面向5G的电信NFV解决方案

作者:爱立信(中国)通信有限公司 责任编辑:甄清岚 2019.01.02 08:38 来源:通信世界全媒体

通信世界网消息(CWW)随着移动宽带MBB流量的进一步冲击,加之大规模物联网以及未来企业级的特殊5G用例需求,运营商早期部署的NFV网络面临一些新的挑战,比如设备种类繁多、弹性不够、扩展性不好、网络运营体系成本偏高,同时还难以实现新业务的快速部署,一些面向未来的演进问题亟待解决。

最近几年,5G相关标准陆续发布、冻结,未来电信网络的愿景也逐渐被勾勒出来。首个商用部署的5G网络预计在2020年问世。图1从较高的层面展示了5G网络的生态愿景。该生态愿景被描绘成3层。

image002.gif

图1  5G网络生态愿景

图1中最底层是物理资源,诸如计算、网络、存储等分布于后台的数据中心、核心网、无线接入等。这些物理资源被抽象出来后,形成了图中的第二层,在这一层,网络功能和其他增值应用被虚拟化成一些逻辑实体。而最顶层包含了各种各样的服务,这些服务将使用虚拟化逻辑实体提供的API。同时,这些多样的服务相互隔离却又共享着同一个通用平台。从图1不难看出,位于最底层和第二层的“资源层”和“虚拟化层”很容易映射到ETSI定义的NFV架构的相应或类似层里。所以NFV支撑5G的演进是不可或缺的必由之路。

1546389709979025875.jpg

图2  ETSI的NFV定义与5G的切片需求相互映射

5G网络的另外一个重要特征便是切片。如果将ETSI的NFV定义与5G的切片需求相互映射,便能得到图2所示的内容。图2中VIM仍然负责基础架构的管理,VNFM负责切片的管理,NFVO则在业务层面进行管理。由此不难推论,ETSI定义MANO,其实已经暗含了5G网络对NFV提出的一些支撑需求(如图3所示)。

1546389780294039494.png

图3  5G网络对NFV的需求

NFV在通往5G网络演进之路上扮演的角色已经是业界共识。所以,业界在定义当下虚拟化网络演进策略及部署方案时,需要尽可能站在未来5G网络的需求上;同时,更应面对当前部署NFV的一些真实挑战,尤其是从早期部署NFV的先锋运营商那里汲取宝贵经验。

1546389780319038874.png

图4  爱立信NFV部署实践

如图4所示,过去几年,爱立信在各种场景下,帮助很多先锋运营商实践了NFV的部署,积累了很多宝贵经验。从最近几年部署NFV的经验来看,一些值得注意的因素是阻碍这一进程的关键。图5展示的是最新的第三方机构调研结果。

1546389780332001187.png

Source: Ericsson elaboration on IHS Technology “NFV Service Provider Strategies” 2017

图5  部署NFV影响因素

数据显示,两个主要因素成为近年来部署NFV的最大挑战:一是产品成熟度和健壮性,该因素在2016年的相同调研中,同样是处于TOP3的因素之一;二是多厂家VNF的集成,这是2017年调研中逐渐凸显出来的挑战,也显示了运营商在NFV系统集成方面愈加成熟的理解和体验。有趣的是,这一挑战在2016年的时候,更多地集中在VNF与传统网元的集成。但在2017年,又增加了一个新的内涵,即多厂家的系统集成。

因此,一个可靠、高性能、有弹性、面向未来的NFV概念将会成为当下NFV部署的策略。

面向5G的NFV整体方案架构

图6描绘了爱立信面向5G的NFV整体解决方案。整个解决方案除了VNF网元自身外,最重要的两个基础架构组成部分为网络编排器(Orchestrator)和NFV基础架构(NFVi或NFV Infrastructure)。

1546389780364009005.png

图6  爱立信面向5G的NFV整体解决方案

在编排器方面,方案着力强调对多厂家虚拟化网元,甚至是现存网元的统一支持。同时,编排器自身应具备充分的弹性,以适应不同数据中心的需求。在基础结构方面,方案主要解决可用性和高性能的问题,同时在技术的前后向兼容方面也会有良好的支撑。

