中兴通讯发布融合网络管理发展战略

,近期,中兴通讯宣布将网络虚拟化及网络融合管理作为其未来网络管理的战略发展方向和目标。

编者按:《2015年网络功能虚拟化(NFV)报告》将为读者提供关于NFV市场的发展趋势,以及目前取得进展等方面的观点。我们已经开始看到,在运营商,甚至在企业网上,越来越多的概念验证(POC)已经进行了尝试。

中兴通讯认为,网络管理的复杂性及运维成本居高不下的主要原因是由于网络管理系统的孤岛现象造成的,因此提供融合的网络运维管理能力是未来网络运维发展的趋势。为达到这一目标,中兴通讯长期以来一直致力于相关需求的研究工作,并积极推动标准的落地。中兴通讯作为NGMNNGCOR项目的合作伙伴及技术可行性研究项目的关键贡献者,连续两届在TMFWorldManagement上进行技术可行性展示工作。同时,中兴通讯还通过与主流运营商的合作来不断推动这些融合业务解决方案的落地。

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NGMN是国际上22个主流移动网络运营商领导下的联盟,它希望通过一个名为NGCOR的项目来提高网络运行效率,质量服务 ,降低成本,减少产品投放市场时间。 NGCOR旨在建立行业标准,并鼓励针对运营商当前重点关注问题建立全面融合网络运营系统的创新。继今年5月尼斯TMF大会上,中兴通讯与Orchestral Networks、Comarch、Juniper, HP联合进行NGCOR Showcase模拟基站管理与配置获得成功之后,中兴通讯再次与 Orchestral Networks、Juniper,Comarch合作,进一步扩大网络管理范围和功能,在EPC域展示NGCOR的技术演进之路。

1报告概述

同时,中兴通讯也在积极推动NGCOR概念的落地工作。2013年中兴通讯获得了欧洲某运营商网络运维托管合同,该运营商网络涉及网元众多,设备来自多个不同厂商,维护和配置都很繁琐。为了减少网络维护工作的复杂度,提高网络配置的灵活性,中兴通讯计划利用在NGCOR中的研究成果建设一套通用网络适配层。该适配层将:1、连接各EMS,屏蔽来自网络设备的差异性;2、提供遵循3GPP/TMF的统一信息模型;3、为上层OSS/BSS提供开放统一的API;4、与综合网管、配置管理、激活等OSS工具配合,为网络监控和配置工作提供支撑。帮助提升所托管网络的运维效率,加快服务部署,降低运行和维护成本,并缩短产品投放市场时间和提高服务质量

《2015年网络功能虚拟化(NFV)报告》将为读者提供关于NFV市场的发展趋势,以及目前取得进展等方面的观点。我们已经开始看到,在运营商,甚至在企业网上,越来越多的概念验证(POC)已经进行了尝试。因此目前非常重要的一件事情,就是认识到NFV对于整个网络产业所带来的巨大变化。

融合运营不仅有利于管理服务供应商,也同样有利于运营商。据中兴通讯统计,在已经实施的一些多厂商多技术的复杂网络中,融合运营将提高38%的网络运行效率,降低运行维护成本74%,缩短4倍以上的产品投放市场时间。以欧洲某运营商为例,由于管理数据分散在不同的数据库中,造成了高昂的维护成本和市场需求响应缓慢,通过近两年的系统调研和分析,中兴通讯及其合作伙伴为客户规划了一套融合OSS平台,该平台采用网络虚拟化技术,利用TMF框架和方法,提供统一的标准接口,从而达到支持融合网络管理,降低网络管理的复杂性,降低运营成本和提高运行维护效率的目的。平台建成后,将原来的数据库集中到一个统一的集中数据库中,接口数量也会降低80%,这将大大降低管理和维护的复杂度。

