- 相關推薦
NFV移動網(wǎng)絡論文
1移動業(yè)務對網(wǎng)絡能力的挑戰(zhàn)
移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)是未來移動通信發(fā)展的兩大主要驅動力，刻畫出欣欣向榮的移動通信產(chǎn)業(yè)生態(tài)圖景。移動互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)顛覆了傳統(tǒng)移動通信業(yè)務模式和用戶使用體驗方式，并將深刻地影響著人們工作生活的方方面面。面向2020年及未來，移動互聯(lián)網(wǎng)信息服務交互方式進一步升級，為用戶提供增強現(xiàn)實、虛擬現(xiàn)實、超高清（3D）視頻等更加身臨其境的極致業(yè)務體驗。物聯(lián)網(wǎng)擴展了移動通信的服務范圍，從人與人通信延伸到物與物、人與物的互聯(lián)，使移動通信技術滲透至更加廣闊的行業(yè)和領域。面向2020年及未來，移動醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、智能家居、工業(yè)控制、環(huán)境監(jiān)測等將會推動物聯(lián)網(wǎng)應用爆發(fā)式增長，數(shù)以千億的設備將接入網(wǎng)絡，實現(xiàn)真正的“萬物互聯(lián)”，為移動通信帶來無限生機。在現(xiàn)有基于專用硬件的網(wǎng)絡系統(tǒng)架構和組網(wǎng)模式下，網(wǎng)絡體系架構僵硬、功能平面劃分不合理、網(wǎng)絡升級維護復雜，基于這一體系繼續(xù)演進來應對未來業(yè)務需求挑戰(zhàn)是非常困難的。隨著IT界網(wǎng)絡虛擬化技術思想的逐漸發(fā)展與成熟，電信網(wǎng)絡也在嘗試引入這兩種技術，醞釀對網(wǎng)元形態(tài)、組網(wǎng)方式和網(wǎng)絡架構的全面變革。而網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）則是電信網(wǎng)引入虛擬化技術的整體方案。
2網(wǎng)絡功能虛擬化（NFV）技術簡介
2.1NFV基本概念
軟件功能虛擬化（NFV）改變網(wǎng)元功能形態(tài)，將原本封閉設備中的網(wǎng)絡功能釋放出來，統(tǒng)一承載在虛擬化平臺之上，意在打破電信設備“黑盒子”模式。移動網(wǎng)絡的任何一個位置都按需部署（卸載）虛擬化的網(wǎng)絡資源，即插即用，提高網(wǎng)絡靈活度和可擴展性，符合移動網(wǎng)絡不同區(qū)域、不同時間、不同場景差異性需求。另一方面，采用工業(yè)標準化的服務器、存儲和交換設備替代專用硬件設備，大大降低了組網(wǎng)運維成本。因此，低成本和靈活性是NFV的兩大核心優(yōu)勢。
2.2NFV標準化進展情況
2012年10月，由AT&T、德國電信、英國電信、中國移動等13個國際主流運營商牽頭，聯(lián)合多家網(wǎng)絡運營商、電信設備供應商和IT設備供應商共同推動在ETSI成立網(wǎng)絡功能虛擬化工作組（ISG），旨在推動NFV技術框架研究和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。NFV工作組在2013年聚焦于Highlevel文檔的設計，已發(fā)布第一批規(guī)范，包括NFVUseCases、Require-ments、ArchitecturalFramework和Terminology的V1版本，以及PoCCal（lProofofConcept）。