为满足前面提到的“可靠、高性能、有弹性、面向未来的”NFV概念需求,爱立信NFV基础架构解决方案在遵循标准化组织及相关开源社区的基础之上,做了以下几方面的大力增强(如图7所示)。

1546389780407063226.png

图7  爱立信NFV基础架构解决方案优势

全开放:易与第三方云应用软件、云管平台、硬件集成,避免运营商设备与某一厂商绑定,标准化平台为运营商培育云网络生态链提供保证;

高可靠:虚拟化管理软件1+1+1备份,板卡故障监控与自动恢复,为应用软件提供增强型备份机制,提供电信级(99.99%)高可靠性云平台;

保安全:安全认证集中管理,租户网络安全隔离;

易管理:电信级故障与性能管理,平滑升级与回退,自动备份与恢复;

高性能:低延迟、15倍高吞吐率,高性能三层交换,降低接通时长与通话时延;

快速部署:云系统快速安装部署,应用软件快速安装部署(10分钟内)。

上文提到,阻碍NFV部署的显著因素之一就是系统集成,尤其是面临多厂家、老旧设备混杂的复杂场景,这一矛盾更加突出。

1546389780418075099.png

图8  不同方案可能面临的集成风险

如图8所示,最右边“全解耦”方案无疑将面临最高的集成风险。爱立信提出“Compact NFVi”和“NFVi预集成”两个概念。前者将以一种简化的高效方式构造NFV架构,在结合5G的切片理论后,可以以最快的速度将业务推向市场。而后者以“预集成”“预验证”的方式,降低后期部署的集成风险。两个理念的最终目的,都是希望借此帮助运营商在两种极端集成场景之间取得平衡。

爱立信花费数年时间以及很大的投资,选择、集成、测试了几乎所有主流厂商的NFV组件,以期为运营商提供可期望、可靠、符合电信标准的NFVi解决方案。这样的理念已经成功应用于全球的主流运营商客户。

NFVi预集成的概念主要致力于大幅提升运营商部署NFV的速度,预集成方案完全满足ETSI的各项要求,同时集成了性能管理、故障管理、备份与恢复等电信级的功能需求。

1546389780425010176.png

图9  爱立信预集成的NFVi解决方案组成构件

爱立信预集成的NFVi解决方案主要包括如下几个构件(如图9所示)。

网络编排和管理

通过使用爱立信的编排器(Ericsson Orchestrator),运营商可以更加容易地对网络安装、发布、生命周期等进行管理,同时也能部署跨越虚拟环境和物理资源的应用和服务。爱立信自动编排器同时支持预定义和用户定义的工作流,最大限度地满足部署时对可靠性和部署时间的要求。爱立信网络编排器除了遵从ETSI的NFVO标准外,还赋予了跟多弹性及自动化的能力,也为多厂家集成提供了大量SDKs和APIs,如图10所示。

1546389780445093248.png

图10  爱立信网络编排器

电信级的VIM

爱立信的VIM基于多种因素的考量,进行动态资源的分配。这些因素包括:高可靠性、高吞吐率、低时延、信任租户隔离、自动化虚机恢复等。爱立信的CEE(云平台环境)将在这个过程中持续监测性能和系统故障情况,并及时上报编排器所需要的信息。

软件定义网络(SDN)

爱立信Cloud SDN为无缝的数据中心内或数据中心之间物理资源、虚拟资源及基于容器的工作负载提供连接。它合并了OpenDaylight控制器和高级路由能力,用以支持NFV负荷的自动化服务。

软件定义基础架构(SDI)

爱立信软件定义基础架构(SDI)从一个单一的基础架构,创建多个虚拟化的性能优化的数据中心(vPODs),每一个vPOD都被优化给一个特定的服务和应用。同时,SDI可迅速地对资源进行再分配或移除。