NFV以软件的方式实现网络的功能,因此能够部署在虚拟环境,以及通用的标准硬件上。这能够满足运营商及企业中多样化的网络要求,这也是应用、服务器和储存这些基础设施所依赖的。这篇报告主要分析NFV市场中主要的架构/设计、用例和厂商,主要包括:

中兴通讯已将网络虚拟化及网络融合管理作为其未来网络管理的战略发展方向和目标。这种策略将消除由不同供应商的不兼容而引起的技术壁垒,不仅简化了运营商网络的复杂性,最大限度地降低其运营和维护成本,而且也可以帮助服务提供商更加专注于产品交付和客户体验。

■NFV的概述,包括历史、架构组成和潜在的价值;

■NFV技术的主要的业务用例;

■详细分析一下不同厂商,看看目前这些厂商都具有哪些方面的能力,以及不同的解决方案之前的差别。

非常感谢下载这篇报告,希望您能够从中发现有用的资源,有助于您理解和使用NFV的技术。

2 NFV介绍

网络功能虚拟化(NFV)将网络服务与具体的硬件分开。因此,像NAT(Network Address Translation)、防火墙、入侵检测、DNS(Domain Name Service)和缓存这些的网络服务,能够以软件的形式交付,并部署在通用的硬件平台上。这就为网络服务的设计、部署和管理带来了很大灵活性和弹性。

2.1相关历史

NFV最初由一些领先的运营商提出,他们希望能够降本增效,通过快速的推出有价值的服务,提升网络价值。基于专用硬件的网络设备通常非常昂贵,部署维护也非常复杂,这大大限制了运营商在整合业务功能及快速尝试新业务方面的能力。

随着虚拟化应用越来越广泛,运营商也希望能够随时随地根据需要来部署网络功能,不要再受到专用的设备或者网络拓扑结构的限制。他们认为如果能将网络服务与具体的硬件分离开,就能够适合虚拟化的部署,这样的部署方式能够支持包括服务器、存储,甚至其他网络在内完全的虚拟化基础设置。

因此,一些运营商建立了一个ETSI(European Telecommunications StandardInstitute)的ISG(IndustrySpecification Group),来加快NFV的发展。这个NFV的ETSI ISG建立与2013年1月,目前已经开展的工作主要在网络功能虚拟化在电信网络中的需求和架构方面。

在2014年9月,由Linux基金会发起的OPNFV(Open Platform for NFV)项目启动,这是一个基于开源的,运营级的集成平台,目标是使NFV相关的新产品和新服务能够尽快形成产业。通过利用开源社区中积累的资源,使ETSIISG所提出的参考标准能够落地。ETSI ISG和OPNFV将会密切合作,共同推动NFV概念和技术的发展。

通过在运营商和一些企业环境中的NFV尝试,我们将会看到一些产业界的努力成果。在过去的一年中,已经在企业和运营商环境中进行了一些POC试点,我们将在报告的后面看到这些试点相关的业务用例。

2.2 NFV与企业网的关系

很多的企业网络与运营商网络的差别并不是那么大。在高度虚拟化的应用、服务器和存储架构环境中,企业同样能够充分感受到NFV所带来的高效和灵活。原来越多的企业将业务流程迁移到云上,而NFV所提供的虚拟化服务能够整合到云平台,提供云平台所需要的网络服务。这也是我们开始关注企业网的原因。特别是对于那些希望通过将功能整合在通用硬件平台上,以降低成本的企业;希望为用户和客户快速推出服务的企业;希望部署NFV进行POC试点的企业。

2.3 NFV与SDN的关系

NFV是SDN(Software-defined Networking)的补充。SDN提供的是集中化的网络控制和管理。SDN和NFV虽然都能够改进网络的整体可管理性,但是两者的目标和方式有所差异。SDN通过将控制面和转发面分离来实现集中的网络控制,而NFV的主要重点是优化网络服务本身。这两种技术看起来属于不同维度,利用SDN技术在流量路由方面所提供的灵活性,结合NFV的架构,可以更好的提升网络的效率,提高网络整体的敏捷性。