NFV于2014年上半年發(fā)布了第二個版本的白皮書，主要總結NFVISG一年來各個工作組的進展、對場景、需求、架構等內容進行了更新，明確提出NFVISG對于標準化和開源社區(qū)的態(tài)度。2014年下半年將發(fā)布UseCases、Requirements、ArchitecturalFramework和Terminology的V2版本，以及標準化Gap分析等新版標準文檔。概念驗證（POC）是NFV在2014年的另一項重點工作，通過CallforProposal和Evaluation等幾個環(huán)節(jié)向產(chǎn)業(yè)界征集NFV產(chǎn)品原型和驗證試驗延時，以推動NFV產(chǎn)業(yè)發(fā)展。
2.3與網(wǎng)絡虛擬化相關技術的關系
�。�1）NFV與網(wǎng)絡虛擬化的關系
網(wǎng)絡虛擬化（NV）的概念很早就已經(jīng)出現(xiàn)。目前，通常認為網(wǎng)絡虛擬化是對物理網(wǎng)絡及其組件（如交換機、端口以及路由器）進行抽象，并從中分離網(wǎng)絡業(yè)務流量的一種方式。采用網(wǎng)絡虛擬化可以將多個物理網(wǎng)絡抽象為一個虛擬網(wǎng)絡，或者將一個物理網(wǎng)絡分割為多個邏輯網(wǎng)絡。網(wǎng)絡虛擬化打破了網(wǎng)絡物理設備層和邏輯業(yè)務層之間的綁定關系，每個物理設備被虛擬化的網(wǎng)元所取代，管理員能夠對虛擬網(wǎng)元進行配置以滿足其獨特的需求。由定義可見，網(wǎng)絡虛擬化主要是針對層二和層三的交換機、端口以及路由器等網(wǎng)絡組件。網(wǎng)絡功能虛擬化則是從電信網(wǎng)業(yè)務功能形態(tài)的角度，將原本網(wǎng)元設備中的一體化功能分解成多個邏輯功能組件，實現(xiàn)在通用硬件平臺上網(wǎng)元功能的重構、部署和遷移�？梢哉J為網(wǎng)絡虛擬化技術的概念更加宏觀和基礎，網(wǎng)絡功能虛擬化則面向電信網(wǎng)網(wǎng)元功能具體的需求。
�。�2）NFV與SDN的關系
從廣義上理解，軟件定義的網(wǎng)絡（SDN）是一種全新的組網(wǎng)設計思想，通過網(wǎng)絡控制與轉發(fā)分離的思想，構建開放可編程的網(wǎng)絡體系結構。SDN與NFV共同被認為是未來網(wǎng)絡創(chuàng)新的重要推動力量。根據(jù)NFV白皮書的解釋，NFV與SDN間的關系可以概括為高度互補，彼此獨立。NFV的實現(xiàn)不必依賴于SDN技術。但是兩種技術方案的結合可以獲得潛在的更大增益。例如，SDN所提出的控制與承載分離的理念有助于增強NFV系統(tǒng)性能，簡化設計方案，提升與現(xiàn)有部署方案的兼容性和提高運維和網(wǎng)管效率等。同時，NFV與SDN技術在充分利用標準化硬件設備方面存在高度的一致。
3基于NFV的移動網(wǎng)絡新型體系架構設計
3.1EPC現(xiàn)網(wǎng)架構特征與不足
支持LTE接入的EPC部分實現(xiàn)了信令面與用戶面的分離，信令面網(wǎng)元包括MME、PCRF、HSS等，實現(xiàn)終端設備的鑒權授權、移動性管理、位置更新、簽約管理、策略控制和網(wǎng)關選擇等功能；用戶面網(wǎng)元主要包括S-GW和P-GW，實現(xiàn)用戶會話建立、承載管理、IP地址分配等功能。EPC核心網(wǎng)以P-GW為統(tǒng)一的用戶面錨點，支持多接入系統(tǒng)，提供統(tǒng)一的移動性管理。WCDMA/GPRS接入、CDMA接入和WLAN接入一側不同的本地服務網(wǎng)關（SGSN、HSGW等）與P-GW建立會話，由P-GW分配唯一IP地址實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)流的連續(xù)性。EPC核心網(wǎng)具備控制與承載分離，多接入系統(tǒng)統(tǒng)一管理、統(tǒng)一業(yè)務數(shù)據(jù)流錨點等功能特性，是未來移動核心網(wǎng)系統(tǒng)演進的基礎。隨著移動網(wǎng)絡業(yè)務的日新月異，當前的EPC架構逐漸不能滿足業(yè)務和運營需求，并存在以下幾方面的不足：
