2023年12月20日发(作者：司空玲珑)

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mmmm核心网NFV部署策略探讨严文发，项楠(中国移动通信集团设计院有限公司湖北分公司，湖北武汉430015)2021年第04期(总第220期）摘要：网络功能虚拟化(NFV)是核心网演进的方向，是运营商构建弹性网络、加速业务创新和面向未来网络转型的必经

之路。文章对核心网NFV的关键技术、系统架构以及关键技术路线的选择进行了讨论,并从网元属性、方便组网、便于

维护、平滑演进等角度，给出了网元集中化部署、逐步迁移、独立组POOL的上云策略。关键词：NFV;虚拟化;云计算;核心网；集中化中图分类号：TN929.5 文献标识码:A 文章编号:2096-9759(2021 )04-0182-03虚拟化(Virtualization)是一种资源管理技术，是将计算

机的各种实体资源，如服务器、网络、存储等予以抽象、转换，

打破实体结构间的不可切割障碍，使用户更高效地应用这些

资源。虚拟化解决了 “将大分小”，将大粒度资源分割为众

多小粒度资源，使得整块资源可以分配给不同的功能和用户

使用。引入虚拟硬件资源环境后，不同的操作系统被安装在不

同的虚拟硬件资源上，从而实现了不同应用的操作系统层级

的隔离。如图1所示：传统IT架构

电用l孅怍系统1近年来，随着基于x86通用服务器的价格不断下降，性能

不断提升，使得用x86架构来替换原有的通信行业专用的

ASIC芯片在成本和能力上都成为了可能。在传统的CT行

业，网络扩容和新业务上线周期大都偏长，从订单到设计、开

发、集成、试验、上线通常要数月甚至一年以上,且必须依赖原

有的设备供应商，这就压缩了运营商的谈判空间，网络建设成

本会增加。为此，全球的主要CT运营商发起了网络功能虚拟

化(NFV，NetworkFunction

Virtualization)，旨在借鉴现代IT虚

拟化技术，利用通用的高性能大容量服务器、交换机和存储来

实现网络功能，达到降低成本、缩短建设周期、提高效率、增加

敏捷的目的。2012年10月，全球13家主要运营商发布NFV白皮书；

2014年11月ETSINFVISG(行业规范工作组)完成了一阶段

的NFV需求和架构定义。2015年中国移动组织6省、10厂

家以IMS虚拟化为切入点开展了

NFV三个阶段现网试点；

2017年中国电信和中国联通结合VoLTE展开NFV试验。可

以说NFV作为核心网演进方向已成为业界共识，是运营商构

建弹性网络、加速业务创新、面向未来网络转型的必经之路。本文首先对核心网NFV的关键技术和总体架构进行了

讨论，然后根据核心网网元的特性，提出了控制面、业务面和

用户数据面网元集中化部署策略，并从方便组网、便于维护、

平滑演进等角度，提出了以地市为单位分步迁移、独立POOL

的上云策略。最后进行总结，指出NFV是面向未来，构建5G

服务化架构和网络切片的基础，是CT走向ICT的重要标志，

运营商需要加紧储备相关的技术和人才资源。1

NFV系统架构及技术路线1.1

NFV关键技术虚拟化和云计算是NFV的基础。收稿日期=2021-01-29虚拟化IT架构曲用2嫌作系统2府用3操作系统3虚似化层（Hypervisor〉W!件图1传统IT架构和虚拟化IT架构图传统IT架构下,应用及操作系统和硬件是紧耦合的，应用

需要在操作系统上做参数优化，并且与硬件做适配，一旦某个

服务器或操作系统出现问题，应用将无法迅速切换到另一个

操作系统及硬件上，需要管理员在新的硬件上重新安装和配

置操作系统和应用。而在虚拟化架构下，虚拟化层将底层硬

件能力被抽象为标准的计算、存储和网络资源。当一套设备

出现故障时，应用可以快速迁移到其他的虚拟资源上。虚拟

化技术将能力和功能分开，屏蔽了硬件对能力实现的差异，使

得功能可以在不同的硬件进行快速复制，实现了业务能力的

快速迁移。核心网元的NFV与通用服务器的虚拟化一样，将网络功

能(路由转发、移动性管理、会话管理)从专用硬件解耦。网络H1—■应用必须依据典型应用的网络需求，有针对性的开展功能选

择和设备补充，以切实满足行业需求。5G网络上行能力增强

是国内乃至全球运营商的共同需求,5G上行增强技术方案需

聚集产业链多方力量共同推动，共同探索。参考文献：[1] 赛迪智库电子信息研宄所.5G终端产业白皮书[N].中国

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Changjiang Information & Communications功能由软件实现，被安装在标准化的虚拟硬件之上。因此,