3 NFV的目标

各个企业使用NFV都是为了支持要提供的业务,包括有线和无线网络中的服务。NFV的目标是帮助这些企业降低部署、管理和维护网络的成本,同时提供更好的弹性和敏捷性,以适应业务需求变化的要求,支持功能变化和扩展,加快业务推出的速度。总的来说,NFV可以帮助企业达到以下目标:

降低投资成本(CapEx)

使用通用服务器以降低硬件成本。市场上有大量的通用服务器提供商,市场规模增加和竞争的加剧将会导致成本的降低。

以软件的方式提供这些服务后,企业可以不用再被迫依赖特定厂家的硬件网络设备。这就意味着,以前少数厂商利用私有设备带来的红利不复存在。

统一的通用服务器架构能够为企业数据中心带来冗余性和可用性。企业不在需要购买和维护昂贵的设备备件。得益于共享的虚拟化基础设施,出现故障时可以通过简单的迁移保证系统的容量和性能。

使用便宜的通用设备带来的另一个好处是,企业能够更快的淘汰旧设备,这样可以提高网络的整体性能。网络的升级周期从5~7年缩短到2~3年后,企业能够持续的、更加有效的满足网络需求,提升服务器生命周期内的使用价值。

降低维护成本(OpEx)

软件的方式能够使企业更快、更方便的修改和扩展功能,来满足变化的需求,同时最大化通用硬件的利用率。一台服务就可以提供多种能力,不需要部署、管理和维护多种专用的硬件设备。

随着设备使用效率的提升,企业可以降低设备部署所需要的空间、电源和制冷等方面的开销。标准的硬件的使用往往可以通过一些成熟的技术来优化,这些技术在云提供商(如Facebook、Google)的大规模数据中心中已经在使用。

通用服务器所采用的自动化维护流程能够简化系统上线和维护的过程。使用标准化的硬件,以及像Hypervisor和业务编排系统这样的标准化软件,往往可以使用自动化脚本和平台,这能够将管理的平均效率提升10倍、100倍,甚至1000倍。

总的来说,虚拟化的功能可以提供更好的灵活性,降低管理的复杂度。通过快捷方便的模板化部署方式,在整个企业内进行功能迁移变得更加简单。

缩短产品上市时间(Time-to-Market)

虚拟化的功能能够方便的进行安装提供,这使企业在合适的时间和位置快速的部署所需要的服务。

虚拟化的功能能够帮助企业降低尝试新业务的风险。使用通用的框架,以及业务编排框架所提供的动态故障恢复能力使企业大大降低了部署厂商新产品的风险。低成本和高灵活性能够根据需要进行功能迁移和扩展,这促进了服务创新。PoC和试点可以在小范围内快速的实施,快速的进行原型验证,从而使企业可以更好的对系统进行调优,为大规模部署提供保障。

提供灵活性和敏捷性

因为企业可以不用分摊昂贵的设备成本,也不需要考虑为设备阶段性功能投入的资金(比如,为了给单个用户提供某个新服务,需要投入数十万美金的资金),他们就可以快速方便的满足客户的需求。现在,企业可以通过一组服务器来提供一次性服务或者短期使用的服务。

能够更方便的根据客户的需求和业务的变化,来关闭、迁移、扩展和配置相关的服务,这使企业能够在全球随时随地的提供服务。

4 NFV架构的组成部分

NFV的架构使网络功能能够动态的定义,这使得网络功能的构建和管理能够更好的支持企业的网络环境。虚拟网络功能(VNF)能够利用物理和虚拟的基础设施资源进行部署,这能够满足企业对于可扩展性、性能和容量方面的需求。这使得运营商和企业能够快速的部署新服务,同时是现有平台的投资收益最大化。

一般来说,NFV的架构包含三个组成部分:

■虚拟网络功能(Virtualized Network Function,VNF)——由软件实现的网络功能;