基于上述4个主要构建,爱立信提出的面向5G的NFV架构主要在如下几个方面给出主要的定义,同时也是NFV往后演进的主要发力点。

1.编排能力:基于ETSI,面向5G的NFV架构应实现高弹性、高可扩展性,以及跨越多个云环境的能力;同时,面向5G的NFV架构要着力于自动化的网络资源分配、端到端的SND控制器编排、支持更高级的网络编排需求,比如网络切片等。

2.可扩展性:在可管理的负荷方面,一个专门的数据中心(vPODs + VIM)总规模应当在10000个VIM的容量,以满足5G基础架构的需求。

3.安全性:运维和管理的流量中,面向5G的NFV架构应将租户的的业务彻底分离,实施一个实时的安全事件管理的解决方案。

4.多厂家VNF:面向5G的NFV架构需继续保持既有的开放性,基于ETSI标准,在基础架构层面提供更加广泛的适配能力和互操作性能。

5.自动化业务能力和生命周期管理:自动化能力应确保跨越整个方案的能力,而不是仅为某个单独的组件;同时,自动化管理应基于“智能分析”的概念对故障、性能、生命周期进行综合研判。

6.电信级云平台:坚持硬件的高可用性和高可靠性,传统电信网络的地理容灾、自动灾备以及冗余控制,均要在NFV框架下得到落实甚至增强。

7.支持分布式数据中心:网络编排器具备跨越多站点的能力,无论是针对何种规模的数据中心,均能提供高效、电信级的基础架构,服务于电信负载;同时,对于分布式数据库也要具备集中管理的能力。

8.性能优化:在微观层面,面向5G的NFV架构支持并部署诸如SR-IOV、DPDK之类的优化方案使用智能NIC,分担CPU的负荷。

通过DevOps完成高效的VNF交付

有了高效且富有弹性的NFV网络编排与管理,有了强壮的NFV基础架构,在向运营商交付和部署VNF时,还需要一个有效部署方式用以充分利用NFV的最大价值。爱立信近年来已全面引入DevOps理念,与运营商就这种高效的部署方式进行实践。目前,爱立信已在日本运营商中获得了大量实践案例和相关经验。

1546389780454098890.png

图11  爱立信“6步模型”交付方式

如图11所示,早在2009年,爱立信就开始论证“6步模型”的交付方式。整个过程立足于其研发的“One-Track”原则,目前已做到按月交付软件。尽管尚有很多细节问题需要与运营商共同探讨解决,但就目前的实践进度而言,DevOps在NFV领域的软件交付已经取得了显著的效果。通过“6步模型”,目前爱立信能实现以月为单位的软件交付,保证业务及时投向市场,降低了软件版本的差异,也等于降低了升级的复杂度。同时,软件的分发也实现了自动化,软件的升级也大大提高了效率。以升级EPC为例,传统的方式大约消耗数小时的时间,而采用DevOps流程,这一过程大幅压缩,降至分钟数量级。

面向5G的NFVi演进

NFVi演进将继续升级变得更加模块化,这也是5G应用对基础架构提出的基本需求。NFVi还将在“自动化”方面继续升级演进,以降低5G网络的OPEX,提升超越IT产业的可靠性和可用性。在性能方面,NFVi将继续在各个层面提升I/O能力。

爱立信NFVi将采用业界领先的OpenSource系统全面支持容器(Container as a Service),实现自动部署、扩缩容管理及容器化部署,同时也将继续探讨向后兼容虚机的部署可行性,期望最终实现混合化的NFV基础架构(如图12所示)。

1546389780467044840.png

图12  混合化的NFV基础架构

结语

曾经为通信需求打造的网络,当前正转型服务于各种各样的连接需求和业务需求。从上层传导下来的诸如可编程、自动化、敏捷性等需求,已经落在虚拟层上,从而为NFV的定义赋予了更加深远的涵义。虽然有关社区和行业都在为2020年的5G目标有效地推进着相关标准和共识,但针对NFV的优化与演进,仍然有一些问题值得业界探讨。


发表评论请先登录
...
CWW视点
暂无内容
...
CWW专访
暂无内容
...
产业
    暂无内容