运营。因此没有必要把所有接口都打开解耦，还要综合考虑网络部署和运维的复杂度，网络运行的安全性和可靠性。经过分析，总体解耦策略建议如下：

a）通信云资源池是基础底座，建议通信云资源池内统一云平台（虚拟化层/VIM/PIM）。

b）NFVO 作为通信云的核心和大脑，负责全部网络功能的管理和全局资源视图，管理所有网元和虚拟资源的告警/性能、端到端告警关联分析等；为了降低测试和部署复杂度，建议统一部署NFVO，并且和云平台同厂家部署。

c）考虑到VNFM、EMS 跟VNF 网元关联性比较强，因此建议EMS、VNFM一般与VNF同厂家部署。

d）在统一云平台、统一NFVO 的基础上，重点对网元层与云平台和NFVO 等进行解耦，承接第三方业务网元。

通信云三层解耦示意图如图3所示。

图3 通信云三层解耦示意图

3.2 分业务的解耦策略

目前通信云主要承载的业务包括核心网（5GC/IMS 等）、业务平台（5G 消息平台、视频彩铃、VoLTE 短信网关等），根据业务特点、运营主体等方面的差异，核心网和业务平台可以分别部署到核心网通信云资源池和业务平台通信云资源池，不同的资源池解耦策略略有差异。

3.2.1 核心网通信云资源池的解耦策略

核心网（5GC/IMS）都是采用NFV 架构，厂家VNF都会自带VNFM，核心网的三层解耦主要是VNF 和云平台、VNFM 和NFVO 的解耦，需要推动Vn-Nf、Nfvo-Em、Vi-Vnfm、or-Vnfm 等接口解耦，进而推动核心网云平台的收敛。

3.2.2 业务平台通信云资源池的解耦策略

目前虚拟化的业务平台多以非NFV 架构为主，但是也有向NFV 架构演进的趋势，部分业务平台如5G消息已经按NFV架构部署。

对于采用NFV架构的业务平台解耦部署有2种方式。

方式1：如果第三方业务网元厂家自带S-VNFM，就需要开放Vn-nf、Nfvo-Em、Vi-Vnfm、or-Vnfm 接口，实现第三方业务VNF 和云平台、第三方EMS 与NFVO、S-VNFM与VIM、NFVO的解耦。

方式2：如果第三方业务网元厂家不提供VNFM，就需要由云平台厂家提供通用G-VNFM，开放Vn-nf、Nfvo-Em、Ve-Vnfm-vnf、Ve-Vnfm-em 接口，实现第三方业务VNF和云平台、第三方EMS与NFVO、G-VNFM与VNF、EMS 的解耦。G-VNFM 需要云平台厂家VN⁃FM按照规范要求改造升级，支持适配第三方业务。

对于非NFV 架构的业务平台，由云平台厂家采用手工拉VM 方式部署第三方业务平台网元。业务平台需要按照云平台厂家提供的第三方APP/VNF 集成模板提出资源需求等，并且需要提供与云平台版本兼容适配的GuestOS版本、VM规格、VM镜像等。

3.3 三层解耦推进建议

通信云三层解耦需要从技术规范、测试验证、现网试点、商用部署、运维管理等几个方面协同推进。

3.3.1 技术规范

目前国际和国内标准针对NFV 功能等都有要求，但是对于功能的具体要求、命名规范、接口的协议和参数定义，还需要进一步细化；建议运营商首先要完善技术规范，对功能要求、功能接口名称进行规范，详细定义、明确要求接口协议和参数等，要求各厂家按照统一规范对云平台、网元、MANO等功能组件及接口参数定义进行修改，在技术层面扫除三层解耦的障碍。

3.3.2 测试验证

建立统一的验证测试环境，协同多厂家进行验证；为减少对接测试的复杂度和工作量，建议可先选1～2 家成熟稳定的云平台厂家，重点是对异厂家网元与云平台以及MANO 间的测试验证工作。测试验证要全面、充分，除了对三层解耦的性能、功能进行测试验证外，还需要进行安全、可靠性和运维等方面的测试验证。

3.3.3 现网试点

在完成内场测试验证后，可以考虑在外场选取1～2 个地点进行现网试点，选取试点要充分考虑厂家组合和解耦方案的全面性，对试点中遇到的问题要充分暴露，然后进行归纳、总结、分析，提出解决方案，形成解耦问题案例库，为后续推广部署积累经验。

3.3.4 商用部署

在实际商用部署阶段，要根据解耦厂家的情况，提前考虑版本适配、责任分工界面、对接调测等工程实施方面的问题，规范异厂家对接集成的标准流程，选择集成能力强的厂家主导项目实施，建立工程协调机制，保障集成部署顺利推进。

3.3.5 运维管理

三层解耦后，面临硬件、虚拟化层、VNF 异厂商跨层告警关联、故障定位、处理的难题，这就要求运营商做好MANO和OSS协同，建立新管理运维模式，打造新型运维流程。运营商要协同各层级厂家，制定跨层运维规范，标准化纵向运维接口，建立清晰的界面分工流程和仲裁机制，构建端到端的运维工具手段，提升跨层告警关联分析、故障联动处理的能力。

4 结束语

从目前产业发展情况来看，通信云NFV 三层架构本身已经验证没有问题，三层解耦虽然面临着一些挑战，但却是运营商普遍认可的目标和方向，而且已经不乏个别成功案例，运营商需要进一步规范要求、提前测试验证，通过现网试点，逐步推动三层解耦走向成熟，实现网络的全面云化。