■NFV基础设施(NFV Infrastructure,NFVI)——构成基础设施的硬件资源(服务器、存储、网络)以及虚拟化的实例;

■NFV管理和业务编排(NFV Management andOrchestration)——管理和控制层,主要集中在贯穿整个VNF生命周期的虚拟化管理功能。

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每个组件有包含了一些不同的NFV技术,企业通过使用这些技术可以获得更好的灵活性、可扩展性和高效性。我们将看看NFV架构中的每个组件(功能模块)所包含的技术和解决方案。

4.1 VNF

一个VNF是一个网络功能的虚拟化的实例,它可以部署在虚拟化或非虚拟化的网络中。这些网络功能可以共同形成一个网络服务,既可以部署在单个VM上,也可以跨多个VM部署,这取决于企业本身采用的架构。在某些情况下,VNF也可以运行在物理服务器上,并通过物理服务器的监控管理程序(Hypervisorand provisioning system)进行管理。

一个VNF一般由EMS(Element Management System)管理。EMS负责安装、监控、错误日志记录、配置、记账、性能和安全等管理功能。EMS与网管系统通过北向接口相连,与VNF通过南向接口相连。在运营商环境中,EMS还提供OSS(Operation Support System)所需要的基本信息。OSS和BSS(BusinessSupport System)是支撑各种端到端的电信服务(如订单、账单、续约、排障等)所需要的主要管理系统。需要注意的是,NFV的规范主要集中在于现有OSS/BSS解决方案的整合,而不是虚拟化OSS/BSS的能力升级。

4.2 NFVI

NFVI是网络基础环境中的所有硬件和软件资源,不同企业之间差别会非常大。这主要取决于网络本身的复杂度和物理分布情况。需要注意的是,NFVI包括了不同物理位置之间的网络连接(例如,数据中心和公有/私有/混合云的连接)。物理资源通常包括通过虚拟化层(Virtualization Layer)提供计算、存储和网络连接能力的设备。其他一些维护性的服务,例如服务目录、外部测试、外部监控等将来也会加入到NFVI中。系统的稳定和性能方面越来越依赖于这些服务,这些服务已经逐渐成为基础设施中非常关键的一部分。

虚拟层在硬件之上对资源进行抽象,从逻辑上将资源划分并提供给VNF使用。(这将VNF的软件与底层的硬件解耦,这样VNF能够使用适当的虚拟化资源进行运作)。

NFV的部署并没有规定具体的解决方案。事实上,NFV的架构可以利用现有的虚拟层技术(如Hypervisor)的标准功能,进行硬件资源的抽象,并分配给VNF。在没有Hypervisor的情况下,企业也可以利用非虚拟化服务器的操作系统来提供虚拟化层,或者将VNF当做一个应用程序来部署。

4.3 NFV管理和编排

NFV管理和编排(NFVManagement and Orchestration NFV-MANO)的架构由编排器(Orchestrator),VNF管理(VNF Manager),虚拟化基础设施管理(Virtualized infrastructure manager,VIM)组成。NFV-MANO负责管理和维护数据存储、参考点(reference point)和接口,使组成服务的各个组件能够进行数据的交换,从而对NFVI和VNF的运行进行编排协调。

Orchestrator对VNF和NFVI所提供的端到端网络服务进行编排、管理和自动化操作。通常会由一个Orchestrator对NFV服务实现进行总体的管理。

VNF Manager负责VNF的生命周期管理,包括实例化、升级、查询、扩展和终止。可以部署多个VNF Manager,这取决于一个Manager对应一个VNF,还是一个Manager可以管理多个VNF。

VIM用于控制和管理VNF与底层的计算、存储和网络资源的交互。VIM有权限范围的限制。VIM常常是虚拟层的一部分,而不是独立的方案。因此企业所采用的虚拟层(Hypervisor方式、OS方式或者应用程序方式)技术可以继续沿用,来支持VIM的功能。VIM提供了底层基础设施的可视化管理和资源管理,主要包括:

