NFV技术发展趋势及运营商引入NFV技术的思考

陈宏（中国移动通信集团福建有限公司，福州 350108）



NFV技术发展趋势及运营商引入NFV技术的思考

陈宏
（中国移动通信集团福建有限公司，福州 350108）

摘 要本文从NFV的起源、定义出发，阐述了NFV的商业价值、典型场景、实施NFV的挑战（关键技术）以及业界进展，最后介绍针对运营商引入NFV的建议。

关键词ICT转型；NFV；软硬件解耦；MANO；SDN；业务创新

陈 宏1990年毕业于北京邮电大学，现任中国移动通信集团福建有限公司发展计划部总经理、高级工程师，长期从事电信网络的规划建设和前瞻性研究工作，现主要负责中国移动通信集团福建有限公司的投资计划管理、网络规划、项目方案论证和新技术的研究工作，具有丰富的现网运营经验。

1　运营商面临的风险和挑战

数字经济时代来临，随着移动互联网的兴起，传统电信运营商的话音、短信等业务被OTT类似应用不断冲击和侵蚀。电信业的花园围墙被推倒，运营商面临的竞争环境和竞争对手从此改变，将面临来自成千上万OTT玩家的竞争。同时，电信业务用户的需求体验、用户行为也发生了变化，呈现出实时、按需定制、全在线、自助服务以及社交分享五大特征。新的竞争形势、新的用户体验和行为，使得运营商必须在商业模式、营销模式、研发模式、运营模式、服务模式等全方面做出改变。这些改变，需要一个敏捷的电信网络作为支撑。

另一方面，传统的电信网络烟囱化，投资、运营成本居高不下，主要表现为硬件繁多、部署运维复杂、业务创新困难。首先现有电信网元包含大量复杂的私有硬件设备，专有硬件设备成本高，资源无法充分利用和共享，并且电力消耗较大。其次传统电信网元建设一般采用多站点部署，新建局点作业量大，硬件调测难度大、业务发放缓慢。专有硬件要求维护人员具备专有技能，不同网元的维护技能要求不同。第三，传统电信网络系统封闭，第三方业务引入难度大，业务创新困难。

因此重构电信网络，是支撑前述改变和解决问题的基础。电信网络重构的核心，是用IT技术来改造CT网络，构建敏捷的竞争力。云计算、SDN&NFV等新兴技术给电信运营商的ICT网络转型带来了新的机遇和重构的技术基础。

2　NFV简介以及商业价值

2.1NFV的起源和定义

2012年，13家运营商（AT&T、BT、CenturyLink、CMCC、Colt、 DT、KDDI、NTT、Orange、TI、Telefonica、Telstra、Verizon）在SDN和Open Flow世界大会上发布NFV（Network FunctionsVirtualization，网络功能虚拟化）第一版白皮书，同时成立了ISG（Industry Specification Group，工业标准组织）来推动网络虚拟化的需求定义和系统架构制定，提出了NFV（Network FunctionVirtualization，网络功能虚拟化）的设想。

NFV的初衷是基于现代化的IT虚拟化技术，把传统的基于专有硬件的网络设备功能以软件方式实现并能运行在归一化的硬件资源之上（服务器、交换机、存储），同时能够根据需要进行迁移、实例化和部署。

ETSI定义的NFV和MANO（NFV Management and Orchestration，NFV管理和编排）架构如图1所示。

其中，NFVI（NFV Infrastructure，网络功能虚拟化基础设施）， 指各不相同并能支持虚拟化的物理资源；VNF是用软件实现的、并能够运行在NFVI上的网络功能；MANO（NFV Management and Orchestration）架构包含NFVO、NFVM、VIM。NFVO用于调度并管理服务以及相关资源，并最终在NFVI上实现服务功能。NFVM用于管理VNF的生命周期，包括实例化、更新、查询、扩展、回收等。VIM负责管理计算、存储、网络等物理及虚拟资源，并负责和VNF发生交互。

通过NFV架构对传统电信网元的软硬件解耦，使用业界标准的x86服务器、通用存储和网络硬件替换专有硬件，借用云计算技术实现资源共享和灵活分配，实现网元功能的虚拟化（NFV）， 也称为云化。NFV实现了电信网元软件的灵活加载、配置，从而加快网元部署和调整的速度，降低业务部署的复杂度，提高网络设备的统一化、通用化、适配性等。