NFV是CT行业借鉴IT行业的虚拟化技术，实现网络功能与

硬件的分层解耦。云计算解决了“合零为整，弹性灵活”。它将分散的、标准

化的虚拟资源和能力自动灵活地整合成更大的资源，供特定

的应用使用。根据美国国家标准与技术研宄院(NIST)的定义，

云计算是一种模型，可以实现随时随地地、便捷地、按需地从

可配置计算资源共享池中获取所需的资源（如网络、服务器、

存储、应用程序及服务),资源可以快速供给和释放，使管理的

工作量和服务提供者的介入降低至最少。云计算服务应具备

以下几个特征：(1) 随需应变自助服务；(2) 随时随地用任何网络设备访问；(3) 多人共享资源池；(4) 快速重新部署灵活；(5) 可被监控与测量地服务。因此，云计算更多的时候是一种服务(IT能力)提供方式。

在云计算架构下，企业和个人不在购买设备来建设IT系统，而

是通过购买“云端”的IT能力来建立企业IT系统。云计算的架构分为服务和管理两大部分。从服务方面,

云计算提供IaaS (基础设施即服务)、PaaS (平台即服务)和SaaS

(软件即服务)三种模式。从管理方面，主要为云管理层，它的

功能是确保整个云计算中心能够安全、稳定地运行、有效地管

理。云计算最大的优势在于云管理的优越性。云管理层是三

层云服务的基础，并为这三层提供多种管理和维护功能。运营商按照云架构建设的用于提供基础电信服务的IT系

统即为NFV电信云资源池。NFV的云化指硬件的池化、软件

的分布式、容量的快速伸缩和灵活调度。其中最主要的特征

是“多网元共享资源池”、“快速重新灵活部署”和“自动化弹性

扩缩容”。•

；

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asjNFVM•癱图2网元虚拟化示意图例如，在同一个硬件电信云资源池上可同时部署多套

vMME，vCSCF，vAS等网元;可以在1小时内实现百万级用户

规模网元的重新部署；分钟级实现网元更新，在20分钟内实

现弹性扩缩容，大幅缩短业务上线时间。1.2

NFV系统架构NFV标准架构由硬件层、虚拟层和虚拟网元三层以及

NFV管理和编排系统(MANO)组成。硬件层为各类计算、存

储、网络等物理设备的集合。虚拟层将物理计算、存储、网络

资源虚拟化成虚拟的计算、存储、网络资源池，为虚拟网元的

部署、管理和执行提供虚拟资源池。虚拟网元层包括VNF (虚拟网元）和EMS (网元管理)。

VNF部署在虚拟化基础设施上，实现软件化的电信网元功能。

EMS同传统网元管理功能，实现VNF的管理，如配置、告警、

性能分析等功能。MANO主要包括NFV编排器（NFVO)、VNF管理器

(VNFM)和虚拟设施管理器(VIM)3部分。NFVO实现网络

服务、虚拟网络生命周期管理及跨资源池资源调度，是云管理183严文发等:核心网NFV部署策略探讨的决策者；VNFM实现虚拟网元生命周期管理，是VNF管理

的执行者;VIM是虚拟化基础设施管理系统，是虚拟资源及硬

件资源管理的执行者。NFVftflWWt (MANO)图3

NFV系统架构图

1_3关键技术路线选择(1) 服务器的选择由于不同类型的网元对硬件配置的需求不同（如vCSCF

注重硬件的计算能力，vSBC注重硬件的转发能力)，需要通过

对各类网元进行硬件配比测试，从而确定服务器CPU、内存、

I/O等资源的最优组合方案。相比于私有云和公有云虚拟化

服务器，NFV的服务器在可靠性和管理可控方面要求更高：① 与虚拟层兼容：支持VIM对计算节点自发现、远程配

置、固件升级等功能② 硬件管理接口:支持面向电信级管理的、标准化的硬件

管理接口③ 高可靠性:CPU

cache、内存、网卡支持错误检查和纠正功能④ 时钟晶振:不大于35PPP，满足计费话单精度要求。(2) 存储的选择NFV绝大部分存储需求为块存储，部分业务平台有少量

文件存储需求。存储的实现方式主要包括磁阵存储和分布式

存储两种。分布式存储的通用性、理论可靠性、扩展性更好，

是存储技术发展的方向。从存储架构层面看，分布式又分为

计算与存储融合架构和独立架构。综合考虑结构复杂度、成

熟度、功能、性能和可靠性等因素,NFV资源池应优选独立架

构，即计算服务器和存储服务器独立设置。(3) 虚拟层路线选择NFV的主要设计初衷在于使网络软硬件解耦，提升运营

商的谈判空间。因此虚拟层线路的选择要坚持NFV标准三

层架构，以多网元、多业务、跨厂家共享NFV基础设施为目标。

标准三层架构如图所示：vMUEvCSCi*vASC厂家x)(厂》Y)(厂家73虚拟化层（r家w>硬件（厂家i."to图4标准三层架构图为确保电信级基础业务高性能、高可靠、易运维，应按照

“质量第一、效率优先”原则，建议初期由基础类业务网元厂商

Changjiang Information & Communications担任虚拟层集成商，后期适时引入独立集成商。(4)资源池内组网技术选择NFV电信云资源池主要有增强二层组网和SDN组网两