�。�1）架構層面劃分不夠合理
網(wǎng)絡架構用戶面和信令面分離的好處在于可以分別按照網(wǎng)絡功能特性，實現(xiàn)核心網(wǎng)系統(tǒng)信令面集中部署，用戶面邊緣分布的優(yōu)化，提升網(wǎng)絡性能。但目前的層面劃分中，網(wǎng)關節(jié)點仍承擔了復雜的控制功能，與MME等信令面節(jié)點交互頻繁。另外，UTRAN/GERAN、CDMA和WLAN系統(tǒng)接入EPC時，其信令面和用戶面是合一的，增加了與E-utran協(xié)同組網(wǎng)的難度。
�。�2）多接入系統(tǒng)間協(xié)同能力較弱
EPC架構中實現(xiàn)了多接入系統(tǒng)基于層三IP地址的統(tǒng)一管理和流移動性。體現(xiàn)接入特性的二層則是相互獨立的。運營商實際建網(wǎng)和運維中，每一種接入系統(tǒng)都是獨立組網(wǎng)，異構系統(tǒng)間的資源無法共享，增加了網(wǎng)絡OPEX和CAPEX。從用戶角度看，業(yè)務數(shù)據(jù)流只能在接入系統(tǒng)間切換，無法實現(xiàn)多接入針對不同業(yè)務流要求的協(xié)同服務，再加之異構接入系統(tǒng)協(xié)議存在差異，信息交互，切換流程復雜，不利于提升用戶體驗。
�。�3）網(wǎng)絡能力的可擴展性較差
現(xiàn)有EPC網(wǎng)絡由基于專用硬件的網(wǎng)元設備組成，硬件限定了網(wǎng)元功能的部署位置和性能指標。MME和P-GW設備部署在運營商核心域，匯聚層次較高，不利于降低業(yè)務時延，容易導致信令處理和流量瓶頸；移動網(wǎng)絡業(yè)務量隨時間變化特征明顯，但網(wǎng)絡規(guī)劃時必須按最高業(yè)務預測設置節(jié)點能力，造成了閑時資源的極大浪費，固化的硬件節(jié)點無法隨業(yè)務量變化靈活擴容和縮減，基于硬件設備和物理連接的擴容方法又導致機房組織和拓撲復雜等一系列新的問題。
3.2基于NFV的新型移動網(wǎng)絡架構設想
NFV的核心思想是網(wǎng)元功能的軟件化，理論上任何一種網(wǎng)絡架構都可以引入NFV技術實現(xiàn)網(wǎng)元功能的軟硬件分離。具體到移動網(wǎng)絡網(wǎng)元功能虛擬化，除了NFV本身所具備的優(yōu)點特性外，網(wǎng)元功能軟件化和重構給移動網(wǎng)絡架構演進提供了廣闊的創(chuàng)新空間。（1）形成基于虛擬化平臺的通用轉發(fā)面如圖3所示，EPC架構中的P-GW網(wǎng)元除了業(yè)務數(shù)據(jù)流轉發(fā)功能外，還具有IP會話和承載控制功能。網(wǎng)絡功能虛擬化實現(xiàn)后，P-GW形成獨立的轉發(fā)功能組件和IP會話和承載控制功能組件。IP會話和承載控制功能可抽取出來，與其他控制功能組件交互實現(xiàn)對用戶會話和承載的統(tǒng)一控制。僅保留轉發(fā)功能的P-GW不再是流量的匯聚點，而是普通轉發(fā)節(jié)點，實現(xiàn)接入、匯聚和核心域全局扁平化網(wǎng)絡。