2.2NFV的主要标准进展和业界发展趋势

NFV从2012年被运营商提出，很快得到了各大标准组织、开源社区的积极响应。目前，NFV主要的标准和开源组织包括ETSI NFV ISG、OPNFV和3GPP。ETSI NFV标准化工作组NFV ISG第一阶段工作在2014年底结束，相关架构、基础需求等文档全部完成并批准通过。NFV ISG第二阶段预计2016年2月份发布，在架构与接口，NFV生态圈、开源、安全、可靠性、可用性等方面进行深入研究。OPNFV开放平台项目已经审批通过9个项目，其中绝大部分包括在OPNFV第一个版本中。

图1　NFV和MANO架构示意图

图2　运营商NFV部署预测示意图

从多家咨询公司对目前各运营商的POC项目统计分析来看，2017年将是NFV发展的转折点，部署规模将快速增长，如图2所示。

从图3可见，NFV能否达到电信级的要求，人员、组织能力、满足NFV的网管与运营、TCO不明确，以及标准和技术不成熟，是目前制约运营商NFV部署的关键因素。

2015年SDN/NFV大会中，国内三大运营商对NFV未来演进挑战的观点认为NFV存在两大挑战，一是技术挑战，基于NFV的网络架构的不成熟，功能和标准的开发需要很长的周期，试商用场景还在探索中。二是组织挑战，NFV带给运营商未来组织架构的变更、采购流程的更新、人员技能的进一步培养等。

2.3NFV的商业价值

NFV是运营商为了解决电信网络硬件繁多、部署运维复杂、业务创新困难的问题而提出的。NFV在重构电信网络的同时，给运营商带来了降低业务上线成本，缩短业务上线时间、加速业务创新以及构建开放的生态系统等好处。

降低业务上线成本：NFV将传统电信网元软硬件解耦，把原来的专有硬件替换为标准的x86服务器、通用存储、网络设备，并使用云计算技术将服务器、存储、网络设备进行云化。由于“云”的组成节点极其廉价，设备成本和能源功耗得以大大降低。“云”的自动化集中式管理使管理运营效率提升，运营成本降低。“云”的通用性使资源的利用率较之传统系统大幅提升。总体来看，NFV的实施，可以降低运营商的业务上线成本。

图3　影响NFV商用能力关键因素示意图（数据来源：2015年Infonetics）

缩短业务上线时间，加速业务创新：在NFV架构的电信网络中，增加新的业务节点变得异常简单，不再需要复杂的工勘、硬件安装过程。业务部署根据需要申请足够的云化资源（计算/存储/网络资源）之后，安装相应的软件并调测即可。整个过程相对传统电信网元的部署，节省80%左右时间。同时，如果需要更新业务逻辑，增加新的业务，也只需要更新软件并部署即可，不再需要传统电信网络中软硬件同步升级甚至更换的繁琐操作。真正做到了业务灵活调整和扩展，大大降低业务上线时间，业务创新变得更加简单。

构建开放的生态系统：传统电信网络专有软硬件的模式，决定了它是一个封闭性较高的系统。NFV架构下的电信网络，基于标准的硬件平台和简化的软件，更易于开放平台和开放接口，引入第三方开发者，使得运营商可以共同和第三方合作伙伴共建开放的生态系统。

2.4NFV的典型应用场景

NFV典型的应用场景包括多应用共享基础设施资源、灵活弹性伸缩、快速业务部署、跨数据中心容灾、个性化云、多国子网和业务开放创新等。

2.4.1多应用共享基础设施资源/灵活弹性伸缩

NFV架构中，底层的硬件基础设施资源采用云计算技术进行了云化，云化的资源可以灵活分配给上层的应用使用。多种应用可以共享基础设施资源，并根据业务需要进行资源的灵活快速分配，弹性伸缩，提高资源的使用率和效率。

2.4.2快速业务部署

电信网络专有硬件+软件的模式下，要部署一个新的业务，通常需要开发新的硬件和软件，然后增加新的节点，部署过程复杂而冗长。而NFV的架构下，软件和硬件解耦，部署新业务所需的只有软件部分，部署时间大大缩短，如vCPE专线等场景。