种技术方案。増强二层组网技术目前己较为成熟，它要求设

备能力通用化、支持异厂家组网和快速故障点收敛。该方案

下，所有的交换机都需要人工手动配置，操作维护的工作量大，

且VLAN数量存在限制，不适用于未来电信云资源池的大规

模部署。SDN组网是未来NFV电信云资源池的演进方向,它能实

现网络资源统一管理、网络自动开通和灵活调整以及资源池

规模部署，并实现业务部署到后期运维的端到端自动化和智

能化。因此NFV的部署初期选择传统的增强二层组网技术,

后期根据成熟度适时引入SDN组网。增强二层纽两

sw组网图5増强二层和SDN组网(5)容灾机制选择NFV电信云资源池的容灾机制主要有I层容灾（基础设

施层容灾)和网元级容灾两种。I层容灾需要1:1的资源冗余，

资源消耗量大，且站点间数据同步量大，站点间的带宽和时延

要求髙，需要承载网进行IP地址倒换，且容灾恢复的倒换时间

较长，存在一系列问題。网元级容灾是目前现网网元主要采

用的容灾机制，容灾资源冗余度小，站点间的数量同步量小，

故障感知和倒换快速。因此通过网元级容灾实现地理级容

灾，不需进行I层容灾。2核心网NFV部署策略

2.1总体部署原则NFV部署是一个渐进的过程，应先易后难、递进式地向目

标架构演进。网元的云化应采用“从控制到转发，从増量到存

量”的部署原则。控制面网元与新业务需求相关性较强，且

NFV比较成熟，适合先行部署。媒体/转发面网元与业务相关

性较弱,且性能要求髙，可在技术逐渐成熟后部署。为减少对

现网成熟业务的冲击，应优先对新业务、新领域、及増量部分

容量进行NFV建设。存量部分网元可随着传统平台的老旧

退网，逐步替换为NFV网元。2.2集中化部署策略现阶段语音、数据基础通信业务的地域差异已消失，宜

充分借鉴互联网企业“平台集中建设、业务全国服务，转发

分布下沉”的经验，打破分省界限，推进网元的集中化部署。

NFV的集中化部署有助于进一步提升电信云资源池的规

模，从而更好地发挥云计算资源共享，灵活调度、弹性伸缩

的优势。更有利于业务的快速上线和一点部署服务全网；同

时能起到缩短建设工期，提升运维效率，降低成本的作用。

集中化建设NFV电信云己成为全球运营商网络转型和发展

的共识。严文发等:核心网NFV部署策略探讨根据功能和特点，全部核心网和基础业务平台可划分为

业务、用户数据、信令处理、媒体转发等四大类网元，需要根据

相应特征考虑部署位置。⑴业务类网元:负责语音、短消息等基础电信业务，例如

VoLTE

AS、短信中心等。(2) 用户数据类网元:负责用户数据、业务数据存储，例如

HSS/HLR、PCC架构中的SPR等。(3) 信令处理类网元:负责用户附着、移动性管理、会话管

理、信令路由等，例如MME、CSCF等。⑷媒体转发类网元:负责用户流量处理和转发，例如SA-

EGW/GGSNOJ 面)等。全部业务类、用户数据类以及时延不敏感的信令处理类

的网元，对资源的需求主要为通用性的计算和存储，集中化建

设更有利于发挥资源池的优势，对业务影响较小，宜打破分省

界限进一步集中。对于部分负责移动性、切换等的信令处理

类网元(如MME等),集中化部署可能増加时延，对网络和业

务质量有一定影响，需要进一步测试评估后确定是否集中化

部署。媒体转发类网元，对服务器的I/O接口和转发能力要求较

髙，而对计算和存储性能无太髙要求，理论上进一步下沉到地

市、区县，有利于节省投资和提升用户体验。2.3网元逐步上云策略业务从传统网元向:NFV网元有两种迁移方案，以地市为

单位迁移和增量迁移。前者的优势在于组网和割接相对简单，

迁移后该地市的全部业务均由集中化的电信云资源池提供。

后者仅在电信云资源池上部署网元的增量容量需求，然后逐

步按照业务百分比向电信云资源池迁移。该方案组网和割接

较复杂，优势在于安全性更髙，同时有传统网元和NFV网元

提供业务，当NFV出现故障时，可由传统网元能接管业务。安全和可靠性可以通过NFV网元跨硬件资源池做POOL

容灾来保障，从方便组网便于维护的角度考虑，网元可采取以

地市为单位上云，云化的NFV网元和传统网元独立俎POOL。3结语NFV的引入使网络资源池化，形成以资源池为中心的组

网架构，为网络的集中化、自动化、智能化转型创造了条件，是

CT走向ICT的重要里程碑。NFV鼓励更多的IT和软件公司

参与到电信设备制造上来，对加快技术创新和培育新业务生

态具有重大推动作用。同时,NFV作为5G服务化架构和网络

切片的基础，将会对网络架构、建设、运维、组织等多方面产生

颠覆性影响，随着5G商用的不断扩大,运营商应加快储备相

关策略、方案、经验和人才。参考文献：[1] 熊微，房秉毅，张云勇，etal.面向云化的核心网架构研究[J].

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