■NFVI可用资源的清单;

■分配可用虚拟化资源

■基础资源的运行管理,以及资源分配的调整,优化使用效率

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5 NFV的应用案例

NFV未来的潜在应用将是没有边界的。但是目前已经有一些应用案例已经得到普遍的认可,也有了市场的驱动力。主要包括:虚拟的RAN、移动核心网和网络边缘。ETSI也主导推动了一些概念验证(POC),详见www.etsi.org/technologies-clusters/technologies/nfv/nfv-poc。我们下面要描述的通用业务用例将会覆盖上述很多的实际部署案例。

5.1虚拟网络功能

为了帮助客户连接、扩展和保护他们基于云的应用,云计算提供商正在寻找一种经济有效的方式,能够为客户提供按需的网络功能实例,如虚拟路由、VPN、4~7层的加速和安全服务。通过将原先运行在专用设备上的这些功能,通过虚拟化技术迁移到基于COTS服务器的一台或一组虚拟机上,服务提供商在降低资金成本的同时提高整体的灵活性。这些虚拟化的网络功能可以按照规模和使用时间提供,以满足客户变化的需求。到目前为止,前期的POC已经成功验证,通过管理,控制和数据平面的分离,能够支持这些更加灵活的部署模式。提供商能够根据需要,通过4~7层的应用构建业务链,并且确保使用通用的硬件也能够满足性能方面的要求。这也验证了NFV的有效性和价值。

5.2虚拟化/云化的无线接入网(RAN)

移动服务提供商需要在控制成本的同时,提升部署上线更多RAN(Radius Access Network)的能力。为了能够增强竞争力和增加用户基础,就需要开展新的业务,扩大偏远地区的网络覆盖,以提升服务。可以将原先运行在基站专用硬件上的功能,迁移到当地通用服务器的一台或一组虚拟机上,上移至汇聚接入点,或者云平台上。这能够使运营商降低投资成本并取得规模经济效益。

即使对于基站功能(如eNodeB),使用通用的计算平台也能够使运营商获得更好的灵活性。这是一种经济有效的方式,可以根据需要进行部署,也可以确保服务的冗余保护,能够全面提升可用性和可靠性。RAN的虚拟化结合移动核心网的虚拟化,能够支持自包含(Self-contained)的部署方式,这能够用于偏远地区的服务提供,从而提升客户满意度,扩大收入。前期的POC已经实现了管理、控制和数据面的解耦,证明这种灵活有效的部署模式是可行的。这样也能够通过减少控制面与数据面的相互干扰,降低时延,提高整体性能。

5.3移动核心网的虚拟化

移动运营商在进行网络升级,以满足偏远地区和新市场需求的同时,也希望能够降低投资成本和运维成本。通过将原先运行在专用硬件上的功能进行虚拟化,部署在云环境的通用服务器上,能够使运营商有机会大幅度降低成本和提升效率,支持企业的发展。能够虚拟化的服务包括:IMS、EPC、MME、S-GW、P-GW、HSS和PCRF。

将这些功能部署在通用服务器上不仅仅能够降低成本,也能够降低运维成本。因为虚拟化的版本更加容易管理、配置和部署。运营商还可以在云平台上对多个功能进行部署或合并,并且可以非常方便的部署冗余服务。这些冗余服务可以非常快速的上线,从而提高可靠性和可用性。POC已经成功验证,利用NFV的框架可以满足移动核心网的功能虚拟化在时延、吞吐量和抖动方面的要求,可以进行这样的迁移。

5.4虚拟化边缘(虚拟用户设备(Virtualized Customer Premises Equipment,vCPE)和虚拟用户边缘(Virtualized Customer Edge,VCE))