2.4.3个性化云

随着电信网络的NFV改造，电信网元的部署不再需要庞大的硬件支撑；对于不同的业务用户，可以灵活分配对应的资源（小到1个虚拟机，大到整个数据中心）。

对于NFV架构的电信软件，完全可以做到模块化设计，根据用户需求任意组装、部署为不同的应用，容量上也可以随意扩展，按需扩容。

比如，根据企业A、B的规模和业务需求不同，可为他们分别部署不同的个性化云服务：为中型企业A部署IMS网络及通信能力、视频会议、语音邮箱、办公自动化等业务；为微型企业B部署独立的小型虚拟PBX、语音会议、即时消息能力；若企业关闭，则资源回收，不影响其他企业。

2.4.4多子网场景

传统的多国或者MVNO方案，对于不同子网/虚拟运营商的网络部署、维护管理难度很大，新增一个子网/MVNO，往往需要花费大量时间进行新增子网/ MVNO业务网元的新建，新增硬件设备、网络节点。

在NFV架构下，对于新增的子网/MVNO，业务部署简单灵活：分配虚拟机资源，安装新的软件，然后上线即可。管理运维也可以集中进行，大大简化子网/ MVNO的网络建设和业务部署流程。

3　实现NFV的挑战以及运营商引入建议

3.1实现NFV对运营商的挑战

NFV的实施并不是简单的软硬件解耦和云化。NFV对传统电信网络除了结构性的改变以外，还面临着交付、运维方式的改变。当然，运营商为了应对这些改变，在内部组织和流程方面也需要进行适应。所有这些，本质上都是在NFV实施过程中需要解决的关键技术点和挑战。

首先，应用层需要考虑应用软件的弹性、可靠性和业务继承性。在NFV架构的网络中，应用会根据话务量的变化而进行弹性伸缩。同一个网元，在业务高峰期和低谷期占用的资源（虚拟机）可能会有非常大的差异。如何保证应用软件在话务量变化过程中灵活地弹性伸缩，而不影响业务，不造成业务中断，如何确保在99.9%可靠性的IT通用硬件基础上仍然具有99.999%的电信级可靠性，如何确保云化之后的软件相对传统电信网元的业务继承，所有这些问题，都需要应用层在云化过程中通过技术手段来给出答案。

其次，软硬件解耦之后， 对于一个网元，其上层应用、云化的Cloud OS、底层硬件可能来自不同的厂家，势必要进行多厂家之间的集成。因此项目交付除了水平集成（网元之间集成），还需要进行垂直集成（同一网元的软硬件集成）。如图4所示。

而传统电信网络的运维，主要是针对软硬合一的网元进行，主要关注的点在于处理设备故障。实现的方式为24h不间断地监控和服务响应，以取得更长的无故障运行时间。在NFV架构的网络中，因为底层的硬件资源是云化的，硬件相关的管理维护属于云的范畴。电信网元已经虚拟化，在日常的运维过程中运维对象更多的是上层的虚拟化电信软件。关注的点主要是软件的可用性，方式为业务快速重建，故障自动恢复，以取得更短的故障恢复时间。此外，在NFV架构的网络中，如何对上层应用更好地进行生命周期的管理，资源的分配和编排，使得运维管理更加的自动化、智能化，也是实现NFV所必须考虑和面对的挑战。

第三，从运营商流程和组织架构看，针对原来软硬合一的电信网元，运营商的组织按照对应的网元，设置前端业务监控和后端各领域的专家即可。但在NFV架构网络中，运营商需要考虑基础设施的管理、上层应用的管理以及整体业务的编排和管理，组织结构需要相应作出调整。分别设置基础设施的保障组织，业务部件的保障组织和业务整体SLA保障组织，如图5所示。

图4　传统网络与NFV网络集成对比示意图

NFV将带来运营商角色内涵的改变和扩展。在流程方面，主要体现在网络组织、运营维护、服务售卖等方面的变化，如图6所示。面对生产工具的革新，只有生产者自身完成升级，才能有效提升生产力。