（2）屏蔽底層協(xié)議棧差異的統(tǒng)一控制面不同接入系統(tǒng)的業(yè)務流程（鑒權/授權、業(yè)務接入請求、切換等）和信元類型（用戶標識、位置信息、無線和連接信息、QoS等）大體相近，下層協(xié)議棧的協(xié)議各自不同（GTP、PMIP等）。硬件網(wǎng)元功能與協(xié)議棧的綁定造成異構系統(tǒng)間信息交互復雜，協(xié)同工作困難。網(wǎng)絡功能虛擬化實現(xiàn)后，底層協(xié)議棧的差別可由虛擬化平臺統(tǒng)一處理，網(wǎng)元功能組件之間采用統(tǒng)一的消息格式和數(shù)據(jù)結構傳遞信息，完成業(yè)務流程。這樣既可以消除控制節(jié)點間協(xié)議適配造成的額外開銷，也可以實現(xiàn)異構接入系統(tǒng)間全局資源共享和協(xié)同控制功能。全面提升控制面處理能力�；谏鲜鲈O計思路，基于NFV的新型移動架構層面更加清晰，轉發(fā)面更加扁平，可更好地適應未來移動網(wǎng)絡業(yè)務需求。和承載控制功能，形成全網(wǎng)集中的控制平面�；谔摂M化平臺，軟件形態(tài)的功能組件可以部署到網(wǎng)絡的任意位置，通過標準化的消息接口和數(shù)據(jù)格式交換信息，完成業(yè)務流程。實現(xiàn)全網(wǎng)信息同步、接入?yún)f(xié)同和資源調度。全網(wǎng)架構采用云平臺實現(xiàn)�？煽焖賹崿F(xiàn)網(wǎng)絡控制功能重構，轉發(fā)面行為定義，未來運營商也可以按需組合，靈活編排，有利于新業(yè)務的快速開發(fā)和部署。云管理平臺用于分配存儲、計算及網(wǎng)絡等資源，全局監(jiān)控資源利用情況，根據(jù)所需動態(tài)地分配網(wǎng)絡資源，提升網(wǎng)絡建設和運營效率。
3.3基于NFV新型架構的關鍵技術
基于上述的新型網(wǎng)絡架構，可以引入多樣化的網(wǎng)絡關鍵技術。（1）網(wǎng)元功能重構核心網(wǎng)網(wǎng)關功能可以分解為會話管理、地址分配、資源管理等控制面功能，這部分網(wǎng)元功能從網(wǎng)關設備中抽取出來，與移動性管理、PCC等構成全局控制面�？刂破魍ㄟ^控制功能的編排形成到業(yè)務邏輯，統(tǒng)一控制轉發(fā)面設備的行為。整個系統(tǒng)都可以部署在數(shù)據(jù)中心服務器，不必依賴龐雜的專用硬件和物理連接。（2）異構接入系統(tǒng)協(xié)同移動CDN業(yè)務對優(yōu)化全網(wǎng)流量負載，優(yōu)化業(yè)務時延有極高的價值，但如何實現(xiàn)內容的高效分發(fā)、用戶移動性以及與不同終端能力適配是需要解決的關鍵問題。
4結束語
NFV相關研究目前處于架構和技術方案設計、初步概念驗證階段，要實際應用到現(xiàn)網(wǎng)，還有基礎設施平臺選擇、核心網(wǎng)云管理架構設計和轉發(fā)面性能加速等關鍵問題需要解決。但NFV技術本身的價值以及對網(wǎng)絡體系架構的創(chuàng)新推動作用，正在被越來越多的研究組織、運營商和設備制造商所認可。NFV將成為未來移動網(wǎng)絡架構演進的必由之路。
【NFV移動網(wǎng)絡論文】相關文章：
陜西文學精品移動網(wǎng)絡論文09-10
網(wǎng)絡工程移動開發(fā)課程教學研究論文07-10
5G移動通信網(wǎng)絡架構研究論文10-02
移動通信系統(tǒng)網(wǎng)絡安全防范研究論文08-29
大數(shù)據(jù)技術在移動通信網(wǎng)絡優(yōu)化的運用論文06-09
移動通信網(wǎng)絡優(yōu)化大數(shù)據(jù)分析論文09-22