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1、移动核心网NFV问题以及实践.freel4、VM等开源软件,这主要是因为可进行定制研发,避免功能开发受制于第三方,并实现成本节约。此外,OpenStack7-8提供了开源的云资源管理方案,其功能组件及标准的应用编程接口(API)被各厂家的核心网虚拟化平台所采用,这也为核心网虚拟化层的开发提供了更多的便利。除了计算设备和虚拟化软件的选择之外,物理硬件层与虚拟化层与外部的交互也是需要考虑的关键问题之一。传统的核心网软件直接运行在物理平台上,为保证系统的可靠性,网元软件需要实时采集物理服务器状态,判断电源、风扇、网口、磁盘,甚至芯片等是否工作正常。在核心网虚拟化环境中,网元软件不仅需
2、要了解物理服务器的状态,还需要了解虚拟化软件的状态。而且,一旦物理服务器或者虚拟化软件发生故障,需要将故障映射到相应的虚拟机,以使得上层软件能够正确定位并处理故障。这种状态上报及定位的机制需要云管理平台及核心网软件的共同支持,进一步来说,如果物理层、虚拟层以及网元软件来自不同的厂家,即跨厂家实现核心网虚拟化,我们认为这些状态上报的需要实现标准化。2核心网云管理问题核心网虚拟化后,将打破现有的以网元为中心的软硬件紧耦合的管理模式,转向以资源为中心的软硬件松耦合的管理模式,从而实现跨域,跨地区,跨平台的集中管理,实现资源的智能调度(自动化的扩容、缩容等),这就是基于NFV的核心网云
3、管理。基于欧洲电信标准组织(ETSI)的NFV架构9,我们定义了移动核心网的云系统架构,如图1所示。与传统电信核心网管理相比,核心网云管理增加了对硬件资源、虚拟资源层、虚拟化网元以及完整网络功能的管理和调度。实现核心网云管理的网元功能包括虚拟设施管理(VIM)、虚拟网元管理(VNFM)和虚拟业务编排(VNFO)。(1)VIMVIM负责虚拟化基础设施的管理。主要功能包括:采集硬件资源和虚拟资源的状态信息并上报给VNFM,实现资源监测、故障监测和上报;接受来自VNFM的上层应用请求并进行认证,认证通过后,通过控制虚拟机管理器(Hypervisor)来执行上层应用请求,实现资源的迁移
4、和弹性伸缩。(2)VNFMVNFM负责虚拟网络功能(VNF)的生命周期管理及其资源使用情况的监控。具体包括VNF的添加、删除、更改、查询、扩容/缩容、预留以及VNF所占用资源的动态监控等。以添加一个VNF为例,VNFM需要计算这个VNF所用的计算、存储和网络资源的需求,并根据需求向VIM申请创建虚拟机,在创建成功的虚拟机上加载相关VNF软件并运行。(3)VNFOVNFO负责基础设施和虚拟化网络功能VNF的管理和编排,进而实现完整的网络服务。以IMS为例,VNFO可以通过对呼叫会话控制功能(CSCF)、归属用户服务器(HSS)等VNF的编排进而提供一个完整的IMS网络服务。在多数
5、据中心和多厂家部署的场景下,VNFO通过标准接口可提供跨数据中心和跨厂家的协同管理能力。与ETSINFV的云管理相比,图1中的核心网云管理在以下几个方面进行了增强,能实现更高的可靠性:(1)增加了VIM与硬件资源层间的C1接口,可以及时采集硬件故障信息,并通知上层业务进行快速切换。(2)在虚拟化平台中增加了亚健康的检测机制,对于硬件尚未出现故障但已经出现较多业务失败的场景能够及时感知并进行相应的预防处理。(3)增加了VNFM和VNF之间的C10接口,使业务情况的变化也能及时地为云管理网元所感知,例如当出现业务量陡增,负荷迅速上升的场景时,云管理网元能够迅速感知并进行相应的资源调
6、度,以避免出现过载而导致业务中断。3转发面加速问题核心网转发面设备通常具有较高的转发性能要求,比如承载移动网络数据流量的分组域核心网网关设备。大多数传统电信设备厂家都采用专有的转发芯片以实现高性能转发的目标。随着核心网虚拟化技术的发展,转发面设备的演进路线仍是一个值得深入研究的问题。从物理硬件的分类来看,传统设备采用的专有芯片(如NPU等)转发性能高但扩展性较差,而通用服务器采用的通用芯片转发性能低但扩展性较好。随着硬件技术的发展,通用芯片的计算能力越来越高,通用网卡的转发能力也越来越强(达到10Gb/s、40Gb/s等),同时,数据面开发套件(DPDK)10、单根I/O虚拟化
7、(SR-IOV)11等优化技术的出现,还将进一步提升通用服务器的转发性能。这些都使得核心网的转发面采用通用服务器并引入虚拟化技术成为一个可能,但核心网转发面采用专有芯片设备还是通用芯片仍然是一个复杂且值得进一步解决的问题。从转发面设备的演进路线来看,传统设备中大多采用专有的单板来实现转发功能,而其业务控制处理功能则由其他类型的单板来实现。由于机框单板数量的限制,传统设备通常通过两种单板的配比来实现容量的要求,这在一定程度上限制了转发单板和业务处理单板的独立扩展,难以充分利用硬件资源。转发面网