3.2运营商引入NFV技术建议

经以上分析，运营商引入NFV技术应从以下角度思考：

首次，从引入顺序上看，建议从实际部署难度和商业价值方面来考虑。先从强计算的业务网元入手，逐步推进电信业务云化，深入挖掘虚拟化后带来的商业价值，价值优先牵引落地，稳步提升转发性能，虚实结合，满足现网平滑演进需要。具体策略如图6所示。

（1）从控制到转发，业务控制面新功能需求强烈，具有计算敏感性，适合先行部署；媒体/转发面流量大，性能要求高，影响业务感知，待技术逐渐成熟后部署。

图5　应对NFV技术引入的运营商组织架构转型需求示意图

图6　NFV引入顺序示意图

（2）从核心到边缘，核心网元数量少集中化，率先虚拟化有利于业务创新，以较小代价积累NFV经验；边缘节点数量大，随NFV成熟逐步虚拟化。

（3）从增量到存量，存量网络虚拟化暂时延后，以减少对现网成熟业务冲击，新领域虚拟化有利于提前获取NFV红利，并且利用增量网络逐步迁移存量网络。

其次，从引入领域看，核心网通过虚拟化的IMS 和EPC可快速生成VoLTE新网络，降低传统网络部署周期长的弊端，防止投资浪费，便于后期实现局点之间的负荷分担和容灾备份。具体策略需要根据外场试点情况，借VoLTE大规模上线在信令面网元引入虚拟化，随着技术成熟，考虑对媒体面SBC、SAE GW等进行虚拟化。接入网家宽是新的增长点，高起点设计虚拟化家宽网络架构，支撑公司有效占领市场份额，以vCPE、vBRAS为抓手，统筹考虑ONU/家庭网关等接入设备、OTT视频盒子等业务终端的虚拟化需求，推进固网虚拟化技术和产业成熟。 如部署vCPE可简化用户侧设备，集中实现虚拟化功能，支撑业务平滑升级和快速部署。部署vBAS控制和转发分离，集中控制实现业务灵活发展；分布转发实现高性能流量疏导。

从引入路线看，向目标架构发展可采用两种路线：

（1）逐步演进：核心为单系统单节点引入，渐进式发展。

（2）网络重构：核心为直接以面向多业务的电信云方式引入。

网络功能解耦分三层，根据不同的解耦方式，存在共享资源池、硬件独立和全解耦等方案。如图7所示。

具体可根据不同的网络功能对资源共享、业务快速部署、网络弹性、自主掌控能力的需要以及引入难度，选择不同的建设方案。

3.3运营商转型的目标

面对生产工具的革新，只有生产者自身完成升级，才能有效提升生产力，IT化给我们带来的影响将是深远的，运营商在网络运营管理流程、运营理念、和企业文化和员工技能等方面都可能面临深层转型。

（1）运营管理流程：网络规划、采购、建设变为资源池和网元软件双流程，并且需考虑资源池和网元软件的集成问题。

（2）运营理念：网络运维对象变多，运维复杂度增加，运维效率提升，风险和机遇并存；网络及服务成为可能，用户使用服务体验极大提升，依托开源社区无限扩展合作伙伴，新能力、新产品无限丰富。

图7　网络功能解耦方式示意图

（3）企业文化和员工技能：为了应对新网络组织方式提出的新要求，必须提前布局，加强培训和引导，奠定网络转型和企业转型的基础。

5　结束语

NFV技术是运营商面对互联网发展，从CT到 ICT转型的技术基础，为运营商网络未来发展提供方向，对运营商未来业务发展提供机遇，但是也对运营商传统运营模式和组织结构带来挑战。鉴于标准的成熟度以及实施难度，运营商需要积极与众多供应商、IT厂商紧密合作，探索实现方案、储备人才并在此过程中找到最佳的演进路线。

News

NFV technology development trend and analysis of operators introducing NFV technology

CHEN Hong
（China Mobile Group Fujian Co.， Ltd.， Fuzhou 350108， China）

AbstractAccording to origin and definition of NFV technology， this paper discusses the commercialValue， the scenarios and the challenges of implementing of NFV. In addition， the paper introduces NFV key technology， industry progress， and finally gives recommendations for operators to introduce NFV technology.

KeywordsICT business transformation； NFV； hardware and software decoupled； MANO； SDN； innovation

中图分类号TN929.5

文献标识码A

文章编号1008-5599（2016）05-0001-07

收稿日期：2016-04-20