NFV技术在城域网中应用的研究

1、 NFV 技术在城域网中应用的研究摘 要：NFV 作为网络演进的关键技术，将在未来 IP 城域网中发挥重要作用。笔者主要探讨 NFV 技术原理及在城域网的部分应用场景，介绍了 vBRAS 及 vOLT 的实现方式及未来网络架构的变化。面对新的网络架构，网络维护方式也将向DevOps 方向转化，从而降低网络维护成本，提高新业务部署速度。作为一种新兴技术，NFV 也存在一些问题，需要在实践中不断检验与完善。关键词：NFV；城域网；vBRAS；vOLT；DevOps目 录 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc14720497 1.引言 PAGEREF _Toc147204

2、97 h 3 HYPERLINK l _Toc14720498 2.NFV 技术简介 PAGEREF _Toc14720498 h 3 HYPERLINK l _Toc14720499 3.NFV 技术应用 PAGEREF _Toc14720499 h 5 HYPERLINK l _Toc14720500 3.1.vBRAS PAGEREF _Toc14720500 h 5 HYPERLINK l _Toc14720501 3.2.vOLT PAGEREF _Toc14720501 h 7 HYPERLINK l _Toc14720502 4.结 语 PAGEREF _Toc14720502

3、h 9引言宽带网络是国家战略性公共基础设施，国家早在 2013 年就提出“优化架构、提升容量、智能调度、高效可靠”的建设思路。电信网络经过了模拟通信、数字通信、互联网通信阶段， 目前全球通信产业已开始进入第四个历史阶段，即软件定义 网络（SDN）阶段，这一阶段的主要技术特征是网络架构变革， 即从垂直封闭架构转向水平开放架构，体现在网络控制与转 发分离、网元软硬件的解耦和虚拟化、网络的云化和 IT 化等多个方面，代表性技术有 SDN、NFV 和云计算等。全球著名运营商 AT&T 早在 2014 年年底就宣布，在2020 年，将彻底完成网络转型，整个网络 75% 由软件组成， 通过 SDN 和 N

4、FV 将网络控制放入云中和用户手中。针对未来网络发展演进，国内主流基础网络运营商中国电信发布了中国电信CTNet-2025 网络架构白皮书，中国联通发布了中国联通新一代网络架构白皮书 CUBE-NET 2.0，为未来网络发展演进指明了方向。NFV 技术简介NFV（Network Function Virtualization）即网络功能虚拟化，NFV 技术核心思想是通过 x86 服务器上的虚拟化技术实现专用网络硬件的功能，实现软件和硬件解耦。NFV 统一化的硬件平台架构，使得运营商可以采购通用硬件平台叠加相关软件的方式来替代现有独立专用硬件设备，提升硬件资源循环使用率，降低技术门槛和开发成本，

5、并大幅降低运营商的投资成本（CAPEX）和运营成本（OPEX）。欧洲电信标准化协会（ETSI）制定了 NFV 相关标准，NFV 标准架构如图 1 所示。图 1 NFV 标准架构Virtualised Network Function（VNF）：虚拟化的网络功能。Element Management System（EMS）：网管系统可以管理一个或多个 VNF。可以使用原网管系统统一管理虚拟化和非虚拟化网元。NFV Infrastructure（NFVI）：它将硬件相关的CPU/ 内存 / 硬盘 / 网络资源虚拟化。Virtualised Infrastructure Managers：实现虚拟化

6、基础设施管理，负责对物理硬件虚拟化资源进行统一的管理、监控、优化，比如OpenStack。VNF Managers：负责 VNF 的生命周期管理。Orchestrator：编排器，负责 NFV 基础资源和上层软件资源的编排和管理，这种编排能力可以根据业务的需求， 调整各 VNF 所需要的资源多少，在各机柜、机房、地域之间迁移 VNF 等，是自动化部署的核心能力。OSS/BSS：业务支撑系统（BSS）与运营支撑系统（OSS）。需要最大限度减少对现有 OSS/BSS 的影响。为了适应NFV 趋势，OSS/BSS 本身要支持运行在云计算平台上，同时支持和 VNF Manager 和 Orchestr