固网宽带、OTT服务提供商和企业都在寻求如何降低成本,并简化分布式的网络。服务提供商都不想仅仅只提供简单的互联网接入业务,而是希望为个人和企业用户提供更多的服务,从而增加业务收入。这意味着,他们需要在不用实际去现场部署(上门服务)、升级和更换硬件的情况下,就能够为用户增加新的功能和服务。OTT服务提供商也在寻找一个更加灵活的架构,使他们能够在现有的基础设施之上,经济有效的部署增值服务。企业用户希望能够简化远程分支机构的管理、性能优化以及在线功能升级,同时还要降低成本。

边缘虚拟化的解决方案包含了几种不同的架构:

■vCPE——CPE功能的虚拟化可以在用户侧的通用平台上动态的提供新的业务。这些平台通常可以支持几种Hypervisor或类似的功能,能够安装多种VNF。

■vCE——将CPE的一些功能运行在数据中心(一般在CO或者区域节点)或者其他POP(Pointof presence)里。这种部署方式一般包含一个部署在用户侧的简单的网络接口设备(NID),提供用户设备和数据中心中的vCE实例之间的连接。

相比较专用硬件的CPE方案,虚拟化网络边缘的解决方案利用了通用计算平台的优势,非常经济有效。利用软件和云管理平台,服务提供商能够降低推出新业务的成本。只需要通过线路将新的VNF模块下发到vCPE或VCE上即可,而不需要淘汰硬件。在数据中心的虚拟机基础架构上部署多个vCE,还可以获得更大的规模经济效益。

前期的POC已经成功验证,利用通用平台的vCPE和vCE部署方案证明使用NFV的虚拟化方式可以取得很好的性价比。一些服务提供商和企业已经在使用vCPE的平台。这些平台通过云进行提供和管理,可以在线下载VNF。其他一些服务提供商和企业也已经证实,vCE平台是一种提供多租户的安全灵活的方式,同时这也可以降低部署、管理和维护用户侧设备的成本和复杂度。这些POC已经演示了一些高级的4~7层服务,包括防火墙、IPS(Intrusion prevention)和病毒防护(anti-virus)能够以业务链(Service-Chain)的形式动态的,按需提供给单个的客户,从而创造新业务增长机会。

6 NFV的演进

NFV的发展目前还处于早期的阶段,这就意味着整体的架构和部署方式还在演进之中。围绕着NFV的解决方案需要包含的标准和能力,还存在着很多的争论。以下是一些目前最热门的争论:

NFVI的组件

■每个VNF都倾向于使用自己的EMS(Element Management System),但是问题在于,如何通过统一的管理界面(A single pane of glass)进行管理。由于不同VNF的特性差别很大,能否通过单个EMS来管理多个VNF还不确定。也有可能还是单个EMS管理单个VNF,然后通过VNF-Manager进行交互。如果这个问题不能解决,NFV在降低运维成本方面的作用将是有限的。

■下一个问题与VNF-M的标准相关。有很多的VNF的提供商也提供自己的VNF-M。在很多情况下,使用自己私有的API来控制自己的VNF。这就需要一定的时间来进行标准化,这样不同厂商的VNF才能够通过相同的VNF-M进行控制,从而降低OpEX。

性能和监控

■将多个VNF部署在一台服务器上会对性能带来多大的影响,目前还不知道。大部分的基准测试都是在单个硬件平台上运行单个VNF。但是在实际部署时,会存在多个VNF运行在单个服务器的情况。这些平台如何解决潜在的相互干扰,以及资源保护问题,目前市场上还没有一致的观点。厂商解决潜在性能问题的方式主要包括:

■针对目前对于实时Hypervisor(Real-time Hypervisor)如何提供更好的调度保障(Scheduling Guarantee)能力的讨论,Intel和其他一些芯片制造商正在开发提升缓存管理的优化解决方案。

■很多VNF采用PCI Pass-through技术取得更高性能,但是这不是一个合理的长久解决方案。因为这阻碍了硬件资源的共享,是VNF依赖于特定的硬件形式和版本。这削弱了NFV在可移植性方面的优势。

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