7、ator 互通。Orchestrator、VNF Manager(s)、Virtualised Infrastructure Manager(s) 这三部分，共同组成了 NFV Management and Orchestration（NFV MANO）。NFV 技术应用vBRASBRAS 设备是城域网的关键节点，负责用户接入、控制策略实施等，但专业一体化设备实现业务功能与硬件强相关，给新业务部署带来很大难题。vBRAS 是 NFV 技术在 IP 城域网中最早应用的领域之一，其发展至今大致可以分为两个阶段。一阶段仅仅实现专有硬件功能的软件虚拟化，具有将BRAS 设备从专有硬件平台迁移到通用硬件

8、平台的功能。二阶段在一阶段基础上分离 BRAS 设备的控制面和转发面，极大提高了网络资源的利用率及业务编排的灵活性。转控分离后的 vBRAS 系统功能架构图如图 2 所示。图 2 vBRAS系统功能架构vBRAS 系统分为 BRAS-CP 和 BRAS-DP 两个部分。BRAS-CP：定位为用户控制管理部件，主要功能包括用户管理、资源分配、业务配置、告警上送及对数据面BRAS-DP 进行管理。同时 BRAS-CP 与 MANO 系统交互， 完成 CP 系统部署以及弹性扩容。BRAS-DP：包含两种数据面转发设备形态，分别为专用硬件转发（NP/ASIC/ARM）以及 X86 CPU 转发。专用硬

9、件转发能力强，但是通用性差、标准不统一，X86 CPU 转发通用性好，虽有 Intel DPDK 等的支持，但是目前与专用硬件转发相比能力较弱，可以根据应用场景的不同进行组合应用，满足不同场景的需求。与 vBRAS 系统交互的业务系统包括业务系统（Radius Server、DHCP Server、Portal Server 等）、基础设施管理系统（MANO）及网管系统（EMS）等。引入转控分离vBRAS 后的城域网架构设计如图 3 所示。vOLT进入全光网络时代后，OLT 是接入网的关键网元，而且数量众多，vOLT 的引入将大大降低运营商 CAPEX。AT&T 的 OLT 解耦如图 4 所示

10、。图 3 城域网架构图 4 AT&T 的 OLT 解耦全新的OLT 架构通过OLT 设备的解耦来消除厂商依赖。首先把传统OLT 设备控制板上CPU 运行处理的控制功能（包含 ONT 绑定、认证、VLAN 分配管理、IGMP、OAM 等） 移到网络中的 X86 服务器上（图 4 中的 vOLT app）。控制板控制、配置、管理交换板和 GPON 线卡的功能被 SDN 控制器取代，交换板的功能被端局中的叶子交换机取代，OLT 中的 GPON 线卡被 1U 的只有 PON MAC 功能的开放 GPON 线卡刀片取代。每个开放 GPON 线卡刀片通过 40Gbps 上联端口连接到 ToR 交换机。这些

11、刀片不是多线卡的 OLT 系统的一部分，而是独立的设备。vOLT 和 vBRAS-CP 可以统一部署于云端，其上部署业务编排层，对接 OSS/BSS 系统。将现今高度依赖部署电信设备的传统网络转为完全基于开放硬件和开放软件的模式。这是近几十年来网络架构方面最具破环性的创新，将给电信业带来巨大的影响，包括网络运营商和电信设备商。新架构下的网络加速 CT 向 IT 的融合转换，为保持整体架构的可扩展性及弹性，开发和运维的环境将渐渐融为一体，DevOps 将在未来网络运维中大行其道。基于 DevOps 模式， 运营商与电信设备商将共同进行快速迭代技术及业务创新， 从而进一步实现新业务开发和运营的敏捷化。结 语NFV 将会促进城域网向网络智能化、运营智慧化方向发展并降低运营成本。虽然近